Module 3 La chaleur et la température. Thème 2 - Mesurer la température

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1 Module 3 La chaleur et la température Thème 2 - Mesurer la température Dans la vie de tous les jours, nous faisons souvent référence à la température, c'est-à-dire au degré de chaleur ou de froid des objets. Les thermomètres Instruments mécaniques ou électriques qui servent à mesurer la température. Galilée a inventé son thermomètre à air vers Quand l air du réservoir supérieur se refroidissait ou se réchauffait, une bulle de liquide montait ou descendait dans le tube. Le thermomètre à liquide a été inventé vers On retrouvait du liquide dans le réservoir et dans une partie de la tige. Les anciens thermomètres (Voir Figure 3.4A & 3.4B) n ont pas de graduation (lignes graduées) pour indiquer la température précise. Les thermomètres modernes (Voir Figure 3.4C) portent des graduations ou des lignes à intervalles réguliers qui permettent de lire les températures précises.

2 L échelle de température utilisée au Canada est l échelle Celsius. Anders Celsius a choisit 2 températures fixes 0 C (point de congélation) et 100 C (point d ébullition). Il divisa ensuite l espace entre ces deux valeurs en 100 unités ou degrés d égale longueur. Les impuretés peuvent modifier les points d ébullition et de congélation. Par exemple l eau salée ne gèle qu en dessous de 0 C. La pression agit aussi sur les points d ébullition et de congélation. Au sommet du mont Everest, l eau bout à 69 C. Il faut moins de temps pour préparer une tasse de chocolat chaud au sommet d une montagne qu à sa base. À mesure que l on s élève du niveau de la mer, l eau bout à des températures de plus en plus basses. En élaborant des théories pour expliquer le comportement des gaz à différentes températures, les scientifiques se sont rendu compte qu ils avaient besoin d une échelle de température commençant par la température la plus froide possible. Le zéro absolu est la température la plus froide possible soit une température de -273,15 C (0 K). On utilise l échelle de Kelvin pour mesurer les températures plus froides. Les unités de température de l échelle de Kelvin ne sont pas des degrés, elles sont appelées des

3 «kelvins». Par exemple, la température de congélation de l eau au niveau de la mer est de 273,15 K ou 0 C. Un instrument approprié au travail Il existe des thermomètres pour mesurer presque toutes les températures. Chaque thermomètre comporte une sonde faite d un matériau qui réagit aux changements d un aspect de l environnement comme la température. La sonde émet un signal, de l information sur la température comme un courant électrique. Le signal agit sur un répondeur, une aiguille, une lumière ou un autre mécanisme qui utilise le signal d une façon quelconque.

4 Thermocouple Dans un thermocouple des câbles faits de métaux différents sont entortillés. Lorsque chauffés ils génèrent un faible courant électrique. L intensité du courant dépend de la température des câbles. Le courant électrique peut ouvrir ou fermer un interrupteur ou une valve si la température varie. Les thermocouples servent à mesurer des températures élevées. Les thermomètres de laboratoire ne peuvent mesurer ces températures parce que le liquide qu ils contiennent se met à bouillir. Cependant, les thermocouples ne peuvent mesurer les températures basses avec précision (Voir Figure 3.9). Thermomètre à bilame Un bilame est formé de 2 lames étroites minces solidement attachées et fabriquées de 2 métaux différents. Lorsque la bande est chauffée, un des métaux se dilate plus que l autre. La bande s enroule alors plus fermement. Quand la bande se refroidit le processus s inverse, le métal qui s est dilaté se contracte et la bande commence à se dérouler. Les mouvements de la bande peuvent actionner un interrupteur électrique servant à commander les fournaises, les climatiseurs, les réfrigérateurs, etc. Dans un thermostat, le bilame est attaché à une capsule de verre renfermant une goutte de mercure liquide. Lorsque le bilame se refroidit, la capsule s incline. La goutte de mercure roule vers une extrémité, rempli le vide entre 2 fils et complète un circuit électrique. Cela met l appareil en marche. Lorsque la bande plie dans l autre sens, la goutte de mercure roule en s éloignant des fils; cela coupe le courant et arrête l appareil. (Voir Figure 3.10) Thermomètre enregistreur Dans un modèle de thermomètre enregistreur un bilame s enroule et se déroule sous l effet des variations de température. Une extrémité du bilame est attachée à un long levier en métal léger au bout duquel est fixé un crayon spécial. Des petits mouvements de la bande de métal font bouger l extrémité libre du levier et du crayon. Le crayon trace une ligne montante ou descendante sur une bande de papier installée sur un tambour rotatif qui tourne lentement (Voir Figure 3.11). Thermographe à infrarouge Les objets n ont pas besoin d être incandescents pour émettre des radiations. Tout ce qui est plus chaud que le zéro absolu émet des rayons infrarouges (IR), un type de radiation semblable à la lumière que tes yeux ne peuvent détecter. On peut photographier le rayonnement IR au moyen de film spéciaux et on peut le montrer sur des écrans de télévision à l aide de détecteurs électroniques (Voir Figure 3.12).

5 Thermomètre médical en verre Thermomètre électronique

6 Thermomètre à liquide (mercure ou alcool) Thermomètre à cadran et aiguille

7 Thermomètre à cristaux liquides Thermomètre météorologique enregistreur