Un exemple de thermomètre Celsius indiquant une température diurne hivernale de -17°C.

La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz), par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l’entropie (en thermodynamique et en physique statistique). La température est une variable importante dans d’autres disciplines : météorologie et climatologie, médecine, et chimie.

L’échelle de température la plus répandue est le degré Celsius, dans laquelle la glace (formée d'eau) fond à 0 °C et l'eau bout à environ +100 °C dans les conditions standard de pression. Dans les pays utilisant le système impérial (anglo-saxon) d’unités, on emploie le degré Fahrenheit où la glace fond à +32 °F et l'eau bout à +212 °F. L’unité du système international d'unités (SI), d’utilisation scientifique et définie à partir du zéro absolu, est le kelvin dont la graduation est presque identique à celle des degrés centigrades.

Comparaison des échelles de température Celsius, Fahrenheit et Kelvin: zéro absolu, points de fusion de la glace et d'ébullition de l'eau dans les conditions de pression standard Échelle °C °F K Zéro absolu -273,15 -459,67 0 Fusion 0 +32 +273,15 Ébullition +100 +212 +373.15

Introduction

Origine physique

L'agitation thermique des molécules d'un gaz donne un aperçu de leur température.

Les particules qui composent un système matériel (molécules ou atomes) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possèdent donc une certaine énergie cinétique. La température est une mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules. Par ailleurs, un espace vide de matière mais dans lequel de la lumière se propage contient lui aussi de l'énergie. Dans de bonnes conditions, on peut associer une température à ce rayonnement qui mesure l'énergie moyenne des particules qui le constituent. Un exemple important de rayonnement thermique est celui du corps noir dont un exemple est donné par les étoiles dont le rayonnement révèle la température des atomes qui sont à sa surface.

Lorsque deux corps entrent en contact, ils échangent spontanément de l'énergie thermique : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'énergie cinétique, en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette énergie cinétique microscopique se transmet d'un corps à l'autre. C'est ce transfert d'énergie qui, en sciences physiques, est appelé chaleur. Ces transferts d'énergie mènent spontanément à un état d'équilibre thermique où les deux corps en présence ont la même température.

Vocabulaire

La température ambiante est la température de l'environnement, c'est-à-dire tout l'univers sauf le système considéré.

Néanmoins, en pratique, dans les domaines de la physique et de la chimie, il est courant de parler température ambiante pour une température courante, moyenne. Par exemple, on dit « l'eau est liquide à la température ambiante ». Mais cette dénomination n'est pas très formalisée et la valeur de la température ambiante est rarement précisée (le plus souvent évaluée de manière commune à +25 °C).

La température normale signifie en général le 0 de l'échelle courante : c'est le plus souvent 0 °C.

Quelques ordres de grandeur

L'évaporation qui suit une averse typique d'une heure en été en Europe réduit la température de deux degrés environ.

Définition en thermodynamique

En thermodynamique, la température est définie à partir de l'énergie totale d'un système (appelée dans ce contexte énergie interne) et du nombre d'états que celui-ci peut posséder pour une valeur fixée de cette énergie, qui est donnée par la notion d'entropie. On parle alors de température thermodynamique, qui se mesure en Kelvin et dont le minimum est le zéro absolu, inaccessible en pratique du fait de propriétés quantiques. 450 pK (soit 0,45 nK ou 0,00000000045 K), c'est-à-dire -273,14999999955 °C, est le record atteint en 2003 au laboratoire de recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT) par une équipe codirigée par le prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle.

