Hvordan måler et termometer lufttemperaturen?

Andreas Müller / EyeEm / Getty Images

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

For å forstå hvordan et termometer fungerer, må vi huske på én ting fra fysikken: at en væske utvider seg i volum (mengden plass den tar opp) når temperaturen varmes opp og synker i volum når temperaturen avkjøles.

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

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

Hvem oppfant det: Fahrenheit eller Galileo?

Når det kommer til 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 som bruker et vannfylt glassrør med vektede glassbøyer som ville flyte høyt i røret eller synke avhengig av hvor varmt eller kaldt luften er utenfor (som en lavalampe). Oppfinnelsen hans var verdens første 'termoskop.'

På begynnelsen av 1600-tallet, venetiansk vitenskapsmann og venn til Galileo , Santorio, la til en skala til Galileos termoskop slik at verdien av temperaturendringer kunne tolkes. Ved å gjøre det oppfant han verdens første primitive termometer. Termometeret fikk ikke den 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 'bedre 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 alkohol), tillot Fahrenheits termometer at temperaturer under frysepunktet ble observert og mer presise målinger ble observert. Og så ble Fahrenheits modell akseptert som den beste.

Hva slags værtermometer bruker du?

Inkludert Fahrenheits glasstermometer, er det 4 hovedtyper termometre som brukes til å ta lufttemperaturer:

Væske i glass. Også kalt pære termometre , disse grunnleggende termometrene brukes fortsatt i Stevenson Screen værstasjoner over hele landet av Nasjonal værtjeneste Kooperative værobservatører når de tar de daglige maksimums- og minimumstemperaturobservasjonene. De er laget av et glassrør ('stammen') med et rundt kammer ('pæren') i den ene enden som rommer væsken som brukes til å måle temperaturen. Når temperaturen endres, utvider væskevolumet seg, noe som får den til å klatre opp i stilken; eller trekker seg sammen, og tvinger den til å krympe ned igjen fra stilken 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 varmen eller kulden å passere gjennom, og jo raskere reagerer væsken på den varmen eller kulden - det vil si at det er mindre etterslep.

Bimetallisk eller fjær. Skivetermometeret montert på huset ditt, låven eller i hagen din er en type bimetalltermometer. (Din ovns- og kjøleskapstermometre og ovnstermostaten er også andre eksempler.) Den bruker en stripe av to forskjellige metaller (vanligvis stål og kobber) som ekspanderer med forskjellige hastigheter for å registrere temperaturer. Metallenes to forskjellige ekspansjonshastigheter tvinger båndet til å bøye seg én vei hvis det varmes opp over starttemperaturen, og i motsatt retning hvis det avkjøles under det. Temperaturen kan bestemmes av hvor mye stripen/spolen har bøyd.

Termoelektrisk. 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 endres når temperaturen endres. Ved å måle denne endringen i motstand kan temperaturen beregnes.

I motsetning til deres glass- og bimetall-fettere er termometre robuste, reagerer raskt og trenger ikke å leses av menneskelige øyne, noe som gjør dem perfekte for automatisert bruk. Det er derfor de er det foretrukne termometeret for automatiserte flyplass-værstasjoner. (The National Weather Service bruker data fra disse AWOS- og ASOS-stasjonene for å gi deg gjeldende lokale temperaturer.) Trådløse personlige værstasjoner bruker også den termoelektriske teknikken.

Infrarød. Infrarøde termometre er i stand til å måle temperaturen på avstand ved å oppdage hvor mye varmeenergi (i lysspekterets usynlige infrarøde bølgelengde) et objekt avgir og beregne en temperatur ut fra det. Infrarøde (IR) satellittbilder —som viser høyest og kaldest skyer som en knallhvit, og lave, varme skyer som grå – kan tenkes på som et slags skytermometer.

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

Kilder:

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