De nombreuses méthodes ont été développées pour mesurer la température. La plupart d’entre elles reposent sur la mesure d’une propriété physique d’un matériau de travail qui varie avec la température. L’un des dispositifs les plus courants pour mesurer la température est le thermomètre de verre. Il s’agit d’un tube en verre rempli de mercure ou d’un autre liquide, qui sert de fluide de travail. L’augmentation de la température entraîne la dilatation du liquide, de sorte que la température peut être déterminée en mesurant le volume du liquide. Ces thermomètres sont généralement étalonnés de manière à ce que l’on puisse lire la température en observant simplement le niveau du liquide dans le thermomètre. Un autre type de thermomètre qui n’est pas vraiment utilisé dans la pratique, mais qui est important d’un point de vue théorique, est le thermomètre à gaz.
Les autres dispositifs importants pour mesurer la température comprennent :
- Thermocouples
- Thermistors
- Détecteur de température à résistance (RTD)
- Pyromètre
- Sondes de Langmuir (pour la température des électrons d’un plasma)
- Thermomètre à infrarouge
- Autres thermomètres
Lorsqu’on mesure la température, il faut veiller à ce que l’instrument de mesure (thermomètre, thermocouple, etc.) est réellement à la même température que le matériau que l’on mesure. Dans certaines conditions, la chaleur de l’instrument de mesure peut provoquer un gradient de température, de sorte que la température mesurée est différente de la température réelle du système. Dans ce cas, la température mesurée varie non seulement avec la température du système, mais aussi avec les propriétés de transfert de chaleur du système.
Le confort thermique que les humains, les animaux et les plantes ressentent est lié à plus que la température indiquée sur un thermomètre en verre. Les niveaux d’humidité relative de l’air ambiant peuvent induire un refroidissement par évaporation plus ou moins important. La mesure de la température au thermomètre humide normalise cet effet de l’humidité. La température radiante moyenne peut également affecter le confort thermique. Le facteur de refroidissement éolien donne l’impression qu’il fait plus froid par temps venteux que par temps calme, même si un thermomètre en verre indique la même température. Le flux d’air augmente le taux de transfert de chaleur du ou vers le corps, ce qui entraîne un changement plus important de la température corporelle pour une même température ambiante.
La base théorique des thermomètres est la loi zéro de la thermodynamique qui postule que si vous avez trois corps, A, B et C, si A et B sont à la même température, et B et C sont à la même température alors A et C sont à la même température. B, bien sûr, est le thermomètre.
La base pratique de la thermométrie est l’existence de cellules à triple point. Les points triples sont des conditions de pression, de volume et de température telles que trois phases sont simultanément présentes, par exemple solide, vapeur et liquide. Pour un seul composant, il n’y a pas de degrés de liberté au niveau d’un point triple et toute modification des trois variables entraîne la disparition d’une ou plusieurs des phases de la cellule. Par conséquent, les cellules à point triple peuvent être utilisées comme références universelles pour la température et la pression (voir règle des phases de Gibbs).
Dans certaines conditions, il devient possible de mesurer la température par une utilisation directe de la loi de Planck du rayonnement du corps noir. Par exemple, la température du fond diffus cosmologique a été mesurée à partir du spectre des photons observés par des satellites tels que le WMAP. Dans l’étude du plasma quark-gluon par collisions d’ions lourds, les spectres de particules uniques servent parfois de thermomètre.
Thermométrie non invasiveModification
Au cours des dernières décennies, de nombreuses techniques thermométriques ont été développées. Les techniques thermométriques non invasives les plus prometteuses et les plus répandues dans un contexte biotechnologique sont basées sur l’analyse des images de résonance magnétique, des images de tomographie informatisée et de l’échotomographie. Ces techniques permettent de surveiller la température au sein des tissus sans introduire d’élément de détection. Dans le domaine des flux réactifs (par exemple, la combustion, les plasmas), la fluorescence induite par laser (LIF), la CARS et la spectroscopie d’absorption laser ont été exploitées pour mesurer la température à l’intérieur des moteurs, des turbines à gaz, des tubes de choc, des réacteurs de synthèse, etc. La capacité de ces techniques basées sur l’optique comprend une mesure rapide (jusqu’à des échelles de temps de l’ordre de la nanoseconde), nonobstant la capacité de ne pas perturber le sujet de la mesure (par exemple, la flamme, les gaz chauffés par chocs).