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Comment un thermomètre mesure-t-il la température de l'air?

Comment un thermomètre mesure-t-il la température de l'air?

Est-ce qu'il fait chaud dehors? Il fera froid ce soir? Un thermomètre - un instrument utilisé pour mesurer la température de l'air - nous le dit facilement, mais la façon dont il nous le dit est une autre question.

Pour comprendre le fonctionnement d'un thermomètre, il faut garder à l'esprit une chose de la physique: le volume d'un liquide augmente (la quantité d'espace qu'il occupe) lorsque sa température augmente et diminue lorsque son volume diminue.

Lorsqu'un thermomètre est exposé à l'atmosphère, la température de l'air ambiant le pénètre et finit par équilibrer la température du thermomètre avec le sien - un processus dont le nom scientifique raffiné est "équilibre thermodynamique". Si le thermomètre et son liquide à l'intérieur doivent se réchauffer pour atteindre cet équilibre, le liquide (qui occupera plus d'espace lorsqu'il sera chauffé) augmentera car il est coincé à l'intérieur d'un tube étroit et n'a pas d'autre endroit où aller que de monter. De même, si le liquide du thermomètre doit refroidir pour atteindre la température de l'air, le volume du liquide diminuera et descendra dans le tube. Une fois que la température du thermomètre a équilibré celle de l'air ambiant, son liquide cessera de bouger.

L'ascension et la chute physiques du liquide à l'intérieur d'un thermomètre ne sont qu'une partie de son fonctionnement. Oui, cette action vous indique qu'un changement de température est en train de se produire, mais sans une échelle numérique pour le quantifier, vous ne seriez pas en mesure de mesurer exactement le changement de température. De cette manière, les températures attachées au verre d'un thermomètre jouent un rôle clé (bien que passif).

Qui l'a inventé: Fahrenheit ou Galileo?

Pour ce qui est de savoir qui a inventé le thermomètre, la liste des noms est sans fin. En effet, le thermomètre a été développé à partir d'une compilation d'idées du XVIe au XVIIIe siècle, à la fin du XVIe siècle, lorsque Galileo Galilei a mis au point un dispositif utilisant un tube de verre rempli d'eau rempli de bouées de verre pesant qui flottait haut dans le tube ou coulait selon la chaleur ou la froideur de l'air à l'extérieur de celui-ci (un peu comme une lampe à lave). Son invention était le premier "thermoscope" au monde.

Au début des années 1600, un scientifique vénitien et ami de Galileo, Santorio, a ajouté une échelle au thermoscope de Galileo afin que la valeur du changement de température puisse être interprétée. Ce faisant, il a inventé le premier thermomètre primitif au monde. Le thermomètre n'a pas pris la forme que nous utilisons aujourd'hui jusqu'à ce que Ferdinando I de 'Medici le redéfinisse comme un tube scellé muni d'un bulbe et d'une tige (et rempli d'alcool) au milieu des années 1600. Enfin, dans les années 1720, Fahrenheit a adopté ce modèle et l'a "amélioré" lorsqu'il a commencé à utiliser du mercure (au lieu de l'alcool ou de l'eau) et à y fixer sa propre échelle de température. En utilisant du mercure (dont le point de congélation est plus bas et dont l’expansion et la contraction sont plus visibles que celles de l’eau ou de l’alcool), le thermomètre de Fahrenheit a permis d’observer des températures inférieures au point de congélation et des mesures plus précises. Et donc, le modèle de Fahrenheit a été accepté comme le meilleur.

Quel type de thermomètre météo utilisez-vous?

Avec le thermomètre en verre de Fahrenheit, il existe 4 principaux types de thermomètres utilisés pour prendre la température de l'air:

Liquide en verre. Aussi appelé thermomètres à bulbe, ces thermomètres de base sont encore utilisés par les observateurs météorologiques coopératifs du Service météorologique national dans les stations météorologiques de Stevenson Screen pour les observations journalières des températures maximales et minimales. Ils sont constitués d'un tube de verre (la "tige") avec une chambre ronde (le "bulbe") à une extrémité qui abrite le liquide utilisé pour mesurer la température. Au fur et à mesure que la température change, le volume de liquide se dilate, ce qui le fait monter dans la tige; ou se contracte, l'obligeant à se rétracter de la tige vers l'ampoule.

Déteste la fragilité de ces thermomètres à l'ancienne? Leur verre est en réalité très finement fait exprès Plus le verre est fin, moins il y a de matériau pour laisser passer la chaleur ou le froid, et plus le liquide répond rapidement à cette chaleur ou à ce froid, c'est-à-dire qu'il y a moins de retard.

Bi-métallique ou ressort. Le thermomètre à cadran monté sur votre maison, votre étable ou votre jardin est un type de thermomètre bimétallique. (Les thermomètres de four et de réfrigérateur et le thermostat de votre fournaise en sont d'autres exemples.) Il utilise une bande de deux métaux différents (généralement de l'acier et du cuivre) qui se dilatent à des vitesses différentes pour détecter les températures. Les deux taux de dilatation différents des métaux forcent la bande à se plier dans un sens si elle est chauffée au-dessus de sa température initiale et dans le sens opposé si elle est refroidie au-dessous. La température peut être déterminée par le degré de courbure de la bande / bobine.

Thermoélectrique. Les thermomètres thermoélectriques sont des appareils numériques qui utilisent un capteur électronique (appelé "thermistance") pour générer une tension électrique. Lorsque le courant électrique circule sur un fil, sa résistance électrique change en fonction de la température. En mesurant cette variation de résistance, la température peut être calculée.

Contrairement à leurs cousins ​​en verre et bi-métalliques, les thermomètres thermoélectriques sont robustes, réagissent rapidement et n'ont pas besoin d'être lus par des yeux humains, ce qui les rend parfaits pour une utilisation automatisée. C'est pourquoi ils sont le thermomètre de choix pour les stations météorologiques d'aéroports automatisées. (Le Service météorologique national utilise les données de ces stations AWOS et ASOS pour vous indiquer les températures locales actuelles.) Les stations météorologiques personnelles sans fil utilisent également la technique thermoélectrique.

Infrarouge. Les thermomètres à infrarouge sont capables de mesurer la température à distance en détectant la quantité d'énergie thermique dégagée par un objet et en calculant la température (dans la longueur d'onde infrarouge invisible du spectre lumineux). L'imagerie satellitaire infrarouge (IR), qui montre les nuages ​​les plus hauts et les plus froids sous forme de nuages ​​blancs brillants et les nuages ​​bas et chauds, peut être considérée comme une sorte de thermomètre nuage.

Maintenant que vous savez comment fonctionne un thermomètre, observez-le chaque jour attentivement pour connaître les températures maximales et minimales.

Sources:

  • Srivastava, Gyan P. Instruments de météorologie de surface et pratiques de mesure. New Delhi: Atlantique, 2008.