Échelle de Rankine : ce que c’est, conversion et exemples

I.​ Introduction

L’échelle de Rankine est une échelle de température utilisée en physique et en chimie, basée sur la température absolue, permettant de mesurer les propriétés thermodynamiques.​

Cet article vise à présenter les principes de base de l’échelle de Rankine, sa définition, les conversions possibles et ses applications pratiques dans différents domaines.

A.​ Contexte

La mesure de la température est une notion fondamentale en physique et en chimie, permettant de définir l’état thermodynamique d’un système.​ Le thermomètre, instrument de mesure de la température, a été inventé au XVIIe siècle. Depuis, plusieurs échelles de température ont été développées, dont l’échelle de Rankine.​ Cette échelle, nommée d’après son inventeur William Rankine, est basée sur la température absolue, qui est la température mesurée par rapport au zéro absolu.​ L’échelle de Rankine est particulièrement utile pour mesurer les propriétés thermodynamiques, telles que le point d’ébullition et le point de fusion, qui sont essentielles en physique et en chimie.​

B.​ Objectif

Cet article a pour objectif de présenter de manière exhaustive l’échelle de Rankine, en mettant en avant ses spécificités et ses avantages. Nous allons ainsi définir les principes de base de cette échelle de température, en précisant son fonctionnement et ses unités de mesure.​ Nous aborderons également les conversions possibles entre l’échelle de Rankine et d’autres échelles de température, telles que l’échelle de Kelvin, de Celsius et de Fahrenheit.​ Enfin, nous illustrerons l’utilisation de l’échelle de Rankine à travers des exemples concrets et des applications pratiques en physique chimique, montrant ainsi l’importance de cette échelle dans les domaines scientifiques.

II.​ Définition de l’échelle de Rankine

L’échelle de Rankine a été créée par le physicien écossais William Rankine en 1859٫ comme alternative à l’échelle de Fahrenheit.

L’échelle de Rankine est une échelle de température absolue, où le zéro absolu correspond à -459,67 °R, et le point d’ébullition de l’eau est fixé à 671,67 °R.

A.​ Histoire

L’échelle de Rankine a été créée par le physicien écossais William Rankine en 1859, comme alternative à l’échelle de Fahrenheit. Cette échelle de température a été développée pour répondre aux besoins de la communauté scientifique qui cherchait une unité de mesure plus précise et plus logique.​

À l’époque, les échelles de température existantes, telles que l’échelle de Celsius et l’échelle de Fahrenheit, étaient basées sur des références arbitraires et ne permettaient pas de mesurer les propriétés thermodynamiques avec précision.​

Rankine a donc défini son échelle de température en prenant comme référence le zéro absolu, qui correspond à la température la plus basse possible, et en fixant le point d’ébullition de l’eau à 671,67 °R.

B.​ Définition

L’échelle de Rankine est une échelle de température qui définit la température absolue comme référence.​ Elle est basée sur le principe que le zéro absolu, c’est-à-dire la température la plus basse possible, est égal à 0 °R (degré Rankine).​

La définition de l’échelle de Rankine est liée à la définition de l’échelle de Kelvin, car 1 °R est égal à 5/9 K.​ Cela signifie que les deux échelles sont linéairement liées, mais avec des unités différentes.​

L’échelle de Rankine est utilisée pour mesurer les températures très basses ou très élevées, notamment en physique et en chimie. Elle permet de définir les propriétés thermodynamiques des systèmes, telles que le point d’ébullition et le point de fusion, avec une grande précision.​

III.​ Conversion

La conversion de l’échelle de Rankine en échelle de Kelvin se fait en multipliant la température en degrés Rankine par 5/9.

Les conversions en échelle de Celsius et de Fahrenheit sont également possibles, mais nécessitent des formules de conversion spécifiques.​

A.​ Conversion en Kelvin

La conversion de l’échelle de Rankine en échelle de Kelvin est une opération couramment utilisée en physique et en chimie.​ Pour cela, il suffit de multiplier la température en degrés Rankine (°R) par le coefficient de conversion 5/9.

La formule de conversion est donc la suivante ⁚ T(K) = T(°R) × 5/9, où T(K) est la température en kelvins et T(°R) est la température en degrés Rankine.​

Cette conversion est particulièrement utile lorsqu’il est nécessaire de comparer des résultats obtenus avec des échelles de température différentes.​ Par exemple, si une expérience donne une température de 500 °R٫ la conversion en kelvins donnera T(K) = 500 × 5/9 ≈ 277٫78 K.​

B. Conversion en Celsius et Fahrenheit

Outre la conversion en kelvins, il est également possible de convertir les températures en degrés Rankine en degrés Celsius ou Fahrenheit.​

Pour convertir en degrés Celsius, il suffit de multiplier la température en degrés Rankine par le coefficient de conversion 5/9, puis de soustraire 273,15.​

La formule de conversion est donc la suivante ⁚ T(°C) = T(°R) × 5/9 ⎼ 273,15, où T(°C) est la température en degrés Celsius.​

Pour convertir en degrés Fahrenheit, il faut multiplier la température en degrés Rankine par le coefficient de conversion 9/5, puis ajouter 32.​

IV.​ Exemples et applications

L’échelle de Rankine est utilisée dans de nombreux domaines, tels que la physique, la chimie, les sciences de l’ingénieur et la météorologie, pour mesurer les températures critiques.​

A.​ Exemples concrets

Les exemples concrets de l’utilisation de l’échelle de Rankine sont nombreux.​ Par exemple, le point d’ébullition de l’eau est de 671٫67 °R٫ tandis que le point de fusion est de 491٫67 °R.​ Dans le domaine de la météorologie٫ l’échelle de Rankine est utilisée pour mesurer les températures dans les nuages et les phénomènes météorologiques extrêmes.​ De même٫ dans l’industrie pétrolière٫ l’échelle de Rankine est utilisée pour mesurer les températures élevées des réacteurs et des systèmes de production.​ Enfin٫ dans le domaine de la physique٫ l’échelle de Rankine est utilisée pour étudier les propriétés thermodynamiques des matériaux à haute température.

B.​ Applications en physique chimique

Dans le domaine de la physique chimique, l’échelle de Rankine est particulièrement utile pour l’étude des réactions chimiques qui impliquent des températures élevées.​ Les chercheurs utilisent l’échelle de Rankine pour mesurer les températures de réaction, ce qui leur permet de comprendre les mécanismes chimiques sous-jacents.​ Par exemple, l’étude de la décomposition thermique des composés organiques requiert une précision élevée dans la mesure des températures, que seule l’échelle de Rankine peut offrir.​ De plus, l’échelle de Rankine est également utilisée pour modéliser les processus chimiques complexes qui impliquent des températures extrêmes, tels que la combustion ou la synthèse de matériaux.​

V.​ Conclusion

En résumé, l’échelle de Rankine est un outil essentiel en physique et en chimie pour mesurer les températures avec une grande précision.​ Grâce à sa définition basée sur la température absolue, elle permet de définir des points de référence clairs, tels que le point d’ébullition et le point de fusion.​ Les conversions possibles avec les échelles de température Kelvin, Celsius et Fahrenheit facilitent son utilisation dans différents contextes. Les exemples concrets et les applications en physique chimique montrent l’importance de l’échelle de Rankine dans la compréhension des phénomènes thermodynamiques.​ Cette échelle de température est donc un élément fondamental dans la pratique scientifique.​