Πώς το θερμόμετρο μετρά τη θερμοκρασία του αέρα;

Πόσο ζεστό είναι έξω; Πόσο κρύο θα είναι απόψε; Ένα θερμόμετρο - ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του αέρα θερμοκρασία- μας λέει αυτόματα, αλλά πώς μας λέει είναι μια άλλη ερώτηση εξ ολοκλήρου.

Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ένα θερμόμετρο, πρέπει να έχουμε κατά νου ένα πράγμα από τη φυσική: ότι ένα υγρό επεκτείνεται όγκο (το ποσό του χώρου που χρειάζεται) όταν η θερμοκρασία του θερμαίνεται και μειώνεται η ένταση όταν η θερμοκρασία του δροσίζει.

Όταν ένα θερμόμετρο είναι εκτεθειμένο σε η ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα θα διαπεράσει, τελικά εξισορροπώντας τη θερμοκρασία του θερμομέτρου με τη δική του - μια διαδικασία της οποίας φανταχτερό επιστημονικό όνομα είναι "θερμοδυναμική ισορροπία". Εάν το θερμόμετρο και το εσωτερικό του υγρού πρέπει να ζεσταθεί για να φτάσει αυτή την ισορροπία, το υγρό (το οποίο θα πάρει περισσότερο χώρο όταν θερμαίνεται) θα αυξηθεί επειδή είναι παγιδευμένο μέσα σε ένα στενό σωλήνα και δεν έχει πουθενά να πάει αλλά επάνω. Ομοίως, εάν το υγρό του θερμομέτρου πρέπει να κρυώσει για να φτάσει στη θερμοκρασία του αέρα, το υγρό θα συρρικνωθεί στην ένταση και θα κατέβει κάτω από το σωλήνα. Μόλις η θερμοκρασία του θερμομέτρου ισορροπήσει εκείνη του περιβάλλοντος αέρα, το υγρό του θα σταματήσει να κινείται.

Η φυσική άνοδος και πτώση του υγρού μέσα σε ένα θερμόμετρο είναι μόνο μέρος αυτού που το κάνει να λειτουργήσει. Ναι, η ενέργεια αυτή σας λέει ότι συμβαίνει μια αλλαγή θερμοκρασίας, αλλά χωρίς αριθμητική κλίμακα για να την ποσοτικοποιήσετε, δεν θα μπορέσετε να μετρήσετε ακριβώς ποια είναι η αλλαγή θερμοκρασίας. Με αυτόν τον τρόπο, οι θερμοκρασίες που συνδέονται με το γυαλί του θερμομέτρου παίζουν ένα βασικό (αν και παθητικό) ρόλο.

Όταν πρόκειται για το ποιος εφευρέθηκε το θερμόμετρο, ο κατάλογος των ονομάτων είναι ατελείωτος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το θερμόμετρο εξελίχθηκε από μια συλλογή ιδεών κατά τον 16ο έως τον 18ο αιώνα, αρχίζοντας στα τέλη της δεκαετίας του 1500 όταν Galileo Galilei ανέπτυξε μια συσκευή που χρησιμοποιεί γυάλινο σωλήνα γεμάτο με νερό με ζυγισμένους υαλοπίνακες που θα έπαιζαν ψηλά στο σωλήνα ή στο νεροχύτη ανάλογα με το ζεστό ή το κρύο του αέρα έξω από αυτό (είδος σαν λάβα λάμπα). Η εφεύρεσή του ήταν το πρώτο «θερμοσκόπιο» στον κόσμο.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1600, ενετικό επιστήμονας και φίλος Γαλιλαίος, Το Santorio, πρόσθεσε μια κλίμακα στο θερμοσκόπιο του Galileo έτσι ώστε να μπορεί να ερμηνευτεί η τιμή της θερμοκρασιακής μεταβολής. Με αυτόν τον τρόπο, εφευρέθηκε το πρώτο θερμόμετρο του κόσμου. Το θερμόμετρο δεν πήρε το σχήμα που χρησιμοποιούμε σήμερα, μέχρι που ο Ferdinando I de Medici τον επανασχεδίασε ως σφραγισμένο σωλήνα με βολβό και στέλεχος (και γεμάτο αλκοόλ) στα μέσα του 1600. Τέλος, στη δεκαετία του 1720, θερμόμετρο Φαρενάιτ πήρε αυτό το σχέδιο και «βελτίωσε» όταν άρχισε να χρησιμοποιεί υδράργυρο (αντί για αλκοόλ ή νερό) και πρόσδεσε τη δική του κλίμακα θερμοκρασίας σε αυτό. Χρησιμοποιώντας υδράργυρο (που έχει χαμηλότερο σημείο πήξης και του οποίου η διαστολή και η συστολή είναι περισσότερο ορατή από το νερό ή το νερό) αλκοόλ), το θερμόμετρο του Fahrenheit επέτρεψε να παρατηρηθούν θερμοκρασίες κάτω από το πάγωμα και να γίνουν ακριβέστερες μετρήσεις παρατηρηθεί. Και έτσι, το μοντέλο του Φαρενάιτ έγινε αποδεκτό ως το καλύτερο.

