Transcript Mesures - Univ

Les mesures en physique
Mr:Arbaoui,Bachir
Le monde où nous vivons est régi par des lois bien précises.
On exprime souvent ces lois à l’aide d’équations
reliant les différentes quantités impliquées dans les
phénomènes étudiés.
Exemples:
Loi des Gaz Parfaits:
P.V n.R.T
Loi de la chute libre
1 2
y g
.t 
v
.t
y
0
0
2
Loi d’ohm
U  R. I
Qu’est-ce qu’une mesure?
Une mesure en physique consiste soit en un
dénombrement d'une population d'objets ou
d'événements (comptage de désintégrations
radioactives, par exemple), soit en une comparaison
d'une grandeur avec une grandeur unité (mesure
d'une longueur avec un mètre-étalon, par exemple).
Quatre associés sont nécessaire pour réaliser
une mesure
1. La grandeur à mesurer
1. L’instrument de mesure
1. La méthode de mesure
1. L’opérateur
Une mesure peut être directe ou indirecte
Mesure
Indirecte
Directe
- Mesure d’une masse (balance),
-Mesure distance (Rayon Laser),
-Mesure temps (chronomètre),
-Mesure d’une résistance (pont de wheastone),
-Mesure distance (Décamètre),
-Etc…
-Etc…
Principes de mesure de quelques grandeurs
en physique
Mesures:
1. Masse
2. longueur
3. temps
4. volume
5. Température
5. Masse volumique, densité
6. etc…
Mesure de la masse d’un corps pesant
Mesure directe
Balance
(Moment des forces)
Dynamomètre
(Allongement d’un ressort)
Balance
d
Moment des Forces
d
d
P1  M1.g
P2  M2.g
M1  P1.d
M2  P2.d
d
A l’équilibre M1 = M2
Balance Romaine
(Moment des Forces)
d
D
A l’équilibre:
P . d = p. D
Poids inconnu à peser P
Poids à déplacer pour réaliser l’équilibre p
Dynamomètre ‫الدينانوميتر‬
Principe: allongement d’un ressort
Peson constitué d’un
ressort
F =P= k. x
k : constante de raideur
‫ثابت المرونة‬
Mesure de la masse de la Terre
à l’aide d’un pendule simple
(Mesure indirecte de la masse)
42L
g 2
T
2
g
.R
M


11
6
.67
10
‫النواس البسيط‬
Mesure de longueurs
Une distance à mesurer peut varier de l’infiniment petit (atomes,
noyaux,…) jusqu’à l’infiniment grand (rayon du soleil, distance
pluton-Terre…)
‫ درة‬: Atome
‫مجرة‬: Galaxie
Le pied à coulisse
‫القدم القنوية‬
(Mesure directe)
Le pied à coulisse numérique
et le Palmer
Mesure de la hauteur d’un arbre
(Mesure indirecte)
Avancer ou reculer tout en faisant
coulisser la baguette verticale de
manière à faire coïncider
Le pied de l’arbre, le bas de la
baguette verticale et son œil sur une
même ligne (cB),
La cime de l’arbre, le haut de la
baguette verticale et son œil sur une
même ligne (cA)
ab = cd
ab  cd
La hauteur de l’arbre (AB) est alors
égale à la distance BC
Mesurez le diamètre moyen d'un atome
(Estimation grossière)
Matériel:
Une éprouvette graduée de 100 mL
De l'eau (robinet ou distillée, pas très important)
Du sel de cuisine
Une balance électronique, si possible plus précise que 0,1g
Les calculs
m
nNaCl
 NaCl
M
NaCl
N
2
.n
.N
ions
NaCl
A
V ion
Na 
V

