Kuinka lämpömittari mittaa ilman lämpötilaa?

Kuinka lämmin se on ulkona? Kuinka kylmä on tänään? Lämpömittari - instrumentti, jota käytetään ilman mittaamiseen lämpötila- kertoo meille helposti, mutta miten se kertoo meille, on toinen kysymys kokonaan.

Ymmärtääksesi kuinka lämpömittari toimii, meidän on pidettävä fysiikan mielessä yksi asia: että neste laajenee sisään tilavuus (tilaa vievä määrä), kun sen lämpötila lämpenee ja tilavuus laskee lämpötilan ollessa jäähtyy.

Kun lämpömittari altistetaan ilmakehä, ympäröivän ilman lämpötila tunkeutuu siihen, tasapainottaen lopulta lämpömittarin lämpötila omalla - prosessilla, jonka fancy tieteellinen nimi on "termodynaaminen tasapaino". Jos lämpömittarin ja sen sisällä olevan nesteen täytyy lämmetä saavuttaa tämä tasapaino, neste (joka vie enemmän tilaa lämmitettäessä) nousee, koska se on juuttunut kapean putken sisäpuolelle eikä siinä ole minnekään mennä mutta ylöspäin. Samoin, jos lämpömittarin nesteen täytyy jäähtyä ilman lämpötilan saavuttamiseksi, neste kutistuu tilavuudessa ja laskee putkea alaspäin. Kun lämpömittarin lämpötila tasapainottaa ympäröivän ilman lämpötilan, sen neste lakkaa liikkumasta.

Nesteen fyysinen nousu ja lasku lämpömittarin sisällä on vain osa sitä, mikä saa sen toimimaan. Kyllä, tämä toimenpide kertoo lämpötilan muutoksen tapahtuvan, mutta ilman numeerista asteikkoa sen kvantifioimiseksi et voisi mitata lämpötilan muutosta. Tällä tavalla lämpömittarin lasiin kiinnitetyt lämpötilat ovat avainasemassa (vaikkakin passiivisia).

Kysymys siitä, kuka keksi lämpömittarin, nimilista on loputon. Tämä johtuu siitä, että lämpömittari on kehittynyt ideoiden kokoamisesta 16.-18. Vuosisatojen ajan 1500-luvun lopulla, kun Galileo Galilei kehitti laitteen, joka käytti vesitäytettyä lasiputkea, jossa oli painotetut lasipojat, jotka kelluisivat korkealle putkeen tai pesualtaaseen sen ulkopuolella olevan ilman kuumasta tai kylmästä riippuen (tavallaan kuin laava lamppu). Hänen keksintönsä oli maailman ensimmäinen "termoskooppi".

1600-luvun alkupuolella venetsialainen tiedemies ja ystävä galileo, Santorio, lisäsi asteikon Galileon termoskooppiin, jotta lämpötilan muutoksen arvo voitaisiin tulkita. Hän keksi näin maailman ensimmäisen primitiivisen lämpömittarin. Lämpömittari ei ottanut muotoa, jota käytämme tänään, kunnes Ferdinando I de 'Medici suunnitteli sen uudelleen suljetuksi putkeeksi, jossa oli polttimo ja varsi (ja alkoholilla täytetty) 1600-luvun puolivälissä. Lopuksi, 1720-luvulla Fahrenheit otti tämän mallin ja "paransi sitä", kun hän alkoi käyttää elohopeaa (alkoholin tai veden sijasta) ja kiinnitti siihen oman lämpötila-asteikon. Käyttämällä elohopeaa (jolla on alhaisempi jäätymispiste ja jonka laajeneminen ja supistuminen ovat näkyvämpiä kuin vesi tai alkoholit), Fahrenheitin lämpömittari sallii jäätymisen alapuolella olevien lämpötilojen tarkkailun ja tarkempien mittausten tekemisen havaittu. Ja niin Fahrenheitin malli hyväksyttiin parhaaksi.

