Kuidas termomeeter mõõdab õhutemperatuuri?

Kui soe on väljas? Kui külm täna õhtul on? Termomeeter - instrument, mida kasutatakse õhu mõõtmiseks temperatuur- ütleb meile seda hõlpsalt, kuid see, kuidas see meile räägib, on täiesti teine ​​küsimus.

Termomeetri toimimise mõistmiseks peame füüsikast meeles pidama ühte asja: vedeliku paisumist sisse maht (ruumi suurus, mille ta võtab), kui selle temperatuur soojeneb ja temperatuuri langedes maht väheneb jahutab.

Kui termomeeter puutub kokku atmosfääri, ümbritseva õhu temperatuur tungib sellesse, tasakaalustades termomeetri temperatuuri lõpuks omaga - protsessiga, mille väljamõeldud teaduslik nimetus on "termodünaamiline tasakaal". Kui termomeeter ja selle sees olev vedelik peavad selle tasakaaluni jõudmiseks soojenema, vedelik (mis võtab soojenemisel rohkem ruumi) tõuseb üles, kuna see on kitsa tuubi sisse kinni jäänud ja sellel pole kuhugi minna aga üles. Samuti, kui termomeetri vedelik peab õhutemperatuuri saavutamiseni jahtuma, väheneb vedeliku maht ja langeb toru allapoole. Kui termomeetri temperatuur tasakaalustab ümbritseva õhu temperatuuri, lakkab selle vedelik liikuma.

Termomeetri sees oleva vedeliku füüsiline tõus ja langus on vaid osa sellest, mis paneb selle töötama. Jah, see toiming annab teile teada, et temperatuurimuutus toimub, kuid ilma selle kvantifitseerimiseks numbrilise skaalata ei saaks te temperatuuri muutust mõõta. Sel viisil mängib termomeetri klaasiga seotud temperatuuridel võtmerolli (ehkki passiivset).

Kui rääkida küsimusest, kes leiutas termomeetri, siis nimede loetelu on lõputu. Selle põhjuseks on see, et termomeeter arenes välja 16. – 18. Sajandil ideede koostamisel, alustades 1500ndate lõpust, kui Galileo Galilei töötas välja seadme, kasutades veega täidetud klaastoru, millel oleks kaalutud klaaspoid, mis hõljuksid kõrgel torus või kraanikausis sõltuvalt sellest väljaspool oleva õhu kuumusest või külmusest (omamoodi nagu laava) lamp). Tema leiutis oli maailmas esimene "termoskoop".

1600. aastate alguses oli Veneetsia teadlane ja sõber Galileo, Santorio, lisas Galileo termoskoobile skaala, et temperatuurimuutuse väärtust oleks võimalik tõlgendada. Seejuures leiutas ta maailma esimese primitiivse termomeetri. Termomeeter ei saanud tänapäeval kasutatavat kuju, kuni Ferdinando I de 'Medici kujundas selle ümber suletud toruks, millel oli pirn ja vars (ja alkoholiga täidetud) 1600. aastate keskel. Lõpuks, 1720. aastatel Fahrenheit võttis selle kujunduse ja "pahandas", kui hakkas kasutama elavhõbedat (alkoholi või vee asemel) ja kinnitas sellele oma temperatuuri skaala. Kasutades elavhõbedat (mille külmumispunkt on madalam ja mille paisumine ja kokkutõmbumine on paremini nähtav kui vesi või alkoholid), Fahrenheiti termomeeter võimaldas jälgida temperatuuri alla külmumist ja olla täpsemad mõõtmised täheldatud. Ja nii tunnistati Fahrenheiti mudel parimaks.

Koos Fahrenheiti klaastermomeetriga on õhutemperatuuri mõõtmiseks 4 peamist tüüpi termomeetrit:

Klaasis vedelik. Nimetatud ka pirntermomeetrid, kasutavad neid põhilisi termomeetreid Stevenson Screeni ilmajaamades üleriigiliselt Riiklik ilmateenistus Ühised ilmavaatlejad igapäevase maksimaalse ja minimaalse temperatuuri vaatluse korral. Need on valmistatud klaasist torust ("vars"), mille ühes otsas on ümmargune kamber ("pirn"), milles on temperatuuri mõõtmiseks kasutatud vedelik. Temperatuuri muutumisel vedeliku maht kas laieneb, põhjustades selle varre tõusmist; või lepingud, sundides seda varre tagant sibula suunas tagasi kahanema.

Vihkake, kui habras need vanaaegsed termomeetrid on? Nende klaas on tehtud otstarbekohaselt väga õhukeseks. Mida õhem klaas, seda vähem on materjali kuumuse või külma läbimiseks ja seda kiiremini reageerib vedelik sellele kuumusele või külmale - see tähendab, et vähem on mahajäämust.

Bimetall või vedru. Teie majale, aidale või tagaaeda paigaldatud skaalatermomeeter on biometalltermomeetri tüüp. (Teie ahju- ja külmkapitermomeetrid ning ahju termostaat on ka muud näited.) See kasutab a kahest erinevast metallist (tavaliselt terasest ja vasest) olev riba, mis paisub erineva kiirusega temperatuurid. Metallide kaks erinevat paisumiskiirust sunnivad riba algsest temperatuurist kõrgemal kuumutamisel ühe suuna painutama ja selle allapoole jahutamisel vastupidises suunas. Temperatuuri saab määrata riba / mähise painde järgi.

Termoelektrilised. Termoelektrilised termomeetrid on digitaalsed seadmed, mis kasutavad elektroonilise anduri (nn "termistori") tekitamiseks elektripinge. Kuna elektrivool liigub mööda traati, muutub selle elektriline takistus temperatuuri muutumisel. Seda takistuse muutust mõõtes saab temperatuuri arvutada.

Erinevalt nende klaasist ja bi-metallistest nõbudest on termoelektrilised termomeetrid vastupidavad, reageerivad kiiresti ja neid ei pea inimsilmad lugema, mis muudab need täiuslikuks automatiseeritud kasutamiseks. Seetõttu on nad automatiseeritud lennujaama ilmajaamade jaoks valitud termomeeter. (Riiklik ilmateenistus kasutab nende AWOS- ja ASOS-jaamade andmeid, et tuua teile teie praegune kohalik temperatuur.) Traadita isiklikud ilmajaamad kasutavad ka termoelektrilist tehnikat.

Infrapuna. Infrapunatermomeetrid on võimelised mõõtma temperatuuri vahemaa tagant, tuvastades, kui palju soojusenergiat (tollides) valgusspektri nähtamatu infrapuna lainepikkus) objekt eraldub ja temperatuuri arvutamisel alates seda. Infrapuna (IR) satelliidipildid- mis näitab kõrgeimat ja kõige külmemat pilved erkvalgena ja madalad soojad pilved hallina - võib mõelda omamoodi pilvetermomeetrina.

Nüüd, kui teate, kuidas termomeeter töötab, jälgige seda sel ajal iga päev tähelepanelikult, et näha, milline on kõrgeim ja madalaim õhutemperatuur.

• Srivastava, Gyan P. Pinna meteoroloogilised instrumendid ja mõõtmispraktikad. Uus Delhi: Atlandi ookean, 2008.