Video Transcript
Cette vidéo concerne la mesure des températures. L’image que nous voyons à l’écran montre une façon que les cuisiniers utilisent pour approcher la température d’un plat chaud. Le temps pendant lequel une personne peut laisser sa main à une certaine distance au-dessus d’une casserole indique approximativement la température de la casserole. C’est une façon de mesurer les températures lorsque nous n’avons pas un instrument plus précis, à savoir un thermomètre, à portée de main.
Lorsque nous avons un thermomètre, nous pouvons obtenir un résultat beaucoup plus précis. En règle générale, les thermomètres peuvent être divisés en deux catégories. Les thermomètres que nous voyons souvent à l’extérieur d’une maison pour mesurer la température de l’air extérieur ou celui qu’un médecin peut utiliser pour mesurer la température de notre corps sont appelés thermomètres analogiques. Ceux-ci sont aussi parfois appelés thermomètres à mercure car le mercure est le liquide qui peut être à l’intérieur. Mais peu à peu, les méthodes analogiques de mesure de la température sont remplacées par des thermomètres numériques. Ces thermomètres mesurent non seulement la température, mais ils interprètent et communiquent le résultat. Ceci est en contraste avec un thermomètre analogique où la température est effectivement mesurée, mais où il faut quelqu’un pour interpréter cette mesure.
Pour mieux comprendre comment interpréter une mesure effectuée par un thermomètre analogique, examinons comment ils fonctionnent et comment lire leurs résultats. Lorsque nous mesurons une température avec un thermomètre analogique, la première chose à garder à l’esprit est que la partie du thermomètre sensible à la température, généralement une extrémité, doit être entourée de ce dont nous voulons mesurer la température. Alors disons que nous avons un thermomètre analogique, et la partie sensible à la température de ce thermomètre est à l’extrémité inférieure, ce bout-là. Si nous voulons mesurer la température d’un liquide à l’intérieur d’un récipient, alors nous n’obtenons pas une lecture précise en positionnant notre thermomètre comme ceci. Même si le thermomètre est sur le liquide, il n’en est pas entouré. Dans ce cas, notre thermomètre mesure la température de l’air juste au-dessus du liquide plutôt que du liquide lui-même.
La mesure que nous voulons, celle de la température du liquide dans le récipient, nous obligerait à positionner le thermomètre comme ceci, avec l’extrémité sensible à la température immergée dans ce liquide. Une deuxième étape utile à suivre pour effectuer une mesure précise à l’aide d’un thermomètre analogique consiste à donner au thermomètre le temps de s’adapter une fois qu’il est en contact avec le nouveau matériau. Par exemple, disons que ce thermomètre mesure la température de l’air ambiant. Et cette température a été lue pour cette position sur le thermomètre. Ensuite, disons que nous avons rempli un verre de glace et que nous avons mis le bout du thermomètre dans le verre. On pourrait s’attendre à ce que cette température soit différente de la température de l’air ambiant que le thermomètre vient de mesurer.
Si cette température était inférieure à la température de l’air ambiant, le niveau de liquide dans le thermomètre commencerait à baisser. Pendant ce temps, alors que le niveau de liquide dans le thermomètre change, nous ne voudrions pas mesurer la température à ce moment-là. Au lieu de cela, nous voudrions attendre que le niveau du liquide cesse de changer dans le thermomètre avant de lire la valeur de la température. Avant de lire la valeur de la température sur un thermomètre analogique ou numérique, il est important de confirmer que la température est une valeur stable, qu’elle ne monte pas ou ne diminue pas encore.
La prochaine étape s’applique spécifiquement aux thermomètres analogiques. Disons que la température dans notre thermomètre est stabilisée à cette valeur ci. Si nous voulons lire cette température, cela implique généralement de rapprocher nos yeux du côté du thermomètre. Mais la question est de savoir où placer les yeux. Devons-nous le placer ici ou, disons, ici sous le niveau du liquide dans le thermomètre? Ou alors plaçons-nous l’œil au même niveau que le liquide? La meilleure façon d’obtenir une lecture précise à partir d’un thermomètre analogique est de mettre l’œil au même niveau que le liquide à l’intérieur. Parfois, c’est un peu difficile. Dans certains cas, il sera plus facile d’avoir notre œil à une autre position par rapport au liquide du thermomètre. Surtout, si notre thermomètre n’est pas aligné verticalement comme ici. Cependant, pour des raisons de précision, il est important de faire en sorte que notre ligne de vision soit perpendiculaire au thermomètre et de nous assurer que notre thermomètre est positionné verticalement.
