Si deux systèmes mis en présence n'échangent pas de chaleur, on dit qu'ils sont en équilibre, c'est-à-dire qu'ils sont à la même température.
    S'ils échangent de la chaleur, ils ne sont pas en équilibre : leur température est différente, celui qui donne de la chaleur à l'autre est celui dont la température est la plus grande.

    Pour déterminer la température d'un corps, on choisit un phénomène physique qui en dépend. On définit alors une échelle thermométrique, qui est la loi rattachant la variation de la grandeur thermométrique avec celle de la température.
    Par commodité, on a adopté une loi linéaire comme relation entre la température t et la grandeur thermométrique x :

x = at + b

    Pour établir une échelle thermométrique, on choisit deux repères thermométriques qui sont les températures de deux situations facilement réalisables : par exemple la température de la glace fondante, sous les conditions normales de pression, et celle de l'ébullition.

    Échelle centésimale : on a choisi 0 pour la première température et 100 pour la seconde et on divise l'intervalle 0-100 en cent parties égales.

    L'échelle Celsius est de ce type : les points fixes sont la glace fondante et l'ébullition de l'eau. On note le degré Celsius °C. C'est l'échelle la plus utilisée dans la vie pratique.

    Il existe une infinité d'échelles centésimales suivant les points fixes choisis.

    Échelle Fahrenheit : premier point, glace fondante à 32 °F et deuxième point, le corps humain à 90 °F. Dans cette échelle, l'ébullition de l'eau se produit pour 212 °F

Exercice : A quelles températures Celsius correspondent 0 °F et 100 °F ?
Traduire en °F les températures - 10 °C et 25 °C.
Quelle est la valeur du zéro absolu dans l'échelle Fahrenheit ?

    La température définie ci-dessus, n'est pas une grandeur mesurable, c'est une grandeur repérable : ni la somme, ni le rapport de deux températures, exprimées en °C, n'ont de sens. Elle se repère alors devant une graduation arbitrairement choisie.

    L'infinité possible d'échelles centésimales et la difficulté à obtenir les points fixes ont amené les scientifiques à choisir une autre échelle, l'échelle Kelvin.
    Elle repose sur le choix d'un seul point de référence, le point triple de l'eau, dont on peut fixer la valeur par convention. Cette valeur est 273,16 K. C'est l'échelle légale.
    On effectue alors, non plus des repérages, mais des mesures de températures.

    On peut aussi poser égale à T = 273,15 K la température d'équilibre entre la glace et l'eau sous la pression normale. La température ainsi définie s'appelle température absolue (parce qu'on définit directement le rapport de deux températures).

    On montre que l'échelle de température thermodynamique s'identifie à l'échelle de température absolue.

    La température 0 K correspond à une limite inférieure inaccessible appelée "zéro absolu". Les températures dans l'échelle légale sont donc toutes positives.

    La relation qui lie le degré Celsius et le kelvin est :

t(°C) = T(K) - 273,16

    L'appareil qui sert à repérer les températures s'appelle un thermomètre. Les premiers dispositifs destinés à indiquer une température ont été inventés à la fin du XVI siècle, par Galilée en particulier : c'était un tube ouvert rempli d'eau. L'influence de la pression atmosphérique faussait donc les résultats. C'est en 1654 que le Grand Duc de Toscane, Ferdinand II, inventa le tube scellé : le thermomètre à dilatation tel que nous le connaissons était né.

Les thermomètres à dilatation des liquides. Ce sont les plus répandus. Une variation de température provoque la dilatation du liquide mais aussi de l'enveloppe en verre.
    Dans la pratique, ces thermomètres couvrent une zone s'étendant de -180 °C à +650 °C suivant le liquide choisi (mercure, alcool, toluène, pentane). Ils donnent de bons résultats mais il faut pour cela apporter quelques corrections.

Les thermomètres à dilatation des solides. On peut les utiliser jusqu'à 1 000 °C et leur précision est de quelques degrés. On trouve aussi des thermomètres à bilame qui conviennent dans la régulation des températures de 30 °C à 300 °C.

Les thermomètres électriques. Ils utilisent le fait que la résistance d'un filament métallique augmente avec la température.
    Le métal le plus utilisé est le platine (-250 °C à 1 000 °C). Pour des températures ne dépassant pas 300 °C, on peut utiliser le nickel.
    On peut aussi utiliser une thermistance CTN qui est un composant électronique.

Exercice :  
La résistance d'une CTN vaut 33,8 kW à 273 K, 3,16 kW à 333 K, 0,994 kW à 373 K.
    Montrer que l'on peut représenter la résistance R à la température T par R = A.^eB/T. Déterminer A et B.
    On veut utiliser cette CTN à 300 K. Quelle est la plus petite variation de température qu'on puisse mettre en évidence, sachant qu'on peut mesurer une variation relative de résistance de 10^-4 W.

Le thermocouple. C'est un deuxième type de thermomètre électrique. Il est constitué de deux fils métalliques différents soudés entre eux à leurs extrémités. Si ces deux soudures ne sont pas à la même température, il apparaît dans le circuit une fem que l'on mesure avec un voltmètre. Pratiquement, on plonge une des soudures dans de la glace fondante et l'autre est placée à l'endroit où on veut mesurer la température.
    Suivant le domaine de température où l'on se trouve, on choisit les métaux. Le couple le plus courant est le platine/platine rhodié à 10% (de 0 °C à 1 700 °C).

Exercice :  
La fém du couple Pb/Co lorsqu'une des soudures est à 0 °C vaut 1,114 mV à 50 °C, 3,902 mV à 150 °C et 7,436 mV à 250 °C.
    Montrer que cette fém peut se mettre sous la forme E = at + bt². Déterminer a et b.

Les pyromètres. Ce sont des appareils optiques, utilisés pour des domaines de températures plus élevées.
    En médecine, ou pour des thermomètres d'intérieur, on se sert des cristaux liquides : ce sont des produits qui pour une certaine température deviennent transparents et font apparaître ce qui est écrit derrière (température, lettre, couleur).

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