Dans certaines expériences de physique, le calcul de la température au moyen de sa définition thermodynamique peut exceptionnellement aboutir à des valeurs négatives. Ces valeurs négatives sont extrêmement faibles (de l'ordre de quelques picokelvins à quelques nanokelvins). Elles apparaissent dans la mesure de certains systèmes quantiques très particuliers dont l'entropie, après avoir atteint un maximum, se met à diminuer à mesure qu'on leur ajoute encore de l'énergie. Le signe moins n'apparaît donc que parce que le sens de la variation utilisée dans la formule a fini par s'inverser. Les échantillons pour lesquels on mesure de telles températures absolues négatives ne sont pas « plus froids » que le zéro absolu puisqu'ils fourniraient de la chaleur à tout autre système qui viendrait à leur contact. Les températures absolues négatives ne signifient pas non plus que la température est passée à un moment quelconque par le zéro absolu, « ce dernier restant impossible à atteindre ».

Mesure de la température : la thermométrie

Histoire de la thermométrie

Échelles

L'unité légale de température dans le système international est le kelvin de symbole K (noter l'absence du symbole ° car ce n'est pas une échelle de mesure). Il existe d'autres systèmes de mesures antérieurs et toujours utilisés : les échelles Celsius, centigrade, Fahrenheit et Rankine.

Le kelvin il est défini à partir du point triple de l'eau : un kelvin est égal à 1/273,16 fois la température du point triple de l'eau. Le zéro absolu, correspondrait à la limite à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de −273,15 °C ; mais on ne peut jamais l'atteindre (penser que l'entité physique est plutôt 1/T, et on ne peut jamais atteindre l'infini). Cette unité permet de définir une échelle absolue des températures.

Le degré Celsius c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K. Son unité est le °C. Elle est une simple translation de l'échelle absolue (voir ci-après). La température du point triple de l'eau y a donc pour valeur 0,01 °C.

Les échelles centigrades l'échelle de mesure est telle que 0 et 100 sont fixés. Elle est appelée centigrade car les deux points de référence sont distants de 100°. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui définit l'échelle. Par exemple dans l'échelle centigrade, le zéro correspond à la température de la glace fondante et 100 degrés centigrades correspond à la température d'ébullition de l'eau sous une pression de 1 atmosphère.

L'échelle Fahrenheit son symbole est °F. Elle attribue une plage de 180 °F entre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par une fonction affine (voir ci-après). Elle fixe le point de solidification de l'eau à +32 °F et le point d'ébullition à +212 °F.

L'échelle Rankine c'est une simple homothétie de l'échelle absolue avec un facteur 9/5 (voir ci-après).

Conversion

Le tableau ci-dessous résume les formules permettant de convertir une température entre les différentes échelles.

À partir de :	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankine	Réaumur
			.

Comparaison des échelles de température

↑ Certains nombres de ce tableau ont été arrondis. Les valeurs en gras sont celles qui, par définition des différentes échelles, sont exactes (= qui ont un nombre infini de chiffres significatifs).

↑ La désignation de l’échelle « kelvin » est tout en minuscules car c’est une unité du Système international, même si elle porte le nom de Lord Kelvin. Par contre le symbole est un K majuscule.

↑ Enregistrée par satellite en Antarctique le 10 août 2010

↑ La température étant aujourd'hui définie par le point triple de l'eau fixé à 0,01°C, il en résulte que la température de fusion de l'eau mesurée précisément est de 0,000 089(10) °C.

↑ Enregistrée à Furnace Creek aux États-Unis le 10 juillet 1913.

Techniques de mesure

Capteur thermométrique

Thermoscope

Thermomètre

Thermomètre à résistance de platine

Thermocouple

Thermomètre infrarouge

Pyromètre

Thermistance

Thermomètre à minimum et maximum

Contrôle

Thermostat

Climatisation

Réfrigération, Réfrigérateur, Froid industriel, Production du froid

Bain thermostaté, Étuve de laboratoire, Four, etc.

Cryogénie, Cryostat

En météorologie

Dans le domaine de la météorologie, la température de l'atmosphère s'écrit souvent T°. A proximité du sol, elle est prise sous abri à 2 mètres du sol. On parle de température éolienne, pour exprimer la température ressentie sous l'effet du vent, aussi connue sous température subjective, impression de chaud ou froid, ou encore température au vent (pour plus de détails, voir Refroidissement éolien).

