La dilatation thermique

La dilatation sous l'effet de la chaleur

s Nous avons beaucoup utilisé le thermomètre pour mesurer la température dans nos expériences précédentes. Mais nous n'avons pas encore étudié quel était le phénomène physique qui permettait le fonctionnement de cet instrument de mesure. Ce phénomène est la dilatation sous l'effet de la chaleur.

s Dilatation ? Cela signifie que quelque chose grandit ?

s C'est exact. Sous l'effet de la chaleur, les objets grandissent à la fois en longueur et en volume.

s Ah bon ? Je suis plus grand quand il fait chaud ?

La spirale

s Sûrement. Mais ce phénomène est très discret et difficile à observer. Pour le mettre en évidence, nous allons utiliser une spirale métallique, comme sur l'écran de l'animation. Peux-tu me la décrire ?

s Eh bien, c'est quelque chose qui part du centre et qui tourne en s'éloignant de plus en plus ?

s C'est bien cela. La spirale de cette animation est l'équivalent d'une barre de 2m50. Il sera plus facile d'observer la dilatation sur une barre aussi longue. C'est pourquoi nous l'avons mise en forme de spirale.

L'expérience de la dilatation

s Si tu cliques sur le bouton On/Off pour allumer le brûleur, tu pourras observer que la température va s'élever progressivement de 20°C à 220°C. Pendant ce temps, comment se comporte la spirale mécanique ?

s Oh ! L'extrémité s'allonge lentement !

s La spirale se dilate sous l'effet de la chaleur. Tu pourras mesurer l'élongation en t'aidant du papier millimétré en fond d'écran.

s Oui, bof ! Je suis un peu déçu. L'expérience n'est pas très spectaculaire. Je m'attendais à mieux.

Le coefficient de dilatation thermique linéique

s Si cela peut rendre l'expérience plus intéressante, il faut que tu saches que si tu cliques sur le bouton New, tu vas changer la matière de la spirale dans un autre métal. La spirale aura le même aspect, mais dans un métal différent.

s Et alors ? Qu'est-ce que cela change ?

s Certains métaux se dilatent plus que d'autres. Le coefficient de dilatation est spécifique pour une matière donnée. Par exemple si une substance possède un coefficient de dilatation linéique de 1.10-6.K-1, cela veut dire qu'une barre faisant un million de millimètres (1000m), va s'allonger d'un millimètre, si la température augmente d'un degré kelvin.

s Euh !... Et pour revenir à l'expérience ?

s A chaque fois que tu auras cliqué sur le bouton New et allumé le brûleur, tu devras essayer de découvrir en quelle matière métallique est constituée la spirale. Tu pourras t'aider de ce tableau qui indique pour chaque métal, le coefficient de dilatation linéique et surtout son élongation dans l'état final de l'expérience : 220°C pour 2m50.

MétalCoefficient de dilatation linéique (10-6.K-1)Dilatation pour +200°C et 2m50
Chrome4,92 mm
Platine8,84 mm
Fer11,86 mm
Nickel13,47 mm
Argent18,99 mm
Etain22,011 mm
Aluminium23,112 mm
Zinc30,2 15 mm

s Ouille ! C'est délicat. C'est difficile de comparer la courbe au quadrillage. Et puis certains métaux sont très proches.