B/ La Température
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BREHON Bertrand BRUNET Jérémy COTEREAU François P2A TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007 ETUDE D’UN THERMOMETRE ELECTRONIQUE Nous avons décidé d’étudier un thermomètre. Nous souhaitons en effet réaliser un thermomètre électronique relié à un afficheur puis d’effectuer quelques expériences physiques. Notre TIPE comportera surtout des réalisations pratiques (étalonnage, stabilisation de la température…) Plan Intro I. Etude théorique A/ Thermomètre http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermomètre http://www.meteofrance.com/FR/glossaire/index.jsp?LETTRE=T B/ Temperature http://fr.wikipedia.org/wiki/Température C/ Echanges de chaleur http://fr.wikipedia.org/wiki/Calorimétrie http://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique II. Partie électronique A/ Capteur de température B/ Montage électronique C/ Afficheur III. Partie physique A/ Etalonnage B/ Stabilisation de la température C/ Echanges de chaleur Conclusion Pour le moment, nous n’avons pas encore approfondi l’étude théorique. Nous nous sommes concentrés sur la réalisation du montage électronique. Après plusieurs recherches, nous avons décidé de choisir le montage ci-après pour réaliser notre 1 BREHON Bertrand BRUNET Jérémy COTEREAU François P2A TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007 thermomètre. Nous avons commandé les composants et nous allons dès maintenant commencer le montage. Capteur de température Type LM35 Amplificateur opérationnel Type LM741 A la sortie de ce montage, on branchera un convertisseur analogique numérique qui sera lui-même relié à un afficheur (LCD ou à segments, nous n’avons pas encore décidé). I. Etude théorique A/ Thermomètre Un thermomètre est un instrument météorologique destiné à mesurer la température. En réalité, un thermomètre mesure sa propre température (celle de sa partie qui sert à faire la mesure). Cette température n'est celle du milieu ambiant que s'il y a équilibre thermique entre le thermomètre et le milieu ambiant. Cela signifie par exemple, que si un thermomètre est exposé au Soleil, il sera plus chaud que l'air, et que cet écart de température dépendra entièrement de sa couleur et de sa ventilation, et donc qu'une température mesurée dans ces conditions est totalement 2 BREHON Bertrand BRUNET Jérémy COTEREAU François P2A TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007 fantaisiste par rapport à la température de l'air. (C'est pour cela que les météorologues mesurent la température sous abri ventilé.) Une telle mesure s'effectue en recourant à un phénomène physique qui varie dans le même sens que cette grandeur d'une façon directement ou indirectement connue. On compte ainsi de nombreuses sortes de thermomètres. En voici quelques uns : - - Les thermomètres à liquide (mercure, alcool éthylique, etc.), qui utilisent la dilatation d'un liquide en fonction de la température à pression constante Les thermomètres à bilame, qui recourent aux différences de dilatation thermique des métaux dont sont constituées deux lames soudées ensemble Enfin, les sondes de température (thermomètres à résistance et thermomètres à thermistance), employées de nos jours de manière systématique dans les stations météorologiques. Ces thermo sondes utilisent les propriétés de certains métaux ou de certains dispositifs électroniques dont la résistance électrique varie avec la température. 3 BREHON Bertrand BRUNET Jérémy COTEREAU François P2A TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007 Le premier thermomètre fut le thermoscope de Galilée, inventé en 1597. En 1794, la Convention a décidé que le « degré thermométrique serait la centième partie de la distance entre le terme de la glace et celui de l'eau bouillante ». En octobre 1948, le nom de degré Celsius a été choisi par la IXe Conférence Internationale des Poids et Mesures. En France les thermomètres médicaux à mercure sont interdits à la vente. En 1999, on estimait à plus de 15 millions le nombre de thermomètres à mercure en usage dans les ménages français. La même source indiquait qu'il fallait plusieurs années pour que cet impressionnant stock soit progressivement remplacé par des thermomètres électroniques (fabriqués en Chine) ou à infrarouge (d'origine américaine), conçus comme des produits de remplacement depuis les années 1970. B/ La Température La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définie par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes. Par exemple, quand l'agitation est faible, l'objet est froid au toucher. Cette sensation est due à un transfert de chaleur des doigts vers l'objet. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre et est étudiée par la thermométrie. Le rapport entre la quantité d'énergie thermique et la température est appelée la chaleur massique. L'unité légale de température dans le système international est le kelvin de symbole K. Il est définit à partir du point triple de l’eau (liquide, solide, gazeux). Le zéro absolu, correspondrait à la limite à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de -273,15 °C ; mais on ne peut jamais l'atteindre. Il existe d'autres systèmes de mesures antérieurs et toujours utilisés : - Le Celsius : c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K. Son unité est le °C - Le Fahrenheit : son symbole est °F. Elle attribue une plage de 180°F entre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par la fonction affine suivante : Lorsqu'on parle de "température" sans préciser, il s'agit naturellement de la température de l'air , telle que l'indique un thermomètre placé à l'abri du rayonnement solaire direct. Mais on peut aussi parler de la température du sol, celle de la neige ou de la glace, celle de l'eau de l'océan, d'un lac ou d'une rivière, mesurée à différents niveaux de profondeur … 4 BREHON Bertrand BRUNET Jérémy COTEREAU François P2A TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007 Bibliographie Température, échanges de chaleur Wikipedia, L’encyclopédie libre, www.wikipedia.org Météo France, Comprendre la météo, www.meteofrance.com Cours de P1, Thermodynamique, Calorimétrie 5
