Kako termometar mjeri temperaturu zraka?

Koliko je vani toplo? Koliko će biti hladno večeras? Termometar - instrument koji se koristi za mjerenje zraka temperatura- to nam lako govori, ali potpuno je drugo pitanje.

Da bismo razumjeli kako termometar radi, moramo imati na umu jednu stvar iz fizike: da se tekućina širi unutra volumen (količina prostora koju zauzima) kada se njegova temperatura zagrije i smanjuje u volumenu kad je njegova temperatura hladi.

Kada je termometar izložen atmosfera, temperatura okolnog zraka će ga prožimati, na kraju uravnotežujući temperaturu termometra sa svojom - procesom čiji fancy znanstveni naziv je "termodinamička ravnoteža". Ako se termometar i unutra tekućina mora zagrijati da bi se postigla ravnoteža, tekućina (koja će zauzeti više prostora kada se zagrije) porast će jer je zarobljena u uskoj cijevi i nema kamo otići ali gore. Isto tako, ako se tekućina termometra mora ohladiti da bi dosegla temperaturu zraka, tekućina će se smanjiti u volumenu i spustiti se u cijev. Jednom kada temperatura termometra uravnoteži temperaturu okolnog zraka, njegova tekućina prestat će se kretati.

Fizički porast i pad tekućine unutar termometra samo je dio onoga što čini da djeluje. Da, ova radnja vam govori da dolazi do promjene temperature, ali bez brojčane ljestvice koja bi je kvantificirala, nećete biti u mogućnosti izmjeriti samo temperaturnu promjenu. Na taj način, temperature pričvršćene na staklo termometra igraju ključnu (iako pasivnu) ulogu.

Kada je u pitanju pitanje tko je izumio termometar, popis imena je beskrajan. To je zato što se termometar razvio iz kompilacije ideja kroz 16. do 18. stoljeće, počevši od kasnih 1500-ih Galileo Galilei razvio je uređaj koji koristi vodenu staklenu cijev s uteštenim staklenim plutačama koja bi visoko lebdela u cijevi ili sudoperu, ovisno o vrućini ili hladnoći zraka izvan nje (poput lave lampa). Njegov je izum bio prvi "termoskop" na svijetu.

Početkom 1600-ih venecijanski znanstvenik i prijatelj do Galileo, Santorio, dodao je ljestvicu Galileovom termoskopu kako bi se mogla protumačiti vrijednost promjene temperature. Pritom je izumio prvi primitivni termometar na svijetu. Termometar nije poprimio oblik koji danas koristimo sve dok ga Ferdinando I de 'Medici sredinom 1600-ih nije redizajnirao kao zapečaćenu cijev s žaruljom i stabljikom (i napunjenom alkoholom). Konačno, 1720-ih Farenhajt uzeo je ovaj dizajn i "prevario ga" kada je počeo koristiti živu (umjesto alkohola ili vode) i na nju pričvrstio svoju temperaturnu skalu. Korištenjem žive (koja ima nižu točku smrzavanja, a čija je ekspanzija i stezanje vidljiviji od vode ili alkohola), Fahrenheitov termometar omogućio je promatranje temperatura ispod smrzavanja i preciznija mjerenja promatranom. I tako, Fahrenheitov model prihvaćen je kao najbolji.

Uključujući Fahrenheitov stakleni termometar, postoje 4 glavne vrste termometra koji se koriste za poduzimanje temperature zraka:

Tekućine u staklu. Također se zove termometri sa žarnom silom, ovi osnovni termometri i dalje se koriste u meteorološkim stanicama Stevenson Screen širom zemlje Nacionalna meteorološka služba Kooperativni promatrači vremenskih prilika kada se vode dnevna promatranja maksimalne i minimalne temperature. Napravljeni su od staklene cijevi ("stabljika") s okruglom komorom ("žarulja") na jednom kraju u kojoj se nalazi tekućina koja se koristi za mjerenje temperature. Kako se temperatura mijenja, volumen tekućine se ili proširuje, zbog čega se uspinje u stabljiku; ili ugovor, prisiljavajući ga da se smanji unatrag do gredice.

Mrzite koliko su ti staromodni termometri krhki? Čaša im je zapravo napravljena vrlo tanka. Što je staklo starije, to je manje materijala za toplinu ili hladnoću, a što brže tekućina reagira na tu toplinu ili hladnoću - to je manje zaostajanja.

Dvo-metalni ili opružni. Termometar s biranim brojem montiran na vašoj kući, staji ili u vašem dvorištu vrsta je dvodijelnog termometra. (Vaši su termometri u pećnici i hladnjaku i termostat peći također drugi primjeri.) traka od dva različita metala (obično čelika i bakra) koji se proširuju različitim brzinama do smisla temperature. Dvije različite brzine širenja metala prisiljavaju se da se traka savija u jednom smjeru ako se zagrije iznad početne temperature, a u suprotnom ako se hladi ispod nje. Temperatura se može odrediti koliko se traka / zavojnica savijela.

Toplinsko. Termoelektrični termometri su digitalni uređaji koji koriste elektronički senzor (nazvan "termistor") za generiranje električni napon. Dok električna struja putuje duž žice, njen će se električni otpor mijenjati s promjenom temperature. Mjerenjem ove promjene otpora može se izračunati temperatura.

Za razliku od njihovih staklenih i dvo-metalnih rođaka, termoelektrični termometri su robusni, brzo reagiraju i ne trebaju ih čitati ljudskim očima, što ih čini savršenim za automatiziranu upotrebu. Zato su termometar odabrani za automatizirane meteorološke stanice u zračnoj luci. (Nacionalna meteorološka služba koristi podatke s ovih AWOS i ASOS stanica da bi vam donijela trenutne lokalne temperature.) Bežične osobne meteorološke stanice također koriste termoelektričnu tehniku.

Infracrveni. Infracrveni termometri mogu mjeriti temperaturu na daljinu otkrivanjem kolike toplinske energije (u nevidljiva infracrvena valna duljina svjetlosnog spektra) izlazi iz objekta i izračunava temperaturu od to. Infracrvena (IR) satelitska snimka—To pokazuje najviše i najhladnije oblaci kao svijetlo bijeli, a niski topli oblaci kao sivi - mogu se smatrati svojevrsnim termometrom u oblaku.

Sad kad znate kako radi termometar, pozorno ih promatrajte svakog dana kako biste vidjeli koje će biti vaše najviše i najniže temperature zraka.

• Srivastava, Gyan P. Površinski meteorološki instrumenti i metode mjerenja. New Delhi: Atlantic, 2008.