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Les thermomètres

Les thermomètres

Il existe de nombreux types d'instruments utilisés pour mesurer la température.

Pysique

Mots clés

thermomètre, température, changement de température, dilatation thermique, Celsius, Fahrenheit, infrarouge, rayon infrarouge, rayonnement thermique, thermomètre à gaz, thermomètre en métal, bimétal, thermostat, courant électrique, résistance, tension, thermodynamique, propriété physique, volume, gaz, électricité, physique

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Scènes

Types

  • thermomètre sans contact
  • thermomètres basés sur le principe de la dilatation thermique
  • thermomètre liquide
  • thermomètre bimétallique
  • thermomètre à gaz
  • thermomètre électrique

Les thermomètres ne mesurent pas directement la température, ils mesurent certaines propriétés des substances qui dépendent de la température.

Il existe trois types de thermomètres.

Le fonctionnement du premier est basé sur la dilatation thermique des substances, c'est-à-dire sur le fait qu'une augmentation de la température provoque une augmentation du volume de la matière. À partir du changement de volume, nous pouvons calculer le changement de température.

Le second type est basé sur la dépendance à la température des propriétés électriques des matières. Ce sont des thermomètres électriques.

Le fonctionnement des thermomètres sans contact est basé sur le rayonnement électromagnétique émis par les corps chauds, dont la composition dépend de la température. Avec cette méthode, il est possible de mesurer la température à distance.

Thermomètre bimétallique

Avec l'augmentation de la température, les particules qui en forment la substance se déplacent plus rapidement et, par conséquent, occupent une plus grande place. Autrement dit, le volume de la substance va augmenter. La seule exception est l'eau, qui réagit de manière opposée entre 0 et 4 degrés Celsius, mais c'est vrai pour tous les autres liquides, gaz et solides.

Les thermomètres dont le fonctionnement est basé sur le principe de la dilatation thermique profitent de ce phénomène.

Pour les thermomètres à liquide, il convient de choisir un liquide qui ne gèle ni ne bout quand on mesure de grandes amplitudes de températures. C'est principalement l'alcool ou le mercure qui sont donc choisis. Cependant, l'utilisation du mercure est interdite dans de nombreux pays, car thermomètre brisé, il relâche une vapeur de mercure qui est dangereuse pour la santé.

Les thermomètres à gaz peuvent servir à mesurer des températures extrêmement basses grâce à leur faible point de congélation.

Les thermomètres métalliques sont moins appropriés pour faire des mesures exactes, mais comme l'expansion thermique génère une une forte tension dans la matière solide, ils peuvent servir dans les commutateurs.

Ce type de thermomètres comprend des thermomètres bimétalliques, fabriqués en soudant ensemble deux bandes de métal. Lorsque la température change, les bandes de métal soudées, qui ont des propriétés de dilatation thermique différentes, se courbent et allument ou éteignent des interrupteurs. Ce type de thermomètre servait à faire fonctionner les retardateurs des cages d'escalier, le contrôle de température des fers à repasser, et les thermostats contrôlant la température du refroidisseur de moteur dans les voitures.

Thermomètre à gaz

Thermomètre à liquide

Thermomètre électrique

Les thermomètres électriques servent aussi à effectuer des mesures exactes, et du fait de leur petite taille, ils n'affectent que très peu la température des matières mesurées.

Il existe trois types de thermomètres électriques : les thermomètres à résistance, les thermistors et les thermocouples.

Les thermomètres à résistance se basent sur le fait que la résistance des métaux dépend de la température : elle augmente généralement avec l'augmentation de la température. La résistance pouvant être mesurée de manière très précise, la température peut aussi être déterminée avec précision.

Les thermistors diffèrent des thermomètres à résistance métallique dans la mesure où ils sont faits avec une matière semi-conductrice. C'est pourquoi ils sont beaucoup plus sensibles à la température.

Les thermocouples sont fabriqués en soudant ou câblant ensemble deux types de fils métalliques différents. Là où les surfaces des deux métaux se touchent, une tension est produite car les niveaux énergétiques des électrons de valence dans les métaux sont différents, donc certains électrons au niveau énergétique plus élevé se déplacent vers l'autre métal jusqu'à ce que l'énergie soit équilibrée. La tension ainsi générée dépend de la température, donc en mesurant la tension, la température peut aussi être déterminée. Les thermocouples fournissent des mesures sur une plus grande amplitude de température qui les thermistors.

