Lien entre température et vitesse de ???

Bonjour,

@Dom :
Historiquement, on a étudié les gaz parfaits et la fameuse loi $PV = nR T.$ Et on a observé, par extrapolation, que le volume devient nul pour une certaine température.
En fait, le gaz devient liquide ou solide avant cette température : la loi des gaz parfaits n’est plus valide dans ce domaine.

La température au zéro absolu correspond à l’énergie minimale d’un système thermodynamique. C’est la définition (que je cite de tête).

Par exemple, un gaz formé de molécules di-atomiques, même au zéro absolu, laisse vibrer les molécules (la mécanique quantique est sauve), mais aucune énergie n’est disponible pour être transférée à un autre système : pas de chaleur disponible. C’est donc bien un état d’énergie minimale.

Pour compléter cette digression, je te rappelle qu’il existe des températures négatives en kelvin dans des systèmes de spins.

Je déconseille de lier température et « vitesse » pour comprendre le zéro absolu. L’exemple des molécules vibrantes montre bien que des « choses physiques » ont une vitesse de déplacement non nulle même au zéro absolu.

Bonjour,

Pour les températures négatives dans les réseaux de spins, c’est du niveau L3 : dès qu’on commence la mécanique quantique et la physique statistique. Je te laisse découvrir quand tu tomberas dessus.

Pour vulgariser, et en omettant la mécanique quantique, tu peux garder l’image du zéro absolu comme un état thermodynamique où rien de bouge et donc de vitesse nulle.

Par exemple dans un gaz parfait sans énergie interne (pas de vibration, pas de rotation), alors la température c’est « l’agitation thermique » et l’absence d’agitation, quand tout s’immobilise, c’est l’état d’énergie minimale et donc le zéro absolu.

Ça doit marcher au collège, mais au lycée ça doit être fignoler avec l’idée que l’énergie minimale d’un système n’est pas nulle pour des particules élémentaires : la mécanique quantique « force » un mouvement.

PS : J’ai complément oublié quel est ton niveau. La réponse n’est pas la même pour expliquer le concept à un élève de 6 ans, 12 ans, 18 ans où en L3.

Imaginons que l'on se place dans le micro-canonique (mais cela n'a pas vraiment d'importance). Puisque $dU = -p_{\text{ext}} dV + T dS$ et que c'est une différentielle exacte, on voit que $\dfrac{1}{T} = \Big( \dfrac{\partial S}{\partial U} \Big)_V$. Ainsi, la température n'est pas une grandeur physique fondamentale : elle correspond simplement à (l'inverse de) la dérivée de l'entropie (grandeur statistique qui mesure l'ordre du système) par rapport à l'énergie (concept fondamental de la physique). On voit qu'elle n'a aucune raison d'être positive. De plus, la bonne notion étant $\beta = \dfrac{1}{k_B T}$, le zéro absolu n'a pas lieu d'être thermodynamiquement. Pour briller en société, on peut mentionner qu'il est assez courant d'atteindre de nos jours le millionième de degré kelvin.