Décrire un gaz : pression, volume, température

L'état d'un gaz enfermé dans un récipient se décrit par quatre grandeurs, ses variables d'état :

   P  : la pression         (en pascals, Pa)      -> force des chocs sur les parois
   V  : le volume           (en metres cubes, m³) -> l'espace occupe
   T  : la temperature      (en KELVINS, K)       -> l'agitation des molecules
   n  : la quantite de matiere (en moles, mol)    -> le nombre de molecules

Un point crucial dès le départ : la température doit être exprimée en kelvins, jamais en degrés Celsius. L'échelle Kelvin part du zéro absolu (−273,15 °C), la température où l'agitation cesse. On passe de l'une à l'autre par :

   T(K) = θ(°C) + 273,15

Pourquoi est-ce vital ? Parce que les lois des gaz font intervenir des rapports et des produits de température. Utiliser des degrés Celsius (qui peuvent être négatifs et dont le zéro est arbitraire) donnerait des résultats absurdes. En kelvins, T est toujours positive et proportionnelle à l'agitation réelle.

Ces quatre grandeurs ne sont pas indépendantes : si l'on en fixe certaines, les autres sont contraintes. Comprime un gaz (V diminue) et sa pression monte ; chauffe-le (T augmente) et il pousse plus fort sur les parois. Tout l'enjeu est de trouver la relation exacte qui les lie. Les physiciens l'ont d'abord découverte par morceaux, en fixant deux grandeurs et en observant les deux autres — c'est l'objet de la leçon suivante.