Par contre, si nous devions zoomer de très près sur le niveau du liquide dans le thermomètre, nous pourrions voir quelque chose comme ça, que le sommet du liquide n’est pas plat mais courbé. Cette surface courbe, cette forme, s’appelle le ménisque. Et en fonction du liquide que nous avons dans notre thermomètre, que ce soit du mercure ou de l’éthanol ou autre chose, ce ménisque se courbera vers le haut, comme nous le voyons ici, ou vers le bas. L’important, du point de vue de la mesure, est que lorsque nous mesurons la température, nous mesurons le niveau de la partie plate du ménisque en son milieu. Selon la courbe du ménisque, il s’agit du haut ou du bas de ce ménisque. Mais dans les deux cas, nous mesurons toujours le point médian, la partie plate et la position du côté du thermomètre.
Parfois, le thermomètre que nous examinons est si étroit que le ménisque est invisible. Si tel est le cas, vous ne devez pas vous en inquiéter. Mais si nous pouvons voir le ménisque, alors mesurer en son milieu est la bonne façon. Et un dernier conseil pour mesurer la température à l’aide d’un thermomètre analogique est le fait que si la température que nous voulons mesurer est hors des graduations de notre thermomètre, il faudra trouver un autre thermomètre dont l’échelle inclut cette température. C’est-à-dire, disons que nous avons un thermomètre avec une certaine échelle, comme tous les thermomètres. Et disons aussi que lorsque nous commençons à faire une mesure de température, le liquide dans le thermomètre arrive tout en haut des graduations. En effet, cela va aussi loin que le thermomètre permettra physiquement au liquide de monter.
Dans ce cas, il est probable que l’échelle de notre thermomètre soit incapable de nous donner la température que nous voulons mesurer. C’est-à-dire qu’il n’est pas assez grand pour la mesurer avec précision. Dans ce cas, plutôt que de dire que la température mesurée est la valeur la plus élevée que ce thermomètre peut mesurer, ou même simplement de deviner quelle est la température. Il est préférable d’avoir un thermomètre avec une échelle différente et que cette température particulière ne dépasse pas les graduations. De cette façon, nous pouvons être confiants dans la lecture de la température.
Maintenant, nous avons dit qu’il s’agit d’un processus de mesure des températures à l’aide d’un thermomètre analogique. Et en effet, certaines de ces étapes sont spécifiques aux thermomètres analogiques et ne sont pas nécessaires lors d’une mesure à l’aide d’un thermomètre numérique. Mais d’autres étapes s’appliquent aux deux types de thermomètres. Et nous voudrons les garder à l’esprit, que nous utilisions un thermomètre analogique ou numérique. En gardant tout cela à l’esprit, nous allons maintenant nous exercer un peu avec ces idées à l’aide d’un exemple.
Le schéma montre trois angles différents sous lesquels la température indiquée sur un thermomètre peut être lue. Depuis quel angle est-il préférable de lire le thermomètre pour obtenir une lecture précise?
Très bien, nous voyons donc sur ce schéma ces trois angles potentiels A, B et C pour positionner l’œil afin de lire la température sur ce thermomètre analogique. Avec l’angle A, notre œil regarde le niveau du liquide dans le thermomètre. Avec l’angle B, notre œil est au niveau de ce liquide. Et avec l’angle C, notre œil est en dessous de ce niveau de liquide. Examinons donc la question. Notre question est la suivante: sous quel angle est-il préférable de lire le thermomètre pour obtenir une lecture précise?
Pour voir quel angle d’observation nous donnera la lecture de température la plus précise, zoomons au niveau du liquide dans notre thermomètre. Cette vue ressemble à ceci, où le niveau de liquide dans notre thermomètre est aligné sur une marque avec des hachures plus petite. Et c’est une marque avec des hachures en dessous de 20. Et si nous regardons attentivement la partie supérieure de notre thermomètre, nous voyons que ce thermomètre mesure la température en degrés Celsius. Par conséquent, ce 20 que nous voyons ici indique une température de 20 degrés Celsius. Maintenant, nous ne connaissons pas le liquide particulier avec lequel ce thermomètre est rempli. Ce pourrait être du mercure; c’est classique. Ou peut-être l’éthanol, un type d’alcool. Ou cela pourrait être autre chose.
Mais la chose importante à noter est que quel que soit le liquide, il n’arrive pas jusqu’au bord de notre thermomètre. Autrement dit, il y a cet écart que nous venons de dessiner entre là où le liquide monte et descend dans une colonne passant par le centre du thermomètre et l’endroit à l’extérieur de ce thermomètre où les températures sont marquées. Cette distance, cet écart, est très important car il peut affecter la précision de notre lecture.
