Constante de temps du thermomètre
L'objectif de cette expérience est d'apporter une explication quantitative de la constante de temps du thermomètre. Cela permet de mieux comprendre la sensibilité thermique du thermomètre.
Ce que les élèves apprennent
- Constante de temps d'un thermomètre
- Loi de Newton sur le réchauffement ou le refroidissement
Les fondements scientifiques de cette expérience
Supposons que nous ayons un thermomètre en équilibre thermique ambiant, dont la température est égale à T₀. Si, à t = 0 seconde, nous plaçons ce thermomètre dans un bécher contenant de l'eau bouillante à une température T₁ = 100 °C, on peut observer l'évolution suivante de la lecture du thermomètre en fonction du temps.
Cela signifie que le thermomètre met un certain temps à afficher la température réelle, en fonction de son temps de réponse à la commande externe.
L'acoustique est la science interdisciplinaire qui traite de l'étude du son.
Le mot « acoustique » vient du grec ακουστικός (akoustikos), qui signifie « relatif à l’ouïe, prêt à entendre », lui-même dérivé du verbe ακούω (akouo), « j’entends ». Le synonyme latin est « sonique ». Après que les acousticiens eurent étendu leurs études aux fréquences situées au-dessus et en dessous de la gamme audible, il est devenu courant de désigner ces gammes de fréquences respectivement par les termes « ultrasonique » et « infrasonique », tout en réservant le terme « acoustique » à l'ensemble de la gamme de fréquences, sans limitation.
La fondamentale et les six premières harmoniques d'une corde en vibration. Les premières traces écrites concernant l'étude de ce phénomène remontent à la Chine antique, vers 3 000 av. J.-C.
L'ensemble du spectre peut être divisé en trois parties : les fréquences audio, les ultrasons et les infrasons. La gamme audio s'étend de 20 Hz à 20 000 Hz. Cette gamme est importante car ses fréquences sont perceptibles par l'oreille humaine. Elle trouve de nombreuses applications, notamment dans la communication vocale et la musique.
Dans ce manuel, nous vous proposerons des expériences simples pouvant être réalisées à l'aide d'une paire de diapasons. Un diapason est un générateur de son. Il a été inventé par John Shore, trompettiste royal, en 1711, et sert à déterminer la hauteur des notes musicales ainsi qu'à réaliser des expériences acoustiques. Il s'agit d'un générateur de son pur, d'une fréquence bien définie, constitué d'un corps métallique élastique qui, en vibrant, génère dans l'air environnant des ondes élastiques longitudinales de fréquences acoustiques.
En effet, lorsqu’ils sont excités, par exemple parce qu’on les frappe avec un marteau, les dents se rapprochent, créant ainsi dans l’espace environnant une légère « dépression » à l’extérieur et une légère compression à l’intérieur.
En vibrant périodiquement, le diapason comprime puis raréfie tour à tour l'air environnant, qui transmet cette perturbation sous forme d'ondes longitudinales s'éloignant de la source. Lorsque ces ondes atteignent l'oreille, elles provoquent la perception du son.
Émission d'un son par un diapason, due à la raréfaction et à la compression de l'air environnant.
Deux notes dont les fréquences fondamentales présentent un rapport correspondant à une puissance de deux (par exemple, la moitié, le double ou le quadruple) sont perçues comme très similaires. C'est pourquoi toutes les notes présentant ce type de rapport peuvent être regroupées dans la même classe de hauteur.
La huitième note, ou octave, porte le même nom que la première, mais sa fréquence est le double de celle-ci. Afin de distinguer deux notes qui ont la même classe de hauteur mais appartiennent à des octaves différentes, le système de notation scientifique des hauteurs de son associe une lettre à un chiffre arabe désignant une octave spécifique.
Matériel utilisé
- Calorimètre à mélange — 4230.60
- Thermomètre -10 ° / +110 ° — 2240.15
- Chronomètre numérique — 2231.52
- Verre à bec bas, en verre borosilicaté — 1118.20-35-50
Produits chimiques et réactifs
Consignes de sécurité
Questions destinées aux élèves
À quoi s'attendre
Élimination
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Cette expérience fait partie d'ATP « Mobile Lab » — un laboratoire autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire scientifique, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions pendant les travaux pratiques.
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