Cum măsoară un termometru temperatura aerului?

Cât de cald este afară? Cât de frig va fi în această seară? Un termometru - un instrument folosit pentru măsurarea aerului temperatura- ne spune cu ușurință acest lucru, dar modul în care ne spune este o altă întrebare în întregime.

Pentru a înțelege cum funcționează un termometru, trebuie să păstrăm un lucru în minte fizicii: acela că un lichid se extinde înăuntru volum (cantitatea de spațiu pe care o ocupă) atunci când temperatura sa se încălzește și scade în volum atunci când temperatura ei se răcește.

Când un termometru este expus la atmosfera, temperatura aerului din jur o va pătrunde, echilibrând în cele din urmă temperatura termometrului cu a sa - un proces al cărui numele științific fantezist este „echilibrul termodinamic”. Dacă termometrul și lichidul din interior trebuie să se încălzească pentru a atinge acest echilibru, lichidul (care va ocupa mai mult spațiu atunci când este încălzit) va crește, deoarece este prins în interiorul unui tub îngust și nu are unde să meargă dar sus. De asemenea, dacă lichidul termometrului trebuie să se răcească pentru a atinge temperatura aerului, lichidul se va micsora în volum și va coborî în jos. Odată ce temperatura termometrului se echilibrează cu cea a aerului din jur, lichidul său se va opri din mișcare.

Creșterea și căderea fizică a lichidului din interiorul unui termometru este doar o parte din ceea ce îl face să funcționeze. Da, această acțiune vă spune că are loc o schimbare de temperatură, dar fără o scară numerică pentru a o cuantifica, nu veți putea măsura exact care este schimbarea de temperatură. În acest fel, temperaturile atașate sticlei unui termometru joacă un rol cheie (deși pasiv).

Când vine vorba de cine a inventat termometrul, lista de nume este nesfârșită. Asta pentru că termometrul s-a dezvoltat dintr-o compilație de idei prin secolele XVI-XVIII, începând de la sfârșitul anilor 1500 când Galileo Galilei a dezvoltat un dispozitiv folosind un tub de sticlă umplut cu apă cu geamuri de sticlă ponderate, care ar pluti ridicat în tub sau scufundare în funcție de căldura sau răceala aerului din afara lui (un fel de lavă lampă). Invenția sa a fost primul „termoscop” din lume.

La începutul anilor 1600, om de știință și prieten venețian Galileo, Santorio, a adăugat o scală la termoscopul lui Galileo, astfel încât valoarea schimbării temperaturii să poată fi interpretată. În acest sens, el a inventat primul termometru primitiv din lume. Termometrul nu a luat forma pe care o folosim astăzi până când Ferdinando I de 'Medici l-a reproiectat ca un tub sigilat având bulb și tulpină (și umplut cu alcool) la mijlocul anilor 1600. În cele din urmă, în anii 1720, Fahrenheit a luat acest design și l-a „trădat” când a început să utilizeze mercur (în loc de alcool sau apă) și și-a fixat propria scară de temperatură. Prin utilizarea mercurului (care are un punct de îngheț mai mic și a cărui expansiune și contracție este mai vizibilă decât apa sau alcool), termometrul lui Fahrenheit a permis observarea temperaturilor sub îngheț și măsurători mai precise observate. Și așa, modelul lui Fahrenheit a fost acceptat drept cel mai bun.

Inclusiv termometrul de sticlă al lui Fahrenheit, există 4 tipuri principale de termometre utilizate pentru a prelua temperaturile aerului:

Lichid din sticlă. Numit si termometre cu bec, aceste termometre de bază sunt încă utilizate în stațiile meteo Stevenson Screen la nivel național Serviciul Național Meteorologic Observatorii meteorologici în cooperare când iau observații zilnice de temperatură maximă și minimă. Sunt confecționate dintr-un tub de sticlă („tulpina”) cu o cameră rotundă („bec”) la un capăt care adăpostește lichidul utilizat pentru măsurarea temperaturii. Pe măsură ce temperatura se schimbă, volumul de lichid fie se extinde, determinându-l să urce în tulpină; sau contracte, forțându-l să se micșoreze înapoi din tulpină spre bec.

Ura cât de fragile sunt aceste termometre de modă veche? Sticla lor este de fapt făcută foarte subțire. Cu cât este mai subțire sticla, cu atât este mai puțin material pentru căldura sau frigul să treacă și cu cât lichidul răspunde mai repede la căldură sau frig - adică este mai puțin decalaj.

Bi-metalice sau arc. Termometrul cadran montat pe casa ta, hambar sau în curtea ta este un tip de termometru bi-metal. (Termometrele cuptorului și frigiderului și termostatul cuptorului sunt, de asemenea, alte exemple.) Se folosește a o bandă din două metale diferite (de obicei oțel și cupru) care se extind la viteze diferite pentru a sesiza Temperaturile. Cele două rate de expansiune diferite ale metalelor obligă banda să se îndoaie într-un fel dacă este încălzită peste temperatura inițială și în direcția opusă, dacă este răcită sub ea. Temperatura poate fi determinată de cât de mult s-a îndoit banda / bobina.

Termoelectric. Termometrele termoelectrice sunt dispozitive digitale care utilizează un senzor electronic (numit „termistor”) pentru a genera un tensiune electrică. Pe măsură ce curentul electric se deplasează de-a lungul unui fir, rezistența sa electrică se va schimba pe măsură ce temperatura se schimbă. Prin măsurarea acestei modificări a rezistenței se poate calcula temperatura.

Spre deosebire de verișoarele și vărurile lor bi-metalice, termometrele termoelectrice sunt rezistente, răspund rapid și nu trebuie citite de ochii umani, ceea ce le face perfecte pentru utilizarea automată. De aceea, acestea sunt termometrul ales pentru stațiile meteorologice automate din aeroport. (Serviciul meteo național folosește date de la aceste stații AWOS și ASOS pentru a vă oferi temperaturile locale actuale.) Stațiile meteo personale fără fir folosesc și tehnica termoelectrică.

Infraroşu. Termometrele cu infraroșu sunt capabile să măsoare temperatura la distanță detectând câtă energie termică (în lungimea de undă invizibilă în infraroșu a spectrului luminos) un obiect dă jos și calculează o temperatură de la aceasta. Imagini cu satelit în infraroșu (IR)- care arată cea mai înaltă și mai rece nori ca un alb strălucitor și nori joși și calzi ca griul - poate fi gândit ca un fel de termometru de nori.

Acum că știți cum funcționează un termometru, urmăriți-l îndeaproape la aceste ore în fiecare zi pentru a vedea care vor fi temperaturile dvs. cele mai ridicate și cele mai scăzute ale aerului.

• Srivastava, Gyan P. Instrumente meteorologice de suprafață și practici de măsurare. New Delhi: Atlantic, 2008.