Graduation du thermomètre à liquide

ETUDE D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE : LA DIODE

PRELIMINAIRE

Le thermomètre

C’est l’appareil qui permet de déterminer des températures. Jusqu’à une date assez récente le thermomètre le plus utilisé était le thermomètre à liquide (mercure ou alcool mais le mercure est interdit depuis peu en raison de sa toxicité). Ce thermomètre est constitué d’un réservoir surmonté d’un capillaire (appelé ainsi car le diamètre intérieur du tube est très petit, de l’ordre de grandeur de celui d’un cheveu).

Graduation du thermomètre à liquide : (échelle Celsius)

* Détermination de la graduation 0 : on plonge le thermomètre dans de la glace fondante sous la pression atmosphérique normale (101325 Pa). Le liquide dans le capillaire se stabilise à un niveau auquel on fait arbitrairement correspondre la valeur 0 de l’échelle Celsius.
* Détermination de la graduation 100 : on plonge le réservoir du thermomètre dans de l’eau en ébullition sous la pression atmosphérique normale. Le liquide dans le capillaire se stabilise à un niveau auquel on fait arbitrairement correspondre la valeur 100 de l’échelle.
* La distance entre les graduations 0 et 100 est divisée en 100 parties égales. Chacun des intervalles obtenus correspond à un degré Celsius.

Précautions à prendre pour déterminer une température

1. Le réservoir du thermomètre doit être totalement immergé dans le liquide dont on cherche à déterminer la température. Et, si possible, la partie du capillaire contenant l’alcool.
2. Le réservoir du thermomètre ne doit pas être en contact avec le fond ou les parois du récipient contenant le liquide dont on cherche à déterminer la température.
3. Il est nécessaire d’agiter le liquide dont on cherche à déterminer la température et d’attendre que l’équilibre thermique soit réalisé.
4. Pour lire la température, il faut positionner l’œil de telle façon qu’il soit dans le même plan horizontal que le niveau de l’alcool dans le capillaire : ceci dans le but d’éviter les erreurs dites de parallaxe.

Les trois principales échelles de température

Relations entre les trois échelles avec K température en Kelvin, C en degré Celsius et F en degré Farenheit. Nous n’utiliserons que le Kelvin et le °C. Une température en Kelvin sera notée T et une température en degrés Celsius sera notée .

Exercice

Exprimer les températures suivantes dans les deux autres échelles :
25 °C = ………….. K = ………………. °F
198 K = ……………… °C = ………………°F
– 100 °F = ………………..°C = ……………….. K

 ETUDE D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE : LA DIODE

Etude du montage

Préciser le régime de fonctionnement de l’A.O représenté sur le schéma ci-dessus en justifiant votre réponse. En déduire la valeur de  dans ce montage .Flécher la tension différentielle d’entrée  ainsi que la tension UR1 aux bornes de la résistance R1. Appliquer la loi des mailles pour déterminer l’expression de I en fonction de UE1 et de R1.En appliquant la loi des nœuds déterminer ID Que peut-on dire de cette intensité, UE1 et R1 étant constants ?Donner la relation entre US1 et UD

Mesures

Brancher un voltmètre pour mesurer la tension UD. Vous disposez de deux béchers : le premier contient de l’eau chaude (aux environs de 50°C), le second de la glace fondante. Plonger la diode ainsi qu’un thermomètre à alcool dans le premier bécher. Attendre que le niveau de l’alcool se soit stabilisé puis relever simultanément la température indiquée par le thermomètre et la valeur de US1 donnée par le voltmètre. Porter ces deux valeurs dans le tableau ci-dessous. Verser dans le bécher contenant l’eau chaude un peu d’eau froide de façon à provoquer une chute de température d’environ 5°C jusqu’à atteindre une température voisine de 0 °C. Relever simultanément les indications du voltmètre et du thermomètre. Les porter dans le tableau. (en °C) .UD (en V)

Exploitation des résultats

Entrer les valeurs obtenues dans Regressi utilisé en tableur-grapheur. Donner le modèle des variations de UD en fonction de .Imprimer le graphe. Enregistrer le fichier sous le nom captemp1.rw3 dans le répertoire Gn\physique\dipoles\diode. Ne pas quitter « Regressi » ; la courbe obtenue vous sera utile pour la suite de la manipulation.

Compléter le texte suivant
La tension aux bornes d’une diode parcourue par un courant d’intensité constante dépend de …………………… .
Lorsque la température de la diode augmente de 1°C, la tension à ses bornes (augmente, diminue) ………………. de ……… mV.
A chaque valeur de  correspond une et une seule valeur de UD. On peut donc utiliser la diode au silicium comme ………………. de température. A partir du graphe précédent donner, ci-contre, l’allure de la courbe représentant les variations de US1 en fonction de  en y faisant figurer la valeur de US10 (tension correspondant à 0°C).

Discussion sur le dispositif utilisé

Ce dispositif ne permet pas de connaître facilement une température pour trois raisons essentielles :
• problème du « zéro »
• problème du sens de variation pour UD (ou du signe pour US1)
• problème de la sensibilité