La thermométrie

1) La température : est le degré de sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de chaleur entre le corps humain et son environnement. C’est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie (principe zéros).

En physique, elle se définit de plusieurs manières :

1)    Comme fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules ( en théorie cinétique des gaz)

2)    Par l'équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l'entropie (en thermodynamique et en physique statistique). 

2) Thermomètre : est un appareil qui sert à mesurer et à afficher les valeurs des températures. 

2.1) Grandeur thermométrique : Une grandeur thermométrique est une grandeur physique (longueur, volume, résistance électrique, ...) qui dépend de la température : G = f(T).

 2.2) Échelle thermométrique : Les échelles thermométriques couramment utilisées sont des échelles linéaires :

        a) l'échelle centésimale : glace fondante à 0ºC et eau bouillante à 100ºC (sous pression atmosphérique normale) et intervalle entre glace fondante et eau bouillante divisé en 100 intervalles égaux : le degré Celsius (ºC).

        b) l'échelle absolue : la température T associée au point triple de l'eau est de 273,16 K ; l'unité associée, le Kelvin (K).

    3) types des thermomètres: 

Thermomètres à dilatation: 

 

    La dilatation des corps se fait en fonction de l’augmentation de volume en générale, lorsque sa température s'élève. Il y a  trois types de thermomètres à dilatation sont :

1.Thermomètres à dilatation de liquide : Il est constitué d'un réservoir surmonté d'un capillaire de section faible et régulière (D= 0,2\ mm). se terminant par une ampoule de sécurité. il est est réalisé en verre. Sous l'effet des variations de température, le liquide se dilate plus ou moins.

La loi de variation du volume du liquide en fonction de la température est :

V=V₀ (1+αθ)

Avec :

Vo : volume du liquide à 0 °C ;

V : volume de liquide à θ°C ;

α: coefficient de dilatation du liquide en °C^-1.

θ: température en °C

2. Thermomètres à dilatation de gaz ( tube de bourdon) :

Un thermomètre à gaz est composé d'une sonde (A), formant une enveloppe dans laquelle est enfermé le gaz thermométrique. Cette sonde est reliée par un tube capillaire de raccordement à l'extrémité (B) d'un tube de Bourdon. Cette extrémité est fixe. La longueur du tube de raccordement ne doit pas excéder 100 mètres. Sous l'effet de la température du milieu dans lequel la sonde est placée, la pression du gaz va varier, ce qui modifiera l'équilibre de l'extrémité libre du tube de Bourdon. Cette variation de pression se traduira par un mouvement de rotation de l'index indicateur qui se déplacera devant un cadran portant des graduations thermométriques.

3. Thermomètres à dilatation de solide :

Lorsqu'une tige métallique est portée à la température θ sa longueur varie. La relation entre sa longueur L et θ est :

l=l0 (1+αθ)

avec :

L la longueur de la tige à la température θ;

Lo la longueur de la tige à 0 °C ;

θ la température en °C ;

α le coefficient de dilatation linéaire du métal.

Bilame :

Un bilame thermique est constitué de deux bandes d'alliage dont les coefficients de dilatation sont très différents, soudées à plat sur toute leur surface (fig. bilame). Lorsqu'une telle bande est soumise à une variation de température, les dilatations différentes des deux faces provoquent des tensions, il en résulte une incurvation de l'ensemble.

4. Thermomètres électriques :

Ce sont des capteurs électriques  ils sont utilisés dans les industries et beaucoup plus des les laboratoires.

On décompose les capteurs de température en deux sous catégorie :

Les capteurs passifs, à résistance ou thermistance.

Les capteurs actifs, à couple thermoélectrique.

Le fonctionnement des thermomètres à résistance et thermistances est basé sur le, l'influence de la température sur la résistance électrique d'un conducteur. La mesure d'une température est donc ramenée à la mesure d'une résistance. 

4.  Thermomètres à résistance :

Le conducteur est un élément métallique. On peut établir une relation entre la résistance R et la température θ et ainsi mesurer θ en mesurant R.

Cette relation est de la forme :

R=R0(1+aθ+bθ2+cθ3)

Avec θ la température en °C, R_o la résistance à 0 °C, a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal.

C'est le platine qui est les matériaux le plus utilisé.

5. Thermomètres à thermistance :  La loi de variation est de la forme :

R=a x esp(b/θ)

6. Thermocouples:

Les phénomènes thermoélectriques dans les chaînes de conducteurs métalliques ou semi

conducteurs décrivent les conversions d'énergie ( effet Joule) mis à part, entre énergie 

d'agitation thermique et énergie électrique des charges en mouvement.

7. Les pyromètres optiques:

La pyrométrie optique est une méthode de mesure de la température basée sur la relation entre la température d'un corps et le rayonnement optique (infrarouge ou visible) que ce corps émet. Les capteurs utilisés sont donc des capteurs optiques, photo-électriques ou thermiques. L'intérêt de la pyrométrie optique est de permettre la détermination d'une température sans contact avec l'objet.