De quoi est composé un thermomètre?

De quoi est compose un thermometre

Les thermomètres sont des instruments scientifiques simples qui fonctionnent en partant du principe que les métaux changent de comportement de manière très précise lorsqu’ils chauffent (gagnent plus d’énergie thermique). Examinons de plus près le fonctionnement de ces appareils utiles.

Les thermomètres à liquide

Les thermomètres à liquide sont les plus simples ! Il s’agit simplement de tubes de verre très fins remplis d’une petite quantité de liquide argenté (généralement du mercure, un métal assez unique qui est liquide aux températures normales de tous les jours). Lorsque la température augmente, le mercure se dilate (augmente de taille) de manière proportionnelle.

Par conséquent, si la température augmente de 20 degrés, le mercure se dilate et monte deux fois plus haut sur l’échelle que si la température n’augmente que de 10 degrés. Il suffit de dessiner une échelle sur le verre pour déterminer la température.

Comment calcule-t-on l’échelle ? Parce qu’elle est basée sur les températures de la glace et de l’eau bouillante, la fabrication d’un thermomètre Celsius (centigrade) est simple. On les appelle les deux points fixes. Nous savons que la glace a une température proche de zéro degré Celsius, alors que l’eau bout à cent degrés Celsius.

Lorsque nous plongeons notre thermomètre dans la glace, nous pouvons voir où tombe le niveau de mercure et marquer le point le plus bas sur notre échelle, qui sera autour de 0°C. De même, si nous plongeons le thermomètre dans de l’eau bouillante, nous pouvons attendre que le mercure monte et marquer 100°C. Il ne reste plus qu’à diviser l’échelle entre ces deux points fixes en 100 étapes égales (« centigrade » signifie 100 divisions) et nous avons un thermomètre fonctionnel !

Mercure ou alcool ?

Le mercure n’est pas utilisé dans tous les thermomètres à liquide. Si la ligne de votre thermomètre est rouge plutôt qu’argentée, votre thermomètre est rempli d’un liquide à base d’alcool (comme l’éthanol). Quelle est la différence ? Le mercure est toxique, mais il est totalement sûr lorsqu’il est enfermé dans un thermomètre.

Cependant, si le tube de verre d’un thermomètre à mercure se brise, vous pouvez être exposé au liquide toxique qu’il contient. Le point de congélation de l’alcool étant inférieur à celui du mercure (environ 114°C ou 170°F pour l’éthanol pur, contre environ 40°C ou 40°F pour le mercure), les thermomètres à alcool sont généralement plus sûrs. Ils peuvent également être utilisés pour mesurer des températures plus basses.

Thermomètres à cadran

Lorsque vous ouvrez l’un de ces thermomètres, vous remarquerez que l’aiguille est montée sur un morceau de métal enroulé appelé bilame, qui est conçu pour se dilater et se plier lorsqu’il devient plus chaud (pour plus d’informations sur ce fonctionnement, consultez notre article sur les thermostats). La bande bimétallique se dilate lorsque la température augmente, poussant l’aiguille plus haut sur l’échelle.

Les thermomètres électroniques

L’un des problèmes des thermomètres à mercure et à cadran est qu’ils réagissent lentement aux changements de température. Les thermomètres électroniques n’ont pas cette limitation : il suffit de placer la sonde du thermomètre sur l’objet dont vous voulez mesurer la température, et l’affichage numérique fournit une lecture (presque) instantanée de la température.

Les thermomètres électroniques fonctionnent d’une manière complètement différente des thermomètres mécaniques qui utilisent des lignes de mercure ou des aiguilles tournantes. Ils reposent sur l’idée que la résistance d’un métal (la facilité avec laquelle l’électricité le traverse) varie avec la température. Lorsque les métaux se réchauffent, leurs atomes vibrent davantage, ce qui rend le passage de l’électricité plus difficile et augmente la résistance.

De même, lorsque les métaux refroidissent, les électrons se déplacent plus librement et la résistance diminue. (Aux températures proches du zéro absolu, la température la plus basse théoriquement possible de 273,15°C ou 459,67°F, la résistance disparaît complètement, un phénomène connu sous le nom de supraconductivité)

Un thermomètre électronique fonctionne en appliquant une tension à sa sonde métallique et en mesurant le courant qui la traverse. Lorsque vous plongez la sonde dans de l’eau bouillante, la chaleur de l’eau fait que l’électricité circule moins facilement dans la sonde, ce qui augmente la résistance d’une quantité précisément mesurable. Une micropuce située à l’intérieur du thermomètre mesure la résistance et la convertit en une mesure de température.

Le principal avantage des thermomètres de ce type est qu’ils peuvent fournir une lecture instantanée dans l’échelle de température de votre choix (Celsius, Fahrenheit, etc.). Cependant, comme ils mesurent la température d’un instant à l’autre, les chiffres qu’ils affichent peuvent fluctuer de façon assez spectaculaire, ce qui rend parfois difficile une lecture précise.

Les thermomètres à résistance sont des thermomètres électriques précis qui utilisent quatre résistances disposées dans un circuit en forme de diamant appelé pont de Wheatstone. Si trois des résistances ont des valeurs connues, le calcul de la résistance de la quatrième est simple. Un tel circuit peut être utilisé comme un thermomètre très précis si la quatrième résistance est conçue sous la forme d’une sonde de température : le calcul de sa résistance (à partir de sa tension et de son courant) permet de calculer sa température.

Mesurer des températures extrêmes

Vous aurez besoin d’un thermocouple si vous voulez mesurer quelque chose qui est trop chaud ou trop froid pour un thermomètre standard. Un thermocouple est un dispositif ingénieux qui mesure la température en mesurant l’électricité. Si vous ne pouvez pas vous approcher suffisamment pour utiliser un thermocouple, vous pouvez essayer un pyromètre, qui est un type de thermomètre qui déduit la température d’un objet à partir du rayonnement électromagnétique qu’il émet.

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