La dilatation des solides : l'expérience de mesure

Introduction

Les solides, comme le métal ou le verre, ont tendance à changer de taille lorsque leur température varie. C'est ce qu'on appelle la dilatation thermique. Pour comprendre cette expansion, nous allons étudier une expérience simple de mesure.

Objectif de l'expérience

Mesurer comment la longueur d'un solide augmente lorsqu'on chauffe ou refroidit ce solide.

Matériel nécessaire

• Une barre métallique (par exemple en acier ou en cuivre)
• Un thermomètre
• Une source de chaleur (bouilloire ou plaque chauffante)
• Une règle ou un instrument de mesure précis
• Un support pour maintenir la barre

Procédure de l'expérience

1. Mesurer la longueur initiale \(L_0\) de la barre à température ambiante.
2. Chauffer doucement la barre en utilisant la source de chaleur tout en surveillant la température avec le thermomètre.
3. Lorsque la température augmente, mesurer à nouveau la longueur \(L\) de la barre.
4. Refroidir la barre et mesurer de nouveau sa longueur à une température plus basse si nécessaire.

Résultats attendus

On constate que la longueur \(L\) de la barre augmente lorsque la temperature \(T\) augmente, et diminue lorsqu'elle refroidit. La variation de longueur est généralement petite, mais mesurable avec un instrument précis.

Formule de la dilatation linéaire

La relation entre la variation de longueur \(\Delta L\) et la variation de température \(\Delta T\) est donnée par :

\[ \Delta L = lpha imes L_0 imes \Delta T \]

où :

• \(L_0\) est la longueur initiale du solide à la température initiale
• \(\Delta L\) est la variation de longueur
• \(\Delta T\) est la variation de température (en degrés Celsius)
• \(lpha\) est le coefficient de dilatation linéaire spécifique au matériau

Conclusion

Cette expérience montre que les solides se dilatent lorsqu'ils chauffent. La connaissance du coefficient \(lpha\) permet de prévoir comment la longueur d'un matériau change avec la température. C'est important pour la construction, pour éviter que des structures ne se déforment ou ne cassent.