Thermomètres à gaz

Les thermomètres à gaz : des étalons de précision

Principe de fonctionnement

Les thermomètres à gaz sont des instruments de mesure de température qui exploitent la propriété des gaz à se dilater lorsqu'ils sont chauffés. Cette dilatation est proportionnelle à la variation de température, à condition que le volume ou la pression du gaz soit maintenu constant.

Comment ça marche ?

• Volume constant : Dans ce cas, on mesure la variation de pression du gaz enfermé dans un volume fixe lorsque la température varie. La loi des gaz parfaits $P.V=n.R.T$ établit une relation directe entre la pression et la température absolue.
• Pression constante : Ici, on mesure la variation de volume d'un gaz maintenu à pression constante. La dilatation du gaz entraîne un déplacement d'un index ou d'un liquide dans un tube gradué.

Exemple de thermomètre à gaz

Avantages des thermomètres à gaz

• Précision : Les thermomètres à gaz sont considérés comme des étalons de température en raison de leur grande précision.
• Large plage de mesure : Ils peuvent mesurer des températures très basses (proches du zéro absolu) jusqu'à des températures élevées.
• Reproductibilité : Les mesures sont très reproductibles, ce qui permet de comparer les résultats obtenus avec différents thermomètres.
• Indépendance du matériau : Le comportement d'un gaz parfait est indépendant de la nature du gaz utilisé, ce qui simplifie l'étalonnage.

Gaz utilisés

Les gaz utilisés dans les thermomètres à gaz doivent être le plus proche possible d'un gaz parfait. Les gaz les plus couramment utilisés sont :

• Hélium : Utilisé pour les basses températures, car il reste gazeux à très basses températures.
• Hydrogène : Utilisé pour une large plage de température, mais il est inflammable.
• Azote : Gaz inerte, utilisé pour les températures élevées.

Limites et précautions

• Déviations par rapport au comportement idéal : À haute pression et basse température, les gaz réels s'écartent du comportement idéal, ce qui peut affecter la précision des mesures.
• Temps de réponse : Les thermomètres à gaz ont généralement un temps de réponse plus lent que les thermomètres à liquide ou à résistance.
• Encombrement : Les thermomètres à gaz sont souvent plus encombrants et plus délicats à manipuler que les autres types de thermomètres.

Applications

Les thermomètres à gaz sont principalement utilisés pour :

• Étalonnage d'autres thermomètres : Ils servent de référence pour étalonner les thermomètres à liquide, à résistance, etc.
• Mesures de température de haute précision : Ils sont utilisés dans les laboratoires de recherche pour des mesures très précises.
• Définition des échelles de température : L'échelle de température Kelvin est basée sur le comportement d'un gaz parfait.

Conclusion

Les thermomètres à gaz jouent un rôle essentiel dans la métrologie de la température. Leur principe de fonctionnement simple et leur grande précision en font des instruments de référence pour l'étalonnage d'autres thermomètres. Bien qu'ils soient moins utilisés dans la vie quotidienne, ils restent indispensables pour assurer la cohérence des mesures de température dans de nombreux domaines scientifiques et industriels.