Par exemple, considérons ce qui se passerait si notre œil était à la position marquée A. Dans ce cas, la ligne de vision tracée sur notre dessin agrandi ressemblerait beaucoup à ceci. C’est-à-dire que notre œil est à cet endroit pour regarder le liquide dans notre thermomètre. Et cela signifierait que notre ligne de vision, quand elle regarde le niveau du liquide dans le thermomètre, passe à travers le marquage identifié comme 20 degrés Celsius. Donc, si notre œil était ici, s’il était autour de la position A, alors nous pourrions dire que le thermomètre donne une valeur de 20 degrés Celsius. Mais avec notre vue rapprochée, nous pouvons voir que ce n’est pas exact.
Maintenant, considérons que nous avons notre œil dans une position inférieure selon l’angle C. Dans ce cas, en utilisant à nouveau notre vue agrandie, notre ligne de vision pourrait ressembler beaucoup à cela. Autrement dit, notre œil est positionné ici et il regarde le niveau du liquide. Et à partir de cette position, nous voyons le niveau de liquide ici sur notre thermomètre. Ensuite, si nous regardons la vue à grande échelle de notre thermomètre, nous voyons que chacune de ces petites marques indique un changement de température d’un degré Celsius. Ce qui signifie que cette marque représente ici 18 degrés Celsius. C’est deux marques en dessous de 20.
Donc, si notre œil était en position A, nous pourrions enregistrer une température de 20 degrés Celsius. Et s’il était en position C, nous pourrions enregistrer 18 degrés Celsius. Mais aucune d’entre ces mesures sont exactes. La meilleure lecture serait au niveau du liquide dans notre thermomètre. C’est-à-dire qu’il est préférable que notre œil soit ici à ce niveau. De sorte que l’espace entre le liquide au centre de notre thermomètre et les marques du thermomètre à l’extérieur ne conduise pas à une lecture déformée ou inexacte. Nous dirons donc que c’est sous l’angle B que ce thermomètre doit être lu afin d’obtenir une lecture précise.
Voyons maintenant un deuxième exemple d’exercice.
Sofia veut mesurer la température de l’eau qui a été chauffée presque à son point d’ébullition. Elle utilise un thermomètre posé sur une table dans la pièce depuis une heure. Elle place l’ampoule du thermomètre dans l’eau et lit immédiatement la température dessus, comme indiqué sur le dessin. Elle détermine que la température de l’eau est de 19 degrés Celsius.
D’accord, avant de passer à notre question, considérons ce dessin. On y voit ce thermomètre avec son ampoule, la partie sensible à la température, immergé dans de l’eau chaude. On nous dit que ce thermomètre en particulier était sur une table dans la pièce depuis une heure avant que cette mesure ne soit effectuée. Et on nous dit également que la mesure a eu lieu immédiatement après la mise dans l’eau du thermomètre. Maintenant, nous pouvons voir qu’à ce moment où la température a été mesurée, la position du liquide rouge à l’intérieur du thermomètre est à ce niveau. C’est difficile à voir, mais on nous dit que ce niveau est de 19 degrés Celsius. Une autre information intéressante est le fait que cette eau, dont la température est mesurée, a été chauffée presque à son point d’ébullition. Finalement, en gardant tout cela à l’esprit, passons à notre question.
Laquelle des affirmations suivantes explique pourquoi cette réponse est incorrecte ? A) Elle devrait tenir l’ampoule du thermomètre juste au-dessus de la surface de l’eau. C’est là que la température est la plus élevée. B) Elle devrait plonger tout le thermomètre dans l’eau. Ou C, elle n’a pas attendu que la mesure se stabilise. La température de l’eau est en fait bien supérieure à 19 degrés Celsius.
Très bien, rappelons donc que Sophia a mesuré la température de cette eau comme étant 19 degrés Celsius, c’était la mesure sur le thermomètre à cet instant. On nous dit que cette réponse est incorrecte, et nous voulons expliquer pourquoi. Les réponses A, B et C nous donnent des options. Considérons ces réponses une par une.
La réponse A dit que Sophia devrait tenir l’ampoule du thermomètre juste au-dessus de la surface de l’eau. En d’autres termes, la réponse A dit que le thermomètre aurait dû être placé par ici, là où l’ampoule, la partie sensible à la température, n’est pas réellement dans l’eau que l’on mesure. Il est, en réalité, juste au-dessus de cette surface. Le problème avec cette explication est que l’ampoule du thermomètre, pour une mesure correcte, est placée là où elle est entourée par la substance ou le matériau dont nous voulons mesurer la température.
