Jak termometr mierzy temperaturę powietrza?

Jak ciepło jest na zewnątrz? Jak zimno będzie dziś wieczorem? Termometr - przyrząd służący do pomiaru powietrza temperatura- łatwo nam to mówi, ale to, co nam mówi, to zupełnie inne pytanie.

Aby zrozumieć, jak działa termometr, musimy pamiętać o fizyce: o rozszerzaniu się cieczy objętość (ilość zajmowanego miejsca), gdy jego temperatura się ogrzewa i zmniejsza objętość, gdy jej temperatura chłodzi

Kiedy termometr jest narażony na działanie atmosfera, temperatura otaczającego powietrza będzie go przenikać, ostatecznie równoważąc temperaturę termometru z jego własnym - procesem, którego fantazyjna nazwa naukowa to „równowaga termodynamiczna”. Jeśli termometr i znajdująca się w nim ciecz muszą się rozgrzać, aby osiągnąć tę równowagę, ciecz (która po podgrzaniu zajmie więcej miejsca) podniesie się, ponieważ jest uwięziona w wąskiej rurce i nie ma dokąd pójść Ale w górę. Podobnie, jeśli ciecz termometru musi ostygnąć, aby osiągnąć temperaturę powietrza, ciecz skurczy się i opuści rurę. Gdy temperatura termometru zrównoważy się z temperaturą otaczającego powietrza, jego ciecz przestanie się poruszać.

Fizyczny wzrost i spadek cieczy wewnątrz termometru to tylko część tego, co sprawia, że ​​działa. Tak, to działanie informuje, że występuje zmiana temperatury, ale bez skali numerycznej do jej oszacowania nie można zmierzyć, jaka jest zmiana temperatury. W ten sposób temperatury przymocowane do szyby termometru odgrywają kluczową (choć pasywną) rolę.

Jeśli chodzi o pytanie, kto wynalazł termometr, lista nazwisk jest nieograniczona. Dzieje się tak, ponieważ termometr opracowano na podstawie kompilacji pomysłów w XVI-XVIII wieku, zaczynając od późnych lat 1500, kiedy Galileo Galilei opracowano urządzenie wykorzystujące szklaną rurkę wypełnioną wodą z ważonymi szklanymi bojami, które unosiłyby się wysoko w rurze lub umywalce w zależności od gorąca lub zimna powietrza na zewnątrz (coś w rodzaju lawy lampa). Jego wynalazek był pierwszym na świecie „termoskopem”.

Na początku 1600 roku wenecki naukowiec i przyjaciel Galileo, Santorio, dodał skalę do termometru Galileo, aby można było interpretować wartość zmiany temperatury. W ten sposób wynalazł pierwszy na świecie prymitywny termometr. Termometr nie przybrał kształtu, którego używamy dzisiaj, dopóki Ferdinando I de 'Medici przeprojektował go jako szczelną rurkę z żarówką i trzonkiem (i wypełnioną alkoholem) w połowie 1600 roku. Wreszcie w latach dwudziestych XVII wieku Fahrenheit wziął ten projekt i „go ulepszył”, kiedy zaczął używać rtęci (zamiast alkoholu lub wody) i przymocował do niej swoją własną skalę temperatur. Używając rtęci (która ma niższą temperaturę krzepnięcia, a której rozszerzanie i kurczenie jest bardziej widoczne niż wody lub alkohol), termometr Fahrenheita pozwalał na obserwowanie temperatur poniżej zera i dokładniejszych pomiarów zauważony. Model Fahrenheita został zaakceptowany jako najlepszy.

W tym szklany termometr Fahrenheita istnieją 4 główne typy termometrów używanych do pomiaru temperatur powietrza:

Płyn w szkle. Nazywany również termometry żarówkowe, te podstawowe termometry są nadal używane w stacjach pogodowych Stevenson Screen w całym kraju przez National Weather Service Współpracujący obserwatorzy pogody podczas codziennych obserwacji temperatury maksymalnej i minimalnej. Są one wykonane ze szklanej rurki („trzpień”) z okrągłą komorą („bańką”) na jednym końcu, w której znajduje się ciecz używana do pomiaru temperatury. Wraz ze zmianą temperatury objętość cieczy albo się rozszerza, co powoduje, że wznosi się ona do trzonu; lub kurczy się, zmuszając go do zmniejszenia się z trzonu w kierunku żarówki.

Nie cierpisz, jak kruche są te staromodne termometry? Ich szkło jest specjalnie specjalnie cienkie. Im cieńsze szkło, tym mniej materiału jest do przejścia przez ciepło lub zimno, i tym szybciej ciecz reaguje na to ciepło lub zimno - to znaczy, że występuje mniejsze opóźnienie.

Bimetaliczny lub sprężynowy. Termometr tarczowy zamontowany na domu, stodole lub na podwórku jest rodzajem termometru bimetalicznego. (Termometry piekarnika i lodówki oraz termostat pieca to także inne przykłady.) Wykorzystuje pasek dwóch różnych metali (zwykle stali i miedzi), które rozszerzają się w różnym tempie w celu wykrycia temperatury. Dwie różne szybkości rozszerzania się metali zmuszają taśmę do zginania się w jedną stronę, jeśli zostanie podgrzana powyżej swojej temperatury początkowej, i w przeciwnym kierunku, jeśli ostygnie poniżej niej. Temperaturę można określić na podstawie tego, jak mocno wygięty jest pasek / cewka.

Termoelektryczny. Termometry termoelektryczne to urządzenia cyfrowe, które wykorzystują czujnik elektroniczny (zwany „termistorem”) do generowania napięcie elektryczne. Gdy prąd elektryczny płynie wzdłuż drutu, jego rezystancja elektryczna będzie się zmieniać wraz ze zmianą temperatury. Mierząc tę ​​zmianę rezystancji, można obliczyć temperaturę.

W przeciwieństwie do swoich szklanych i bimetalicznych kuzynów termometry termoelektryczne są wytrzymałe, reagują szybko i nie muszą być odczytywane przez ludzkie oczy, co czyni je idealnymi do automatycznego użycia. Dlatego są termometrem z wyboru dla automatycznych stacji meteorologicznych na lotniskach. (National Weather Service korzysta z danych z tych stacji AWOS i ASOS, aby przedstawić bieżące lokalne temperatury.) Bezprzewodowe osobiste stacje pogodowe również wykorzystują technikę termoelektryczną.

Podczerwień. Termometry na podczerwień są w stanie mierzyć temperaturę na odległość, wykrywając, ile energii cieplnej (w niewidzialna długość fali podczerwonej widma światła) obiekt wydziela się i oblicza temperaturę to. Zdjęcia satelitarne w podczerwieni (IR)- który pokazuje najwyższy i najzimniejszy chmury jak jasna biel, a niskie, ciepłe chmury jak szarość - można uznać za rodzaj termometru chmurowego.

Teraz, gdy wiesz, jak działa termometr, oglądaj je uważnie o tych porach każdego dnia, aby zobaczyć, jaka będzie najwyższa i najniższa temperatura powietrza.

• Srivastava, Gyan P. Powierzchniowe przyrządy meteorologiczne i praktyki pomiarowe. New Delhi: Atlantic, 2008.