Thermomètres à liquide
Les thermomètres à dilatation de liquide : un classique de la thermométrie
Principe de fonctionnement
Les thermomètres à dilatation de liquide exploitent le principe physique selon lequel les liquides se dilatent lorsqu'ils sont chauffés. Cette dilatation est généralement plus importante que celle du contenant (souvent en verre) qui renferme le liquide.
Comment ça marche ?
- Réservoir et capillaire : Le thermomètre est constitué d'un réservoir rempli d'un liquide (mercure, alcool coloré...) et d'un tube capillaire gradué.
- Dilatation : Lorsque la température augmente, le liquide se dilate et monte dans le capillaire.
- Graduation : Le capillaire est gradué en unités de température, permettant ainsi de lire directement la valeur.
Liquides thermométriques utilisés
Les liquides utilisés dans les thermomètres doivent répondre à certaines caractéristiques :
- Coefficient de dilatation élevé : Pour une variation de température donnée, la variation de volume doit être importante.
- Bonne visibilité : Le liquide doit être coloré ou avoir un ménisque net pour faciliter la lecture.
- Température de fusion basse : Pour permettre des mesures à basse température.
- Température d'ébullition élevée : Pour une large plage de mesure.
Les liquides les plus couramment utilisés sont :
- Mercure : Large plage de mesure (-39°C à 360°C), bonne conductivité thermique, mais toxique.
- Alcool coloré : Non toxique, mais plage de mesure plus restreinte et coefficient de dilatation plus faible que le mercure.
Avantages et inconvénients
Avantages :
- Simple et robuste : Construction simple, peu coûteux.
- Large gamme de température : Les thermomètres à mercure peuvent mesurer des températures allant de -39°C à 360°C.
- Lecture directe : La température se lit directement sur la graduation.
Inconvénients :
- Précision limitée : Les thermomètres à liquide sont moins précis que d'autres types de thermomètres (thermomètres à résistance, thermocouples).
- Fragilité : Le réservoir en verre peut se briser.
- Toxicité : Le mercure est un métal lourd toxique, ce qui limite l'utilisation des thermomètres à mercure dans certains domaines.
- Effet de la colonne émergente : Lorsque la colonne de liquide n'est pas entièrement immergée dans le milieu dont on mesure la température, une correction est nécessaire.
Corrections à apporter
- Déplacement du zéro : En raison des différences de dilatation entre le liquide et le verre, le zéro du thermomètre peut se déplacer avec le temps et la température.
- Correction de la colonne émergente : Si une partie de la colonne de liquide n'est pas à la température que l'on veut mesurer, une correction doit être appliquée pour tenir compte de la dilatation différentielle de cette partie de la colonne.
Applications
Les thermomètres à liquide sont utilisés dans de nombreuses applications :
- Médecine : Mesure de la température corporelle.
- Industrie : Contrôle de température dans les procédés industriels.
- Laboratoire : Mesure de la température de solutions, de bains thermostatiques.
Conclusion
Les thermomètres à dilatation de liquide sont des instruments de mesure simples et robustes, largement utilisés en raison de leur faible coût et de leur facilité d'utilisation. Bien qu'ils présentent certaines limitations, ils restent un outil précieux pour la mesure de la température dans de nombreuses applications.