La température sèche correspond à la température classique donnée par un thermomètre protégé de l'humidité et des radiations. Sur un diagramme de l'air humide, la courbe de température constante est une droite verticale.

On mesure la température humide, ou température du thermomètre mouillé, avec un thermomètre sur lequel de l'eau s'évapore. On utilise généralement de la mousse mouillée que l'on ventile. La température humide est toujours inférieure à la température sèche ; elles sont d'autant plus égales que l'humidité relative est proche de 100 %. L'instrument utilisé pour mesurer simultanément températures sèche et humide est le psychromètre.

Voir aussi :

Amplitude thermique

Records de température sur Terre

Point de rosée

Point de givrage

En biologie et médecine

Animaux homéothermes, poïkilothermes

Température corporelle

En ce qui concerne la qualité de l'air intérieur et la santé des individus, une température bien réglée est fondamentale. En effet, trop élevée, elle favorise le développement d'acariens et de moisissures. Bien réglée, elle permet de faire des économies énergétiques et indirectement financières non négligeables

En physique

Il existe de nombreuses définitions de la température dès que l'objet considéré n'est pas à l'équilibre thermique. On repère par des noms caractéristiques diverses températures signalant un changement brutal de propriétés d'un corps. Voir Température (homonymie) pour plus de détails.

Aspects sociopsychologiques

Selon la culture, la chaleur de l'environnement, d'un habitat, de vêtements, d'objets ou de la nourriture évoque différentes choses et favorise différents comportements sociaux. Les mots « chaleureux » ou « froid » ou des expressions telles que « à mains froides cœur chaud » montrent l'importance sous-jacente de la chaleur dans les interactions humaines.

Des expériences ont montré qu'un sujet tenant une tasse de café chaud tend à trouver les autres plus chaleureux et attentionnés que s'il tient un café glacé. Il offrira plus volontiers un cadeau à son entourage après avoir tenu un café chaud, alors qu'il tendra à s'occuper de lui après avoir tenu un café glacé.

一张展示了长期全球月平均地表大气温度平均值的地图。

单原子气体的温度和它的原子移动时带有的动能有密切关系

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温度理论上的高极点是「普朗克温度」，而理论上的低极点则是「绝对零度」。「普朗克温度」和「绝对零度」都是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标（°C）、华氏温标（°F） 、热力学温标（K）和国际实用温标。

温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是，少数几个分子甚至是一个分子构成的系统，由于缺乏统计的数量要求，是没有温度的意义的。

温度出现在各种自然科学的领域中，包括物理、地质学、化学、大气科学及生物学等。像在物理中，二物体的热平衡是由其温度而决定，温度也会造成固体的热涨冷缩，温度也是热力学的重要参数之一。在地质学中，岩浆冷却后形成的火成岩是岩石的三种来源之一，在化学中，温度会影响反应速率及化学平衡。大气层中气体的温度是气温，是气象学常用名词。它直接受日射所影响：日射越多，气温越高。

温度也会影响生物体内许多的反应，恒温动物会调节自身体温，若体温升高即为发热，是一种医学症状。生物体也会感觉温度的冷热，但感受到的温度受风寒效应影响，因此也会和周围风速有关。

