Schéma de principe du thermomètre normal

 

 

 

 

Le thermomètre "normal" à gaz constitue un étalon primaire pour la mesure des températures. Il est basé sur la mesure de la pression d'un gaz parfait maintenu à volume constant.
La relation P.V = nRT = Constante permet de déterminer la valeur de T en mesurant la pression P du gaz si l'on connaît la valeur de la pression P₀ quand le gaz est à la température T₀.
L'échelle thermodynamique est définie en prenant pour la température du point triple de l'eau la valeur T0 = 273,16 K.
Pour le point triple de l'eau on a : T = 273,16 K (soit 0,01 °C) et P = 611 Pa (soit 0,006 atm).

Description sommaire
Un enceinte en verre ou en platine de volume compris entre 100 et 1000 cm³ est reliée à un manomètre à mercure par un capillaire. Dans l'enceinte, on introduit un gaz à faible température de liquéfaction (hydrogène, hélium, azote ...). Un réservoir de mercure auxiliaire permet de maintenir constant le niveau du mercure dans la branche du manomètre en contact avec le gaz.
Le niveau du mercure dans les deux branches est déterminé avec un cathétomètre.
Pour des mesures très précises, il faut tenir compte de la dilatation de l'enceinte avec la température.
L'incertitude est de l'ordre de 0,001 K pour les meilleurs mesures.
A cause du volume important du gaz le système présente une forte inertie. L'opérateur doit ajuster en permanence le niveau de la fiole de mercure mobile pour maintenir le volume du gaz constant.
C'est un appareil difficile d'emploi réservé aux laboratoires de métrologie pour la création d'étalons secondaires.

Utilisation
Ce programme présente une version très simplifiée d'un thermomètre à gaz. Une branche mobile pour le manomètre n'est pas compatible avec des mesures précises.
Pour le dispositif représenté si la pression du gaz est la pression atmosphérique P₀ = 10⁵ Pa, sa température est T₀ = 300 K.
Pour le mercure du manomètre, on prendra µ.g = 1,36 10⁵.

En cliquant sur le bouton [Nouveau], on choisit une nouvelle valeur de la température.

Le bouton [Animation] lance le chauffage de l'enceinte.
L'ampoule de gauche du manomètre se déplace automatiquement pour maintenir constant le volume du gaz.

Le bouton [Réponse] vous permet de vérifier vos calculs.