La chaleur est le transfert d'énergie vers ou depuis le corps sous des formes autres que le flux de matière ou le travail (transfert d'énergie organisé, comme la poussée).

La température n'est qu'une propriété bien définie pour un collectif corps (vous ne pourriez pas me dire la température d'un seul atome, par exemple). Comme vous l'avez dit, c'est la propriété de la matière qui décrit la quantité d'énergie cinétique des particules dans le corps. Quant à savoir pourquoi, je demande: que se passe-t-il à 0 absolu?

À 0 absolu, la chaleur a tellement été transférée hors du système que vous ne pouvez pas baisser l'énergie du système plus.

(Note pour le lecteur averti: il y a en effet encore un phénomène de mécanique quantique - l'énergie du point zéro - qui empêche une certaine énergie de sortir de la molécule, mais c'est une conversation pour une autre fois).

D'une définition thermodynamique, la température est la description de la façon dont l'énergie interne change avec l'entropie pour un système fermé (peu importe les flux entrant ou sortant) de volume constant:

$ T = \ left (\ frac {\ partial {U}} {\ partial {S}} \ right) _ {N, V} $ span>

En augmentant l'entropie du système d'une quantité fixe, la température du système me dit de combien l'énergie interne augmentera. Maintenant, ce n'est pas une forme très utile, car vous ne pouvez pas augmenter directement l'entropie d'un corps (vous devez ajouter de l'énergie et ensuite laisser l'entropie augmenter indirectement). Il est beaucoup plus utile de considérer la température inverse:

$ \ frac {1} {T} = \ left (\ frac {\ partial {S}} { \ partial {U}} \ right) _ {N, V} $

Au zéro absolu, tout est dans l'état d'énergie le plus bas. Tout petit transfert d'énergie vers le système entraînera une forte augmentation de l'entropie. Mais ce n'était qu'un petit changement, donc l'énergie interne n'augmente pas beaucoup. Comparé à un système à température ambiante, où je dois transférer beaucoup plus d'énergie au système pour obtenir la même amplitude d'augmentation de l'entropie.

Température vs énergie cinétique

[OP:] J'ai lu à de nombreux endroits que la température est l'énergie cinétique moyenne des particules présentes dans un objet.

La température a à voir avec l'énergie cinétique moyenne des particules, mais dire que les deux concepts sont les mêmes est incorrect. Ce qui est correct, c'est que si les particules de deux échantillons de gaz mono-atomiques ont la même énergie cinétique moyenne, elles auront la même température. Pour les échantillons qui ne sont pas des gaz mono-atomiques, voir Quels sont les degrés de liberté qui définissent la température d'un solide ionique (tel que l'azide de sodium)?.

[OP:] Je n'obtiens simplement pas intuitivement comment l'énergie cinétique est liée à la température.

Si vous avez un gaz dans un conteneur (comme l'air dans une pièce), des molécules de gaz entrera en collision avec les murs. Si les murs sont plus froids que le gaz (comme une vitre froide en hiver), ces collisions ralentiront les particules de gaz en moyenne, diminuant la température du gaz. Si les murs sont plus chauds que le gaz (comme une vitre en été), ces collisions accéléreront en moyenne les particules de gaz, augmentant la température du gaz. Parce que l'énergie (et la quantité de mouvement pour les collisions élastiques) est conservée, les changements de température du gaz se traduiront par des changements opposés de la température des parois (l'ampleur du changement ne sera pas la même, cela dépend des capacités thermiques).

Chaleur vs température

[OP:] Et comment la chaleur est-elle alors liée à la température?

La chaleur est le transfert d'énergie thermique. Si rien d'autre ne se passe, la chaleur transférée de l'échantillon A à l'échantillon B s'accompagnera d'une baisse de température de A et d'une augmentation de température de B. Voir aussi: https://chemistry.stackexchange.com/a / 112057

Définition de la température

[OP:] Alors, quelle est exactement la température? Toutes les descriptions données en ligne sont très déroutantes.

Dans les termes les plus simples, c'est ce que vous mesurez après avoir mis un thermomètre en contact thermique avec l'échantillon. La partie sensible du thermomètre (ampoule à mercure ou à alcool, thermocouple, etc.) doit atteindre la même température que l'échantillon. L'échantillon doit être beaucoup plus gros que le capteur afin que leur mise en contact ne modifie pas significativement la température de l'échantillon. La température mesurée par le thermomètre est égale à la température de l'échantillon car ils sont à l'équilibre thermique (l'échange de chaleur est nul), et le thermomètre a une propriété qui change avec la température (comme le volume d'alcool) afin de détecter son Température. Voir aussi: Mesure de température

La définition quantitative de la température est donnée dans la définition officielle de son unité SI Kelvin:

Le kelvin, symbole $ K $ , est l'unité SI de température thermodynamique. Il est défini en prenant la valeur numérique fixe de la constante de Boltzmann k comme étant $ \ pu {1.380649e − 23} $ lorsqu'elle est exprimée dans l'unité $ \ pu {JK − 1} $ , qui est égal à $ \ pu {kg m2 s − 2 K − 1} $ span >, où le kilogramme, le mètre et la seconde sont définis en termes de $ h $ , $ c $ et $ Δν_ {Cs} $ .