温度计量

一个常见的摄氏度温度计，显示冬季白天温度为-17°C。 使用当代科学温度计和温度标记法进行温度计量可以追溯到18世纪早期，加布里埃尔·华伦海特使用了奥勒·罗默发明的温度计（转换成了水银）和标记方式。华氏温标仍然在美国日常生活中使用。 使用温度计标定的温度可以通过温度换算转换为多种温度计量法。在当今世界大多数国家（除了伯利兹、缅甸、利比里亚和美国外），摄氏温标是最为广泛的计量法。大多数科学家使用摄氏温标，并在热力学温度上使用摄氏温标演化出来的热力学温标，其起始点0K = −273.15°C（绝对零点）。在美国，工程领域、高科技行业以及美国联邦规格（民用和军用）上也会使用热力学温标和摄氏温标。在美国的其他一些工程领域，针对诸如燃烧等热力学相关标准时也会使用兰金温标（对华氏温标的调整）。 单位 在国际单位制中，温度的最基本单位是开尔文，其符号为K。 在日常使用中，一般为了方便起见都会将其转换为摄氏温标，其中0°C接近水的冰点，100°C则为水在海拔0M的沸点。由于液态的水滴会出现在低于零度的云层中，因此0°C更好的定义是冰的融化点。在这种温标下，1摄氏度和1K温度变化是一样的。 根据国际协议，热力学温标和摄氏温标都通过两个固定点定义：维也纳标准平均海水的绝对零度和三相点。绝对零度被定义为0K及−273.15°C。在该温度下，所有经典分子运动都会停止，处于经典模型下的完全静止状态。在量子结构下，在绝对零度下仍然有运动和能量，被称为零点能量。物质处于其基态，不包含热能。水的三相点则被定义为273.16K和0.01°C。 而美国广泛使用的华氏温标中，水的冰点为32 °F，沸点为212 °F。 转换 下面的表格展示了各温标如何转换为摄氏温标。 从摄氏温标转换 转换为摄氏温标 华氏温标 [°F] = [°C] × ⁄5 + 32 [°C] = ([°F] − 32) × ⁄9 热力学温标 [K] = [°C] + 273.15 [°C] = [K] − 273.15 兰金温标 [°R] = ([°C] + 273.15) × ⁄5 [°C] = ([°R] − 491.67) × ⁄9 Delisle [°De] = (100 − [°C]) × ⁄2 [°C] = 100 − [°De] × ⁄3 牛顿温标 [°N] = [°C] × ⁄100 [°C] = [°N] × ⁄33 列氏温标 [°Ré] = [°C] × ⁄5 [°C] = [°Ré] × ⁄4 罗氏温标 [°Rø] = [°C] × ⁄40 + 7.5 [°C] = ([°Rø] − 7.5) × ⁄21

温度对自然的影响

温度对音速、空气密度、声阻抗有显著影响。 不同温度对音速、空气密度、声阻抗的影响。 温度（°C） 音速（m/s） 空气密度（kg/m³） 声阻抗（s/m³） −10 325.4 1.341 436.5 −5 328.5 1.316 432.4 0 331.5 1.293 428.3 5 334.5 1.269 424.5 10 337.5 1.247 420.7 15 340.5 1.225 417.0 20 343.4 1.204 413.5 25 346.3 1.184 410.0 30 349.2 1.1** 406.6

温度范例

维也纳标准平均海水在一个标准大气压（101.325 kPa）下，根据热力学温度两点的定义。

2500 K值为约数，在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为300 K，以避免摄氏度值的假精确问题。

针对一个真正的黑体（钨灯丝并不是）。钨灯丝的辐射比短波要略长，因此看起来更白。

有效光球温度。在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为273 K，以避免摄氏度值的假精确问题。

在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值已经忽略不计。

针对一个真正的黑体（等离子体并不是）。

温度测量

膨胀测温法，是采用几何量(体积、长度)作为温度的标志。如水银温度计的测量范围大约是－30～300°C，酒精温度计的测量范围大约是-115～110℃，

电学测温法，是采用某些随温度变化的电阻等电学量作为温度的标志。电阻温度计多用于低于600℃的场合，热电偶温度计测量范围一般在1600℃以下，此外还有半导体热敏电阻温度计。

磁学测温法，是根据顺磁物质的磁化率与温度的关系来测量温度，常用在超低温（小于1K）测量中。

声学测温法，采用声速作为温度标志（声速的平方与温度成正比）。主要用于低温下热力学温度的测定。

频率测温法，根据物体固有频率的变化来测量温度。石英晶体温度计的分辨率可达万分之一摄氏度。

光学测温法，是根据黑体辐射来测量温度。如红外线温度计。

密度测温法，如伽利略温度计。