Jak teploměr měří teplotu vzduchu?

Jak je venku teplo? Jak bude dneska zima? Teploměr - přístroj používaný k měření vzduchu teplota—Začně nám to říká, ale jak nám to říká, je zcela jiná otázka.

Abychom pochopili, jak teploměr pracuje, musíme mít na paměti jednu věc z fyziky: že se tekutina rozšiřuje objem (množství prostoru, které zabírá), když se jeho teplota zahřeje, a objem klesá, když se jeho teplota ochlazuje.

Když je teploměr vystaven atmosféra, teplota okolního vzduchu ji pronikne a nakonec vyrovná teplotu teploměru vlastní - proces, jehož fantazijní vědecké jméno je „termodynamická rovnováha“. Pokud se teploměr a jeho vnitřní kapalina musí zahřát, aby dosáhly této rovnováhy, tekutina (která bude po zahřátí zabírat více prostoru) stoupne, protože je zachycena uvnitř úzké trubice a nemá kam jít ale nahoru. Podobně, pokud kapalina teploměru musí ochladit, aby dosáhla teploty vzduchu, kapalina se zmenší v objemu a spustí trubici dolů. Jakmile teplota teploměru vyrovná teplotu okolního vzduchu, tekutina se přestane pohybovat.

Fyzický vzestup a pád kapaliny uvnitř teploměru je pouze částí toho, co ji dělá. Ano, tato akce vám řekne, že dochází ke změně teploty, ale bez číselného měřítka, které by ji kvantifikovalo, byste nemohli měřit, co je to změna teploty. Tímto způsobem hrají teploty spojené se sklem teploměru klíčovou (byť pasivní) roli.

Pokud jde o otázku, kdo vynalezl teploměr, seznam jmen je nekonečný. Je to proto, že teploměr se vyvinul ze souboru myšlenek přes 16. až 18. století, počínaje koncem 1500. let, kdy Galileo Galilei vyvinul zařízení používající skleněnou trubici naplněnou vodou s váženými skleněnými bóji, které by vznášely vysoko v zkumavce nebo dřezu v závislosti na chladu nebo chladu vzduchu mimo něj (něco jako láva svítilna). Jeho vynález byl první „termoskop“ na světě.

Na počátku 16. století benátský vědec a přítel Galileo, Santorio, přidal měřítko k termostatu Galileo, aby bylo možné interpretovat hodnotu změny teploty. Přitom vynalezl první primitivní teploměr na světě. Teploměr nezískal tvar, který dnes používáme, dokud jej Ferdinando I de 'Medici v polovině 16. století nezměnil na uzavřenou trubici s baňkou a stopkou (a naplněnou alkoholem). Konečně ve dvacátých letech 20. století Fahrenheita vzal tento design a “zlepšil to” když on začal používat rtuť (místo alkoholu nebo vody) a připojil jeho vlastní teplotní stupnici k tomu. Použitím rtuti (která má nižší bod tuhnutí a jejíž expanze a kontrakce je viditelnější než voda nebo voda) Fahrenheitův teploměr umožnil pozorovat teploty pod bodem mrazu a přesnější měření pozorováno. A tak byl Fahrenheitův model přijat jako nejlepší.

Včetně skleněného teploměru Fahrenheita existují 4 hlavní typy teploměrů používaných k měření teploty vzduchu:

Tekutina ve skle. Také zvaný teploměry žárovek, tyto základní teploměry se stále používají v meteorologických stanicích Stevenson Screen po celé zemi Národní meteorologická služba Kooperativní pozorovatelé počasí při provádění denních pozorování maximální a minimální teploty. Jsou vyrobeny ze skleněné trubice („stonek“) s kulatou komorou („baňka“) na jednom konci, na které je umístěna kapalina použitá k měření teploty. Jak se teplota mění, objem kapaliny buď expanduje, což způsobuje, že stoupá do stonku; nebo se stahuje, což nutí, aby se zmenšilo zpět ze stonku směrem k žárovce.

Nesnáším, jak křehké jsou tyto staromódní teploměry? Jejich sklo je ve skutečnosti záměrně velmi tenké. Čím je sklo tenčí, tím méně materiálu prochází teplo nebo zima a čím rychleji kapalina reaguje na toto teplo nebo chlad - to znamená, že je méně zpoždění.

Bimetalický nebo pružinový. Teploměr číselníku namontovaný na vašem domě, stodole nebo na dvorku je typem bimetalového teploměru. (Dalším příkladem jsou také teploměry vaší trouby a ledničky a termostat pece.) Používá se proužek ze dvou různých kovů (obvykle z oceli a mědi), které se rozpínají různou rychlostí teploty. Dvě různé rychlosti expanze kovů nutí pás ohýbat se jednosměrně, pokud je zahříván nad jeho počáteční teplotu, a v opačném směru, pokud se ochladí pod ním. Teplota může být určena podle toho, jak se pás / cívka ohýbala.

Termoelektrický. Termoelektrické teploměry jsou digitální zařízení, která používají elektronický senzor (nazývaný "termistor") pro generování elektrické napětí. Jak elektrický proud putuje po drátu, jeho elektrický odpor se mění se změnou teploty. Měřením této změny odporu lze vypočítat teplotu.

Na rozdíl od jejich skleněných a bimetalických bratranců jsou termoelektrické teploměry odolné, rychle reagují a nemusí je číst lidské oči, což je činí ideálními pro automatické použití. Proto jsou zvoleným teploměrem pro automatizované letištní meteorologické stanice. (Národní meteorologická služba používá data z těchto stanic AWOS a ASOS, aby vám přinesla vaše aktuální místní teploty.) Bezdrátové osobní meteorologické stanice také používají termoelektrickou techniku.

Infračervený. Infračervené teploměry jsou schopny měřit teplotu na dálku detekováním množství tepelné energie (v neviditelnou infračervenou vlnovou délkou světelného spektra), kterou objekt vydává a vypočítává teplotu to. Infračervené (IR) satelitní snímky- které ukazují nejvyšší a nejchladnější mraky jako jasně bílé a nízké, teplé mraky jako šedé - lze považovat za jakýsi cloudový teploměr.

Nyní, když víte, jak teploměr funguje, pozorně sledujte každý den, abyste viděli, jaké budou vaše nejvyšší a nejnižší teploty vzduchu.

• Srivastava, Gyan P. Povrchové meteorologické nástroje a měřicí postupy. Nové Dillí: Atlantik, 2008.