Thermomètres sans contact

Les pyromètres et les thermomètres à infrarouge qui mesurent la température à distance.

Ces thermomètres peuvent servir à mesurer la température des objets difficiles à atteindre ou trop chauds pour les autres types de thermomètres (comme les métaux fondus). Ils sont aussi utiles pour découvrir les sources de perte de chaleur dans les bâtiments.

A l'origine de la mesure de la température sans contact est le fait que les objets émettent des rayons électromagnétiques, dont l'intensité et la composition dépendent de la température. La plus grande partie de ce rayonnement se fait dans le segment infrarouge invisible du spectre électromagnétique, mais les objets incandescents plus chauds que 600°C émettent aussi une lumière visible.

Les thermomètres sans contact sont constitués d'un système optique, d'un détecteur et d'une unité de traitement de signaux. Ils sont souvent équipés d'un pointeur laser pour montrer exactement la partie de la surface de l'objet à mesurer.

Certains thermomètres sans contact mesurent l'intensité des rayons incidents à partir de laquelle nous pouvons déduire la température de l'objet si nous connaissons la distance entre celui-ci et le thermomètre. L'objet qui est mesuré doit remplir le champ de vision de la lentille de l'instrument de mesure, sinon, il affiche une température plus basse.

D'autres thermomètres sans contact ne mesurent pas l'intensité du rayonnement mais la composition de la longueur d'onde qui est caractéristique de la température seulement, alors que l'intensité dépend aussi de la taille de la surface et la distance de l'instrument de mesure. Plus l'objet est chaud, plus la longueur d'onde du rayonnement le plus intense est basse. Puisque la couleur de l'objet altère le rayonnement émis, et que d'autres facteurs peuvent aussi interférer, comme la poussière dans l'air, cette méthode de mesure n'est pas toujours précise.

Narration

Les thermomètres ne mesurent pas directement la température. Plutôt, ils mesurent certaines propriétés des substances qui dépendent de la température. Il existe trois types de thermomètres : les thermomètres sans contact, les thermomètres dont le fonctionnement est basé sur le principe de la dilatation thermique, et les thermomètres électriques.

Avec l'augmentation de la température, les particules qui en forment la substance se déplacent plus rapidement et par conséquent, occupent une plus grande place. Autrement dit, le volume de la substance va augmenter. Les thermomètres dont le fonctionnement est basé sur le principe de la dilatation thermique profitent de ce phénomène.

Pour les thermomètres à liquide, il convient de choisir un liquide qui ne gèle ni ne bout quand on mesure de grandes amplitudes de températures. Donc c'est principalement de l'alcool qui est utilisé dans ce cas.

Les changements de température des gaz affectent leur volume, donc les gaz sont appropriés pour mesurer la température. Les thermomètres à gaz peuvent servir à mesurer des températures extrêmement basses grâce à leur faible point de congélation.

Les thermomètres métalliques sont moins appropriés pour faire des mesures exactes, mais comme la dilatation thermique génère une grande tension dans la matière solide, ils peuvent servir dans les commutateurs. Ce type de thermomètres comprend les thermomètres bimétalliques, qui sont faits de deux différentes bandes de métal. Lorsque la température change, les bandes de métal soudées, qui ont des propriétés de dilatation thermique différentes, se courbent et allument ou éteignent des interrupteurs de contrôle de la température.

Les thermomètres électriques servent aussi à effectuer des mesures exactes, et du fait de leur petite taille, ils n’affectent que très peu la température des matières mesurées. Il existe trois types de thermomètres électriques : les thermomètres à résistance, les thermistors et les thermocouples.

Les thermomètres à résistance se basent sur le fait que la résistance des métaux dépend de la température : elle augmente généralement avec l'augmentation de la température. La résistance pouvant être mesurée de manière très précise, la température peut aussi être déterminée avec précision.

Les pyromètres et les thermomètres à infrarouges peuvent mesurer la température à distance. Ces thermomètres peuvent servir à mesurer la température des objets difficiles à atteindre ou trop chauds pour les autres types de thermomètres. Ils sont aussi utiles pour découvrir les sources de perte de chaleur dans les bâtiments. À l'origine de la mesure de la température sans contact est le fait que les objets émettent des rayons électromagnétiques, dont l'intensité et la composition dépendent de la température. La plus grande partie de ce rayonnement se fait dans le segment infrarouge invisible du spectre électromagnétique.

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