Un thermomètre en papier

La chaleur dégagée par une bougie ou une plaque chauffante peut être montrée qualitativement avec ce thermomètre rudimentaire, formé d’une bande de papier bristol recouvert  de papier d’aluminium.Le fonctionnement de cet appareil repose sur la différence entre les coefficients de dilatation du papier et de l’aluminium.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 Capture08

Matériel
  • du papier recouvert d’aluminium, par exemple le papier utilisé dans les paquets de cigarettes (ou bien reconstitué à partir des composants isolés : du papier, de la feuille d’aluminium et de la colle)

  • une source de chaleur, par exemple une bougie ou une plaque de cuisson chaude

Montage et réalisation

Découper une bande d’environ 8 cm de long et 1 cm de large dans du papier recouvert d’aluminium.

Si l’on ne peut pas faire autrement, on peut aussi couper séparément aux mêmes dimensions une bande de papier et une bande de feuille d’aluminium puis les coller l’une sur l’autre.

La bande de papier se courbe vers le haut lorsqu’elle est placée au-dessus d’une source de chaleur avec la face aluminium en dessous .

La déformation se fait vers le bas si c’est la face papier qui est dirigée vers la source de chaleur.

Explications
 

Le coefficient de dilatation linéaire de l’aluminium est supérieur à celui du papier.

Ces deux matériaux se dilatent sous l’effet de la chaleur, mais l’aluminium se dilate plus que le papier.

La dilatation de l’aluminium qui est plus importante que celle du papier entraîne une déformation de la bande composite car les couches réalisées dans des matériaux différents sont collées l’une sur l’autre.

Remarques

Les bilames qui sont constituées par deux métaux (par exemple le zinc et le fer) de coefficients de dilatation différents soudés l’un à l’autre fonctionnent selon le même principe. Elles sont utilisées notamment dans des thermostats pour assurer la régulation automatique de la température (dans les coussins chauffants et les fers à repasser) ou bien comme thermomètres. Le montage électrique représenté ci-contre illustre le principe de fonctionnement d’un thermostat :
Fixer le papier recouvert d’aluminium sur un isolateur en veillant à placer la couche d’aluminium en dessous pour assurer un contact électrique avec le deuxième isolateur.

Ce contact ferme le circuit électrique : la lampe s’allume. Le papier se tord progressivement vers le haut sous l’effet de la chaleur dégagée par la lampe à halogène (la couche de papier et la couche d’aluminium ne subissent pas la même dilatation). La lampe s’éteint alors car le papier déformé n’assure plus le contact électrique. Le papier commence ensuite à refroidir, sa déformation diminue jusqu’à ce que la bande d’aluminium touche l’isolateur et ferme à nouveau le circuit électrique.

L’expérience sur « Les pailles déformées » illustre le même phénomène.

 

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