Zero absolu

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  • Publié le : 2 juin 2010
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Introduction

La recherche de réponses sur ce domaine de la physique, qui est la physique des basses températures me permettra d’éveiller ma curiosité sur des sujets aussi intéressants que complexes. J’espère trouver de nombreuses réponses et me permettre une certaine ouverture d’esprit ainsi qu’une rigueur scientifique afin de me préparer à des études universitaires scientifiques.
Lapremière question qui semble épouser parfaitement le sujet est : qu'est-ce que le froid ? Nous avons tous une réponse à cette question, car nos sens nous permettent de déceler avec une précision remarquable de très faibles différences de température. Nous avons pris l'habitude d'utiliser des thermomètres, soigneusement gradués en degrés Celsius aussi bien vers les températures positives que vers lesnégatives. Bien que ceux-ci ne couvrent qu'une petite gamme, par exemple de -20 à +40°C, tout nous pousse à croire que l'on peut prolonger indéfiniment les graduations vers des températures infinies dans les deux sens. Pourtant, s'il est vrai que l'on peut chauffer un corps sans limitation en lui apportant une énergie aussi importante qu'il sera nécessaire, la Physique nous montre que la descente versles basses températures bute contre un obstacle infranchissable : le Zéro Absolu.
Le premier qui semble avoir posé clairement la question de l'existence d'une limite inférieure à l'échelle de températures est un physicien français, Guillaume Amontons. Expérimentateur de génie, il arrive à une conclusion stupéfiante : la pression des gaz devient nulle à une température qu'il estime à une valeurcorrespondant à -240 de nos degrés Celsius. Une précision remarquable pour l'époque !
Ainsi, à la fin du XIXe siècle, les savants considéraient que ces deux gaz dérogeaient à la théorie.  Mais, en 1898, la mise au point d’une technologie permettant une détente adiabatique, permit à Dewar de liquéfier l’hydrogène à 20,3 K et, en 1908, à Kamerlingh Onnes de liquéfier l’hélium à 4,2 K.
Afind'atteindre cette température, les scientifiques utilisent un isotope de l'Hélium, l'Hélium-3, rare dans l'air, mais qui est créé durant une réaction nucléaire... Sous forme gazeuse, on peut lui faire atteindre la température de 0,002 K qui équivaut à -273,148 degrés Celsius.

I. Présentation du zéro absolu

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister dans l'univers. Ellevaut -273,15 °C ou 0 K. Le zéro absolu a été introduit réellement avec l'échelle de degrés Kelvin (il vaut tout simplement 0 K). Cette échelle est tout simplement plus pratique pour avoir des expressions linéaires dans les formules de thermodynamique. A la base, ce zéro était considéré comme la température à laquelle tous les gaz se liquéfient par absence de pression. Le troisième principe de lathermodynamique réintroduit cette notion dans l'entropie.
Expérimentalement, les scientifiques s'approchent de très près de ce zéro qui correspondrait à l'arrêt de l'agitation des atomes.
Ensuite, la quête du zéro absolu, qui a commencé dès le XIXème siècle, se fait par la liquéfaction des gaz dit « permanents » comme l’hélium, l’oxygène, l’azote, etc.
Premièrement, la température est une valeurdu degré d'agitation des molécules, des particules. Ainsi, la température de l'air permet de donner une vitesse moyenne des molécules selon leur masse, et dans un liquide ou un solide, elle correspond à l'intensité des vibrations atomiques.
Dans le vide quasi complet comme l’espace où l’air n’y est pas présent, la température correspond exactement à la vitesse des particules. En effet, si on yplaçait une plaque d'aluminium, de plastique ou autre matériau, la température mesurée en surface de celui-ci serait radicalement différente de celle des particules en mouvement à l’extérieur de celles-ci. Cette différence de température est expliquée par le rayonnement solaire qui la chauffe ; c’est exactement le même principe sur la surface de la Lune ou autres planètes ne possédant pas...
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