Hvordan måler et termometer lufttemperaturen?

Hvor varmt er det ute? Hvor kaldt blir det i kveld? Et termometer - et instrument som brukes til å måle luft temperatur—Fortell forteller oss dette, men hvordan det forteller oss er et annet spørsmål helt.

For å forstå hvordan et termometer fungerer, må vi huske en ting fra fysikk: at en væske utvides inn volum (mengden plass det tar opp) når temperaturen varmer og synker i volum når temperaturen kjøler.

Når et termometer blir utsatt for atmosfæren, vil den omgivende lufts temperatur gjennomsyre den, til slutt balansere termometerets temperatur med sin egen - en prosess hvis fancy vitenskapelig navn er "termodynamisk likevekt." Hvis termometeret og den er inne i væske må varme for å nå denne likevekten, væsken (som vil ta mer plass når den varmes opp) vil stige fordi den er fanget inne i et smalt rør og har ingen steder å gå men opp. På samme måte, hvis termometerets væske må avkjøles for å nå luftens temperatur, vil væsken krympe i volum og senke røret. Når termometerets temperatur balanserer temperaturen i luften, vil væsken slutte å bevege seg.

Den fysiske økningen og fallet av væsken inne i et termometer er bare en del av det som får den til å fungere. Ja, denne handlingen forteller deg at det skjer en temperaturendring, men uten en numerisk skala for å tallfeste den, ville du ikke kunne måle hva temperaturendringen er. På denne måten spiller temperaturene som er festet til et termometerglass en viktig (om enn passiv) rolle.

Når det gjelder spørsmålet om hvem som oppfant termometeret, er listen over navn uendelig. Det er fordi termometeret utviklet seg fra en samling av ideer gjennom 1500- til 1700-tallet, og startet på slutten av 1500-tallet da Galileo Galilei utviklet en enhet ved bruk av et vannfylt glassrør med vektede glassbøyer som ville flyte høyt i røret eller vasken, avhengig av luftens varme eller kulde utenfor det (som en lava lampe). Oppfinnelsen hans var verdens første "termoskop."

På begynnelsen av 1600-tallet, venetiansk vitenskapsmann og venn til Galileo, Santorio, la en skala til Galileos termoskop, slik at verdien av temperaturendring kunne tolkes. Dermed oppfant han verdens første primitive termometer. Termometeret tok ikke formen vi bruker i dag før Ferdinando I de 'Medici redesignet det som et forseglet rør med en pære og stilk (og fylt med alkohol) på midten av 1600-tallet. Til slutt, på 1720-tallet, Fahrenheit tok dette designet og "bedret det" da han begynte å bruke kvikksølv (i stedet for alkohol eller vann) og festet sin egen temperaturskala til den. Ved å bruke kvikksølv (som har et lavere frysepunkt, og hvis ekspansjon og sammentrekning er mer synlig enn vann eller alkoholer), Fahrenheits termometer tillot temperaturer under frysepunktet å bli observert og mer presise målinger kunne være observert. Og slik ble Fahrenheits modell akseptert som den beste.

Inkludert Fahrenheits glasstermometer, er det fire hovedtyper av termometre som brukes til å ta lufttemperatur:

Væske-i-glass. Også kalt pæretermometre, disse grunnleggende termometrene brukes fremdeles i Stevenson Screen værstasjoner over hele landet av Nasjonalt værvesen Kooperative værobservatører når du tar de daglige maksimale og minimale temperaturobservasjonene. De er laget av et glassrør ("stilken") med et rundt kammer ("pæren") i den ene enden som inneholder væsken som brukes til å måle temperaturen. Når temperaturen endres, utvides væskevolumet enten, og får den til å klatre opp i stammen; eller trekker seg sammen, og tvinger den til å krympe ned igjen fra stammen mot pæren.

Hater hvor skjøre disse gammeldagse termometrene er? Glasset deres er faktisk laget veldig tynt med vilje. Jo tynnere glasset er, jo mindre materiale er det for at varmen eller kulden kan passere, og jo raskere væsken reagerer på den varmen eller kulden - det vil si at det er mindre etterslep.

Bi-metallisk eller fjær. Skivetermometeret montert på huset ditt, låven eller i hagen din er en type bi-metall termometer. (Ovne- og kjøleskapstermometre og ovntermostat er også andre eksempler.) Den bruker a stripe av to forskjellige metaller (vanligvis stål og kobber) som utvides med forskjellige hastigheter for å føle temperaturer. Metallens to forskjellige ekspansjonshastigheter tvinger stripen til å bøye en vei hvis den varmes opp over dens begynnelsestemperatur, og i motsatt retning hvis den er avkjølt under den. Temperaturen kan bestemmes av hvor mye stripen / spolen har bøyd.

Termo. Termoelektriske termometre er digitale enheter som bruker en elektronisk sensor (kalt en "termistor") for å generere en elektrisk spenning. Når den elektriske strømmen beveger seg langs en ledning, vil dens elektriske motstand endre seg når temperaturen endres. Ved å måle denne endringen i motstand kan temperaturen beregnes.

I motsetning til glass og bi-metalliske søskenbarn, er termoelektriske termometre robuste, reagerer raskt og trenger ikke å leses av menneskelige øyne, noe som gjør dem perfekte for automatisert bruk. Derfor er de det valgte termometeret for automatiserte værstasjoner på flyplassen. (Nasjonalt værtjeneste bruker data fra disse AWOS- og ASOS-stasjonene for å gi deg lokale temperaturer.) Trådløse personlige værstasjoner bruker også termoelektrisk teknikk.

Infrarød. Infrarøde termometre er i stand til å måle temperaturen på avstand ved å registrere hvor mye varmeenergi (i den usynlige infrarøde bølgelengden til lysspekteret) en gjenstand avgir og beregner en temperatur fra den. Infrarødt (IR) satellittbilde—Som viser det høyeste og kaldeste skyer som et lyst hvitt og lave, varme skyer som grått - kan tenkes som et slags skytermometer.

Nå som du vet hvordan et termometer fungerer, se nøye på disse tidspunktene hver dag for å se hva din høyeste og laveste lufttemperatur vil være.

• Srivastava, Gyan P. Overflate meteorologiske instrumenter og målepraksis. New Delhi: Atlantic, 2008.