Pour en savoir plus sur la température

Objectif : Quelques informations supplémentaires sur la notion de température afin de faire un bilan des techniques et connaissances actuelles.

Le thermomètre décoratif dit de Galilée
Le liquide contenu dans le thermomètre est responsable d'une poussée d'Archimède. Si la poussée l'emporte sur le poids, la boule remonte ; si le poids l'emporte, la boule coule. Admettons que la température diminue, le liquide se contracte (le contraire de "se dilate") : il devient plus dense. La poussée d'Archimède, égale au poids du liquide déplacé, augmente alors. Et si elle est suffisante, une boule devrait monter...		1) Quelle est la température indiquée sur le thermomètre ci-contre ? 2) Que va-t-il se passer si la température monte à 23°C ? 3) Cette valeur est-elle précise ? Justifie en donnant l'erreur maximale commise. 4) Que va-t-il se passer si la température chute à 21°C?

Le thermomètre médical à mercure
Le thermomètre le plus utilisé au XX^ème siècle fut un thermomètre à mercure (ci-contre). Il n'est plus commercialisé du fait que les vapeurs de mercure sont dangereuses. En effet il est très difficile de récupérer le mercure d'un thermomètre brisé. Entre la prise de température et la lecture de celle-ci par le médecin, l'indication ne doit pas changer. Ce thermomètre présente donc une petite particularité...		5) Explique pourquoi le thermomètre médical à mercure doit être secoué avant une nouvelle utilisation.

Le thermomètre du météorologue
Le météorologue est très intéressé par les températures maximales et minimales. Sa constitution un peu complexe répond à cet objectif : - Le réservoir est ici rempli d'alcool coloré. - Une mince colonne de mercure est entraînée par la dilatation de l'alcool. - L'index de fer flotte sur le mercure et reste dans la position la plus haute qu'il atteint.		6) Explique pourquoi on peut lire la température du moment de chaque côté. Combien lit-on sur ce thermomètre? 7) De quel côté l'index indique-t-il la température maximale atteinte? 8) Pourquoi l'autre index indique-t-il la température minimale atteinte? 9) Comment peut-on faire pour ramener les index contre le mercure?

Le thermomètre à bilame
Expérience Les paquets de cigarettes contiennent une feuille de papier recouvert d'aluminium. On en trouve aussi autour de certaine plaquettes de chocolat. Placer un rectangle découpé dans cet emballage sur une plaque chauffante et observer. 10) Lequel des deux matériaux se dilate le plus? Justifier par un schéma.		La plupart des thermomètre à aiguille contiennent un bilame. Un (ou une) bilame est constitué de deux lames métalliques soudées. L'un des métaux se dilate plus facilement que l'autre. Lorsqu'on chauffe un bilame, il se courbe. Le phénomène est amplifié et sert à déplacer une aiguille sur un cadran.

Le thermomètre enregistreur
On a souvent besoin d'enregistrer en continu les fluctuations de la température. Avant l'invention des capteurs électroniques et de l'informatique, voici ce que l'on a inventé (voir ci-contre).	Un stylet inscrit la courbe de température sur un papier millimétré. Le cylindre recevant le papier millimétré fait un tour en 24 heures.	Ces thermomètres conviennent bien pour surveiller la température de locaux. Toutefois, des capteurs reliés à un système informatique remplacent actuellement ces appareils. 11) A ton avis qu'est-ce qui peut faire bouger le stylet ? Donne quelques hypothèses.

Le thermomètre électronique
Un exemple de thermomètre électronique est le thermomètre d'aquarium. L'électronique permet aujourd'hui l'emploi de capteurs et un affichage par cristaux liquides.
Un autre thermomètre médical mais sans mercure.

Le dernier-né des thermomètres médicaux
L'utilisation du mercure dans les thermomètre est interdite en France depuis 1998. Ses vapeurs sont dangereuses et la pollution par le mercure est redoutée. Des thermomètres à infrarouge à affichage à cristaux liquides, utilisés par le corps médical, sont aussi des thermomètres électroniques. C'est le type de capteur qui est différent. Celui-ci, placé devant l'oreille, capte les infrarouges émis par le tympan. La température s'affiche instantanément. 12) D'un corps chaud et d'un corps froid, quel est celui qui émet le plus de rayonnement infrarouge ?

De la terre en fusion...

La lave en fusion donne toutes les nuances de l'incandescence, du rouge sombre au jaune brillant. Cette variété des teintes traduit les différences de température entre plusieurs points de la coulée.

Les vulcanologues utilisent des thermomètres très particuliers, comme les métallurgistes.

13) Cite des exemples où l'on peut observer une substance incandescente comme sur la photo ci-contre.

14) Donne une estimation de sa température à l'aide de l'échelle suivante (approximative).

Coulée de lave

Pour mesurer des températures jusqu'à 2000 °C, on utilise des thermomètres à thermocouple.

La sonde comporte des métaux soudés. Il en résulte une tension qui dépend de la température.

15) En dehors des vulcanologues, qui pourrait utiliser ce genre de thermomètre ?

... jusqu'aux étoiles

La température de surface des étoiles dépasse souvent 2000°C (5600°C pour le Soleil).

D'après la loi énoncée par Wien, le maximum d'intensité lumineuse implique une température telle que. Par exemple, pour le Soleil, on a l_m = 480 nm.

T . l_m = 2,9.10^-3
(avec T en kelvin et l_m en m).

Savez-vous que les étoiles ont une couleur ? Regardez bien ! Un peu de côté d'ailleurs car notre rétine est plus sensible sur les bords que dans sa partie centrale...

Cela va du brun-rouge en passant par le jaune et le blanc jusqu'au bleu.
Notre bonne étoile, le Soleil, est de couleur jaune. Véga ou Rigel sont bleues, mais Arcturus et Bételgeuse sont rouges.

16) Combien cela fait-il en kelvin 2000°C ? (Note le résultat de ton calcul sans nombre après la virgule)
	K

17) Vérifie l'ordre de grandeur de la température de surface pour le Soleil. (Note le résultat de ton calcul sans nombre après la virgule)
	K

18) Le Soleil est-elle une étoile plus chaude que Arcturus ? (oui ou non)


19) Le Soleil est-elle une étoile plus chaude que Rigel ? (oui ou non)

1 :	A quels usages répondent nos thermomètres usuels ?
2 :	Les hautes températures
3 :	Température et rayonnement

De même que les corps incandescents émettent de la lumière, tous les corps chauds émettent des rayonnements. Notre corps émet ainsi des rayonnements infrarouges. A condition d'utiliser une pellicule infrarouge, on peut photographier dans le noir des corps chauds. les parties les plus chaudes émettent plus de rayonnement infrarouge.		20) Repère sur la photographie infrarouge ci-dessous, prise de nuit, les zones les plus chaudes et les moins chaudes.

En astronomie, il faut utiliser le détecteur approprié pour observer un astre en fonction des rayonnements qu'il émet et donc de sa température. 21) Si on utilise un détecteur de rayons X, pourra-t-on voir les planètes ? les étoiles ? les supernovae ?