Fahrenheitin lasilämpömittari mukaan lukien, on 4 päätyyppiä lämpömittareita, joita käytetään ottamaan ilman lämpötilaa:

Neste-in-lasi. Kutsutaan myös polttolämpömittarit, näitä peruslämpömittareita käytetään edelleen Stevenson Screenin sääasemilla valtakunnallisesti Kansallinen sääpalvelu Yhteistyössä toimivat säähavaitsijat ottaessaan päivittäiset korkeimman ja alimman lämpötilan havainnot. Ne on valmistettu lasiputkesta ("varsi"), jonka toisessa päässä on pyöreä kammio ("polttimo"), jossa on lämpötilan mittaamiseen käytetty neste. Lämpötilan muuttuessa nesteen tilavuus joko kasvaa, aiheuttaen sen kiipeämisen varteen; tai supistuu, pakottaen sen kutistumaan takaisin alas varresta kohti polttimoa.

Vihaat kuinka hauraita nämä vanhanaikaiset lämpömittarit ovat? Heidän lasi on itse asiassa tehty hyvin ohueksi tarkoitukseen. Mitä ohuempi on lasi, sitä vähemmän materiaalia on lämmön tai kylmän läpi kulkemiseen, ja mitä nopeammin neste reagoi tuon lämmön tai kylmän kanssa - ts. Vähemmän viivettä on.

Bi-metalli tai jousi. Taloon, navettaan tai takapihalle asennettu valintamittari on eräänlainen biometalilämpömittari. (Uunin ja jääkaapin lämpömittarit ja uunitermostaatti ovat myös muita esimerkkejä.) Se käyttää a kaista eri metallia (yleensä terästä ja kuparia), jotka laajenevat eri tavoin tuntuvasti lämpötiloissa. Metallien kaksi erilaista laajenemisnopeutta pakottavat nauhan taipumaan yhteen suuntaan, kun sitä kuumennetaan alkuperäisen lämpötilan yläpuolelle, ja vastakkaiseen suuntaan, jos se jäähdytetään sen alapuolelle. Lämpötila voidaan määrittää sen perusteella, kuinka paljon nauha / kela on taipunut.

Lämpösähkö. Termoelektriset lämpömittarit ovat digitaalisia laitteita, jotka käyttävät elektronista anturia (nimeltään "termistori") sähköjännite. Sähkövirran kulkiessa lankaa pitkin, sen sähköinen vastus muuttuu lämpötilan muuttuessa. Mittaamalla tämä vastusmuutos lämpötila voidaan laskea.

Toisin kuin lasiset ja biometalliset serkut, termoelektriset lämpömittarit ovat kestäviä, reagoivat nopeasti eikä ihmisten tarvitse lukea niitä, mikä tekee niistä täydellisen automaattikäyttöön. Siksi he ovat valittu lämpömittari automatisoiduille lentokentän sääasemille. (Kansallinen sääpalvelu käyttää näiden AWOS- ja ASOS-asemien tietoja tuodaksesi sinulle nykyisen paikallisen lämpötilan.) Langattomat henkilökohtaiset sääasemat käyttävät myös lämpöä.

Infrapuna. Infrapunalämpömittarit pystyvät mittaamaan lämpötilaa etäältä havaitsemalla kuinka paljon lämpöenergiaa (tuumina) (valospektrin näkymätön infrapuna-aallonpituus) esine antaa ja laskee lämpötilan se. Infrapuna (IR) satelliittikuvat- joka näyttää korkeimman ja kylmän pilviä kirkkaana valkoisena ja matalina, lämpiminä pilvinä kuin harmaaina - voidaan ajatella eräänlaisena pilvilämpömittarina.

Nyt kun tiedät kuinka lämpömittari toimii, tarkkaile sitä tarkkaan näinä aikoina joka päivä, nähdäksesi mikä on korkein ja matalin ilman lämpötila.

• Srivastava, Gyan P. Pintameteorologiset instrumentit ja mittauskäytännöt. Uusi Delhi: Atlantic, 2008.