Cette définition nécessite beaucoup de chimie physique pour être comprise. Cependant, il est parfois formulé comme suit:

Un kelvin est égal à un changement de température thermodynamique $ T $ qui se traduit par un changement d'énergie thermique $ kT $ par $ \ pu {1,380 649e − 23 J} $ .

Donc, si l'énergie thermique (moyenne par particule, non indiquée ci-dessus) augmente, la température augmente.

La température est liée à l'énergie cinétique, mais elle ne peut pas être simplement assimilée à l'énergie cinétique moyenne du système. Comme je l'ai écrit en réponse à une autre réponse, différents systèmes peuvent avoir différentes énergies cinétiques moyennes / particule, mais la même température. Par exemple, à la même température, la moyenne. La particule cinétique / énergétique d'un gaz diatomique est supérieure à celle d'un gaz monatomique, car les particules de gaz monatomiques n'ont qu'une énergie cinétique de translation, tandis que les particules diatomiques auront la même énergie cinétique de translation moyenne, mais également une énergie cinétique de rotation et de vibration.

Ce que vous pouvez dire, cependant, c'est que la température est une mesure de l'énergie cinétique moyenne par degré de liberté disponible , $ \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle $ :

$$ \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle = 1/2 N k_B T / f, $$ où $ f $ est la disponibilité fractionnaire du degré de liberté.

Ainsi nous pouvons écrire:

$$ T = \ frac {2 \ langle H_ {kin, DOF} \ rangle} {N k_B f} $$

Considérez à nouveau un gaz monatomique ou diatomique. À basse température, les degrés de liberté de vibration peuvent ne pas être entièrement disponibles, mais les degrés de liberté de translation le seront (donc, pour chacun des trois degrés de liberté de translation, $ f = 1 $ ). A la même température, la moyenne KE / particule des deux gaz sera différente. Cependant, pour les deux gaz, la KE moyenne par particule par degré de liberté de translation sera la même!

En thermodynamique, la base d'une définition de la température est fournie par la $ 0 ^ {\ text {th}} $ loi: deux corps indépendamment en équilibre thermique avec un troisième corps sont en équilibre thermique l'un avec l'autre. L'équilibre thermique permet de définir la température: deux corps en équilibre thermique sont dits à la même «température».

La loi $ 0 ^ {\ text {th}} $ est utile car elle fournit un moyen de déterminer si deux systèmes qui ne sont pas en thermique le contact serait en équilibre thermique s'il était mis en contact. Cette propriété transitive d'équilibre thermique fournit une méthode de classement des systèmes, par exemple en les mettant séparément en contact thermique avec un corps de référence. Un thermomètre représente un tel corps de référence. Il est conçu pour échanger de l'énergie uniquement thermiquement, pas par le travail. Une mesure pratique de la température (une échelle) peut être fournie par une propriété intensive observable du thermomètre qui définit l'état du thermomètre. Si le thermomètre indique la même «température» lorsqu'il est en contact avec deux corps différents, alors ces deux corps sont en équilibre thermique (ou le seraient s'ils étaient placés en contact thermique).

Une fois qu'une échelle de température est définie en utilisant l'état d'un thermomètre comme référence, la question suivante à laquelle il faut répondre est: que se passe-t-il lorsque deux corps à des températures différentes sont placés en contact thermique? Pour répondre à cela, nous invoquons la 1ère loi. La première loi définit l'additivité des différentes formes d'énergie (chaleur et travail). La chaleur est le changement de l'énergie interne des objets lorsqu'ils s'équilibrent en contact thermique, travail absent. La 1ère loi prévoit également un moyen de mesurer la «chaleur» en la reliant à une quantité de travail équivalente. Par exemple, le travail électrique peut être utilisé pour changer l'état d'une substance dans un récipient adiabatique rigide. La quantité de travail équivaut à la chaleur qui entraînerait le même changement de température de la substance si le transfert d'énergie avait été effectué thermiquement et en l'absence de travail :

$$ \ begin {align} \ Delta U & = w \ tag {adiabatique} \\ & = q \ tag {diathermal, rigid} \ end {align} $$

Notons enfin qu'il existe une échelle de température thermodynamique qui est basée sur la 2ème loi (en corollaire des propriétés d'entropie), mais en pratique on s'appuie sur des échelles dont le comportement limite (idéal) se rapproche de celui de l'échelle thermodynamique.

La température est l'énergie cinétique moyenne des particules composant un système. C'est ça, et c'est correct. Toute autre définition, et il y en a beaucoup sur cette page, est soit équivalente, soit incorrecte. Quel est le problème?