Si nous voulions mesurer la température de l’air juste au-dessus de la surface de l’eau, alors ce serait en effet une bonne position pour notre thermomètre. Mais ce que nous voulons vraiment mesurer, c’est la température de l’eau. Mis en place de cette façon, notre thermomètre ne mesure pas cette température. Nous allons donc oublier la réponse A de notre liste d’explications possibles. Cela ne signifie pas pour autant que nous disons que 19 degrés Celsius est une lecture correcte de la température de l’eau. Mais nous disons seulement que la réponse A n’explique pas correctement pourquoi ce nombre est incorrect. Passons à la réponse B.
Cette réponse indique que Sophia devrait immerger tout le thermomètre dans l’eau. Eh bien, si elle pouvait trouver un thermomètre assez petit pour le faire, alors ce serait possible. Et dans ce cas, la partie sensible à la température du thermomètre, l’ampoule, serait en effet immergée dans le matériau dont nous voulons mesurer la température. Mais pour obtenir une lecture précise de la température, il n’est pas nécessaire que le thermomètre entier soit immergé dans ce matériau, dans ce cas, l’eau. Ce n’est que l’ampoule, la partie sensible à la température du thermomètre, qui doit l’être. La réponse B dit implicitement que 19 degrés Celsius n’est pas une lecture correcte de la température de l’eau parce que le thermomètre n’était pas entièrement immergé dans l’eau. Comme nous l’avons vu, cela n’est pas nécessaire pour une lecture précise. Par conséquent, nous rayerons également la réponse B de notre liste.
Notre dernier choix, la réponse C, dit que Sofia n’a pas attendu que la mesure ne se stabilise. La température de l’eau est en fait très supérieure à 19 degrés Celsius. Si nous nous souvenons bien, ce thermomètre utilisé par Sophia était à température ambiante pendant environ une heure. On nous a dit que, immédiatement après que l’ampoule du thermomètre ait été immergée dans l’eau, Sophia a pris la mesure sur le thermomètre. Et cette mesure était de 19 degrés Celsius. Nous avons de bonnes raisons de croire que 19 degrés Celsius n’est pas la température de l’eau. En effet, dans l’énoncé du problème, on nous dit que l’eau est chauffée presque à son point d’ébullition. Et nous pouvons nous rappeler que le point d’ébullition de l’eau sur l’échelle Celsius est de 100 degrés Celsius. Si cette eau est presque en ébullition, et on nous dit que c’est le cas, alors on s’attendrait à une température proche de 100.
La température de l’eau est donc très supérieure à 19 degrés Celsius. Et le fait qu’on nous dit que Sofia a mesuré la température immédiatement après que le thermomètre ait été mis dans l’eau nous amène à la conclusion qu’elle n’a pas attendu que la lecture de la température se stabilise. Et qu’en effet, la température réelle de l’eau est bien supérieure à 19 degrés Celsius. C’est donc notre réponse pour expliquer pourquoi 19 degrés Celsius est une mesure incorrecte de la température de l’eau. C’est incorrect parce que Sofia n’a pas attendu que la mesure ne se stabilise. Et la température de l’eau est en fait très supérieure à 19 degrés Celsius.
Prenons un instant pour résumer ce que nous avons appris sur la mesure des températures. Dans cette leçon, nous avons vu que la température peut être mesurée à l’aide d’un thermomètre analogique ou numérique. Nous avons également appris les étapes à suivre pour effectuer des relevés de température corrects. Certaines de ces étapes s’appliquent uniquement aux thermomètres analogiques, et d’autres s’appliquent à la fois aux analogiques et aux numériques. Tout d’abord, l’ampoule du thermomètre, la partie du thermomètre sensible à la température, doit être entourée de l’objet d’intérêt. Par objet d’intérêt, nous entendons l’objet dont nous voulons mesurer la température. Ensuite, nous voulons nous assurer que la mesure de notre thermomètre se stabilise. Autrement dit, nous voulons enregistrer la température lorsque cette mesure ne monte pas, ne diminue pas, c’est-à-dire quand elle reste stable.
Dans le cas des thermomètres analogiques, nous voulons nous assurer de lire la température au niveau du liquide dans le thermomètre. Et puis, si un ménisque, une surface incurvée en haut du liquide dans le thermomètre, est visible, nous voulons réaliser notre mesure au milieu de ce ménisque. Et enfin, nous voulons être sûrs d’utiliser le thermomètre dont l’échelle contient la température d’intérêt. C’est-à-dire que la température que nous essayons de mesurer n’est pas supérieure ou inférieure à cette échelle. Ceci est un résumé de la mesure des températures.
