B/ La Température
BREHON Bertrand
BRUNET Jérémy TIPE P2 Lundi 12 Novembre 2007
COTEREAU François
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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
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thermomètre. Nous avons commandé les composants et nous allons dès maintenant
commencer le montage.
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
Capteur de température
Type LM35
Amplificateur opérationnel
Type LM741
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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.
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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 …
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