Συμπεριλαμβανομένου του θερμομέτρου γυαλιού του Fahrenheit, υπάρχουν 4 κύριοι τύποι θερμομέτρων που χρησιμοποιούνται για τη λήψη θερμοκρασιών αέρα:

Υγρό-σε-γυαλί. Επίσης λέγεται θερμόμετρα βολβών, αυτά τα βασικά θερμόμετρα χρησιμοποιούνται ακόμα στους μετεωρολογικούς σταθμούς της Stevenson σε εθνικό επίπεδο Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία Συνεργατικών παρατηρητών του καιρού κατά τη λήψη των ημερήσιων παρατηρήσεων μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας. Είναι κατασκευασμένα από γυάλινο σωλήνα ("στέλεχος") με ένα στρογγυλό θάλαμο (το "βολβό") στο ένα άκρο που φιλοξενεί το υγρό που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει, ο όγκος του υγρού είτε επεκτείνεται, προκαλώντας το να ανέβει στο στέλεχος. ή συμβάσεις, αναγκάζοντάς το να συρρικνωθεί προς τα κάτω από το στέλεχος προς το βολβό.

Μισώ πόσο εύθραυστα είναι αυτά τα παλιομοδίτικα θερμόμετρα; Το γυαλί τους είναι πραγματικά πολύ λεπτό για το σκοπό. Όσο λεπτότερο είναι το γυαλί, τόσο μικρότερο είναι το υλικό για να περάσει η θερμότητα ή το κρύο και όσο πιο γρήγορα το υγρό αποκρίνεται σε εκείνη τη θερμότητα ή κρύο - δηλαδή, υπάρχει λιγότερη υστέρηση.

Βιομεταλλικό ή ελατήριο. Το θερμόμετρο πλάκας που είναι τοποθετημένο στο σπίτι σας, στον αχυρώνα ή στο κατώφλι σας είναι ένα είδος διμεταλλικού θερμόμετρου. (Τα θερμόμετρα του φούρνου και του ψυγείου και ο θερμοστάτης είναι και άλλα παραδείγματα.) Χρησιμοποιεί ένα λωρίδα δύο διαφορετικών μετάλλων (συνήθως χάλυβα και χαλκός) που επεκτείνονται με διαφορετικούς ρυθμούς στην αίσθηση θερμοκρασίες. Τα δύο διαφορετικά ποσοστά διαστολής των μετάλλων υποχρεώνουν τη λωρίδα να κάμπτεται κατά έναν τρόπο εάν θερμαίνεται πάνω από την αρχική της θερμοκρασία και στην αντίθετη κατεύθυνση εάν ψύχεται κάτω από αυτήν. Η θερμοκρασία μπορεί να προσδιοριστεί από το πόσο λουρίδα / πηνίο έχει λυγίσει.

Θερμοηλεκτρική. Τα θερμοηλεκτρικά θερμόμετρα είναι ψηφιακές συσκευές που χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρονικό αισθητήρα (που ονομάζεται "θερμίστορ") για τη δημιουργία ενός ηλεκτρική τάση. Καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα κινείται κατά μήκος ενός σύρματος, η ηλεκτρική του αντίσταση θα αλλάξει καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Μέσω της μέτρησης αυτής της μεταβολής της αντίστασης η θερμοκρασία μπορεί να υπολογιστεί.

Σε αντίθεση με το γυαλί τους και τα διμεταλλικά ξαδέλφια, τα θερμοηλεκτρικά θερμόμετρα είναι τραχιά, αποκρίνονται γρήγορα και δεν χρειάζεται να διαβάζονται από ανθρώπινα μάτια, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για αυτοματοποιημένη χρήση. Αυτός είναι ο λόγος που είναι το θερμόμετρο επιλογής για αυτοματοποιημένους μετεωρολογικούς σταθμούς στο αεροδρόμιο. (Η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία χρησιμοποιεί δεδομένα από αυτούς τους σταθμούς AWOS και ASOS για να σας φέρει τις σημερινές τοπικές θερμοκρασίες.) Οι ασύρματοι προσωπικοί μετεωρολογικοί σταθμοί χρησιμοποιούν επίσης τη θερμοηλεκτρική τεχνική.

Υπέρυθρες. Τα υπέρυθρα θερμόμετρα είναι σε θέση να μετρήσουν τη θερμοκρασία σε απόσταση ανιχνεύοντας πόση θερμική ενέργεια (σε το αόρατο μήκος κύματος υπερύθρου του φάσματος φωτός) ένα αντικείμενο εκπέμπει και υπολογίζει μια θερμοκρασία από το. Υπέρυθρες (IR) δορυφορικές εικόνες-Που δείχνει το υψηλότερο και το πιο κρύο σύννεφα ως φωτεινό λευκό, και χαμηλά, ζεστά νέφη ως γκρι-μπορεί να θεωρηθεί ως ένα είδος θερμόμετρου σύννεφο.

Τώρα που ξέρετε πώς λειτουργεί ένα θερμόμετρο, παρακολουθήστε το προσεκτικά σε αυτές τις ώρες κάθε μέρα για να δείτε τι θα είναι η υψηλότερη και η χαμηλότερη θερμοκρασία του αέρα.

• Srivastava, Gyan Ρ. Επιφανειακά Μετεωρολογικά Όργανα και Πρακτικές Μέτρησης. Νέο Δελχί: Ατλαντικός, 2008.