Thermomètres

Thermomètres à cadran

Tous les thermomètres ne fonctionnent cependant pas de cette manière. Celui que l’on voit sur notre photo du haut a une aiguille métallique qui se déplace de haut en bas sur une échelle circulaire. Ouvrez l’un de ces thermomètres et vous verrez que l’aiguille est montée sur un morceau de métal enroulé appelé bilame qui est conçu pour se dilater et se plier à mesure qu’il devient plus chaud (consultez notre article sur les thermostats pour savoir comment cela fonctionne).Plus la température est élevée, plus le bilame se dilate et plus il pousse l’aiguille vers le haut de l’échelle.

Artwork : Comment fonctionne un thermomètre à cadran : Voici le mécanisme qui alimente un thermomètre à cadran typique, illustré dans un brevet de Charles W. Putnam datant de 1905. En haut, nous avons l’arrangement habituel de l’aiguille et du cadran. L’illustration du bas montre ce qui se passe à l’arrière. Une bande bimétallique (jaune) est étroitement enroulée et fixée à la fois au cadre du thermomètre et à l’aiguille. Elle est composée de deux métaux différents liés ensemble, qui se dilatent différemment lorsqu’ils chauffent. Lorsque la température change, la bande bimétallique se courbe plus ou moins (se contracte ou se dilate) et l’aiguille, qui y est fixée, monte ou descend sur l’échelle. Artworkfrom US Patent 798,211 : Thermometer courtesy of US Patent and Trademark Office.

Photo : Voici la bande bimétallique enroulée d’un véritable thermomètre à cadran (le thermomètre de congélation sur notre photo du haut). Il est facile de voir comment cela fonctionne : si vous tournez l’aiguille avec votre main vers des températures plus froides, la bande enroulée se resserre ; tournez l’aiguille dans l’autre sens et la bande se relâche.

Thermomètres électroniques

Un des problèmes des thermomètres à mercure et à cadran est qu’ils mettent du temps à réagir aux changements de température. Les thermomètres électroniques n’ont pas ce problème : il vous suffit de toucher la sonde du thermomètre sur l’objet dont vous voulez mesurer la température et l’affichage numérique vous donne une lecture (presque) instantanée de la température.

Photo : Thermomètre médical électronique de 2010. Vous placez la sonde métallique dans votre bouche, ou à un autre endroit de votre corps, et vous lisez la température sur l’écran LCD.

Les thermomètres électroniques fonctionnent d’une manière totalement différente des thermomètres mécaniques qui utilisent des lignes de mercure ou des pointeurs tournants.Ils sont basés sur l’idée que la résistance d’une pièce de métal (la facilité avec laquelle l’électricité la traverse) change en fonction de la température. Plus les métaux sont chauds, plus les atomes vibrent en leur sein, plus il est difficile pour l’électricité de circuler et plus la résistance augmente. De même, lorsque les métaux refroidissent, les électrons se déplacent plus librement et la résistance diminue. (À des températures proches du zéro absolu, la plus basse température théoriquement possible de -273,15°C ou -459,67°F, la résistance disparaît entièrement dans un phénomène appelé supraconductivité.)

Un thermomètre électronique fonctionne en mettant une tension aux bornes de sa sonde métallique et en mesurant la quantité de courant qui la traverse. Si vous mettez la sonde dans de l’eau bouillante, la chaleur de l’eau fait que l’électricité circule moins facilement dans la sonde, de sorte que la résistance augmente d’une quantité précisément mesurable. Une micropuce à l’intérieur du thermomètre mesure la résistance et la convertit en une mesure de la température.

Photo : Thermomètre à résistance électrique de 1912 : Cet exemple de thermomètre à résistance de type pont a été construit par Leeds et Northrup et utilisé pour les mesures de température au National Bureau of Standards américain(aujourd’hui NIST) au début du 20e siècle. Malgré son apparence trapue et maladroite, il est précis à 0,0001 degré près.Photo avec l’aimable autorisation du National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899.

Le principal avantage des thermomètres de ce type est qu’ils peuvent donner une lecture instantanée dans n’importe quelle échelle de température que vous aimez – Celsius, Fahrenheit ou autre. Mais l’un de leurs inconvénients est qu’ils mesurent la température d’unmoment à l’autre, de sorte que les chiffres qu’ils affichent peuvent fluctuer quitedramatiquement, ce qui rend parfois difficile une lecture précise.

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

Mesurer des températures extrêmes

Si vous voulez mesurer quelque chose qui est trop chaud ou trop froid pour qu’un thermomètre classique puisse le manipuler, vous aurez besoin d’un thermocouple : un appareil astucieuxqui mesure la température en mesurant l’électricité. Et si vous ne pouvez pas vous approcher suffisamment pour utiliser même un thermocouple, vous pouvez essayer d’utiliser un pyromètre,une sorte de thermomètre qui déduit la température d’un objet à partir du rayonnement électromagnétique qu’il émet.