N ion
rion 
3
3 .V ion
4 .
Remarque: Dans la solution, il y’a deux types d’ions le Na et le Cl
et le rayon obtenu par cette méthode très simple est la
moyenne des deux.
Principe de l’altimètre
Principe de la Télémétrie laser
• Le principe consiste à envoyer à partir d'une station terrestre une impulsion
lumineuse très brève en direction d'un panneau de réflecteurs.
• Les réflecteurs en forme de coins de cube ont la caractéristique de renvoyer le
faisceau incident dans la même direction, par conséquent vers la station émettrice
où il sera détecté.
• La différence de temps entre l'instant d'émission et l'instant de réception de la
lumière donne la mesure brute du temps de vol à quelques picosecondes près.
Les trois stations laser (ultra-mobile, satellite et lune),
(FTLRS-SLR-LLR), tirant simultanément sur un satellite
artificiel (LAGEOS)
Mesures distance Terre-Lune
Dist. Terre-Lune (SMA)
Erreur
Date
Heure
384 402 000,25 metres
(± ,15 m.)
4/10/70
14:21:32 GMT
384 402 000,29 metres
(±- ,10 m.)
4/10/71
14:21:32 GMT
384 402 000,32 metres
(± ,09 m.)
4/10/74
14:21:32 GMT
384 402 000,36 metres
(± ,05 m.)
4/10/77
14:21:32 GMT
384 402 000,42 metres
(± ,02 m.)
4/10/82
14:21:32 GMT
384 402 000,475 metres
(± ,002 m.)
4/10/93
14:21:32 GMT
384 402 000,4802 metres
(± ,00018 m.)
4/10/98
14:21:32 GMT
384 402 000,478108 metres
(± ,00008 m.)
4/10/04
14:21:32 GMT
Mesure du volume
(Mesure du volume d’un corps solide de forme quelconque)
Le volume du corps en question
est donné par la hauteur h
h
corps
Mesure du volume à l’aide d’une pipette
Mesure précise en ml
Remarque On indique toujours sur
une pipette la température
d’utilisation
Mesure de Température
Thermométrie
Le principe de mesure d’une température repose sur tout phénomène
ayant une relation notable avec elle.
La mesure des températures peut être fondée sur la dilatation et la
pression des corps (solides, liquides ou gazeux), ou toute autre propriété
physique (variations électriques dans le cas d’une résistance métallique,
couleur d'émission de lumière pour les hautes températures, etc.)
Nous mesurerons donc la température grâce à son influence sur une
autre grandeur physique tout en connaissant la loi de cette variation.
Puisque l’échelle de température s’étend de 0°K jusqu’à
 l’infini, le principe
de mesure d’une température diffère d’un intervalle à un autre.
Les applications des thermomètres sont multiples, en météorologie, en
médecine, en cuisine, pour la régulation, dans les processus industriels, etc.
Thermomètres à dilatation liquide
Les thermomètres à liquide usuels
sont généralement des
thermomètres à mercure ou des
thermomètres à alcool. Leur
principe repose sur la dilatation
des liquides en fonction de la
température.
Le premier thermomètre
Galilée fut, semble-t-il, le premier inventeur d'un
système d'évaluation de la température. Imaginé
pour la première fois vers 1593, le thermomètre
de Galilée est un objet simple basé uniquement sur
la modification de volume d'un liquide en fonction
de la température (dilatation). Le premier
thermomètre de Galilée était sans doute très
proche de celui à spirale en verre représenté sur la
photo ci-contre. Ce thermomètre contient de
l'alcool et le long tube de verre est gradué afin de
pouvoir comparer des températures. En fonction
de la température, l'alcool se contracte - le niveau
baisse - ou se dilate - le niveau augmente. Il fut
utilisé lors d'expériences de l'Accademia del
cimento (Académie de l'expérience), fondée en
1650 par Viviani, disciple et biographe de Galilée.
Principe de mesure avec une résistance Pt 100
La résistance d’un métal varie en
fonction de la température.
La résistance de platine est la plus utilisée
car c’est un métal noble qui résiste aux
milieux agressifs. La valeur nominale
d'une sonde PT100 est de 100  à 0°C.
Thermoélectricité: Thermocouple
millivoltmètre
Deux métaux de nature différente connectés à leurs extrémités
génèrent une tension quand on chauffe cette connexion.
Types de
thermocouples
Conducteurs - Positif
Conducteurs - Négatif
B
Platine rhodié à 30 %
Platine rhodié à 6 %
E
Alliage nickel / chrome
Alliage cuivre / nickel
J
Fer
Alliage cuivre / nickel
K
Alliage nickel / chrome
Alliage nickel / aluminium
N
Alliage nickel / chrome / silicone
Alliage nickel / silicone / magnésium
R
Platine rhodié à 13 %
Platine
S
Platine rhodié à 10 %
Platine
T
Cuivre
Alliage cuivre / nickel
Mesure de très haute température
Mesure sans contact
Energie émise par seconde
Rayonnement du corps noir
Loi de Stefan – Boltzmann
La puissance totale émise par un corps
noir, à la température T et pour toutes
les longueurs d’onde, est :
P = σ S T4
S = surface émettant le rayonnement.
σ = constante de Stefan = 5,6703 10-8
W.m-2.K-4
Spectre électromagnétique
Rayon  Rayon X
UV -Visible - IR
Onde radio
Mesure de température sans contact:
Principe
Tout objet à une température  0 K, émet du
rayonnement à toutes les longueurs d’ondes.
La quantité d’énergie rayonnée à chaque longueur
d’onde dépend de la température
La longueur d’onde à laquelle le rayonnement est maximum
est donné par la loi de Wien:
B

B = 2.898 10-3 mK
T
Schéma de principe de mesure de la
température d’un Four
Lentille convergente
Four
Détecteur de température
Rayonnement émis
Thermographie
Dans les applications médicales, on se sert de détecteurs
infrarouge spéciaux pour obtenir un enregistrement
photographique du rayonnement infrarouge émis par le malade.
Détection des maladies virales
La caméra FLIR détecte automatiquement la température la plus
élevée dans une zone définie par l'opérateur. Une alarme de
couleur facilite l'identification des personnes nécessitant un
examen complémentaire.
Les caméras d’infrarouge de FLIR aident à
la détection de la grippe porcine et d'autres
maladies virales
Image infrarouge et photographie de
sujets à la température corporelle
élevée. L'alarme de couleur indique
clairement les parties du visage dont
la température dépasse 38 °C.