Kā termometrs mēra gaisa temperatūru?

Cik silts ir ārā? Cik auksts būs šovakar? Termometrs - instruments, ko izmanto gaisa mērīšanai temperatūra—Vienkārši mums to pasaka, bet tas, kā tas mums saka, ir pavisam cits jautājums.

Lai saprastu, kā darbojas termometrs, mums no fizikas jāpatur prātā viena lieta: šķidrums izplešas iekšā tilpums (aizņemtais telpas daudzums), kad tā temperatūra sasilda, un, temperatūrai pazeminoties, tas samazinās atdziest.

Kad termometrs tiek pakļauts atmosfēra, apkārtējā gaisa temperatūra to caurstrāvos, galu galā līdzsvarojot termometra temperatūru ar savu - procesu, kura iedomātais zinātniskais nosaukums ir "termodinamiskais līdzsvars". Ja termometram un tā iekšējam šķidrumam ir jāsasilda, lai sasniegtu šo līdzsvaru, šķidrums (kas siltākajā vietā aizņems vairāk vietas) celsies, jo tas ir ieslodzīts šaurā mēģenē un nekur neiet bet uz augšu. Tāpat, ja termometra šķidrumam vajadzētu atdzist, lai sasniegtu gaisa temperatūru, šķidrums sarūk apjomā un nolaižas caurulē. Tiklīdz termometra temperatūra sabalansēs apkārtējā gaisa temperatūru, tā šķidrums pārstāj kustēties.

Fiziskais šķidruma pieaugums un kritums termometra iekšpusē ir tikai daļa no tā, kas liek tam darboties. Jā, šī darbība jums saka, ka notiek temperatūras izmaiņas, taču bez skaitliskas skalas, lai to izmērītu, jūs nevarētu izmērīt tikai to, kāda ir temperatūras maiņa. Tādā veidā galvenā (kaut arī pasīvā) loma ir temperatūrai, kas piestiprināta pie termometra stikla.

Jautājumā par to, kurš izgudroja termometru, vārdu saraksts ir bezgalīgs. Tas ir tāpēc, ka termometrs ir izveidots no ideju apkopojuma 16. līdz 18. gadsimtā, sākot ar 1500. gadu beigām, kad Galileo Galilei izstrādāja ierīci, izmantojot ūdens piepildītu stikla cauruli ar svērtām stikla bojām, kas varētu peldēt augstu caurulē vai izlietnē atkarībā no gaisa karstuma vai aukstuma ārpus tā (tāda kā lava lampa). Viņa izgudrojums bija pasaulē pirmais "termoskops".

1600. gadu sākumā Venēcijas zinātnieks un draugs Galileo, Santorio, Galileo termoskopam pievienoja skalu, lai varētu interpretēt temperatūras izmaiņu vērtību. To darot, viņš izgudroja pasaulē pirmo primitīvo termometru. Termometrs neieņēma mūsdienās izmantoto formu, līdz 1600. gadu vidū Ferdinando I de 'Medici to pārveidoja par aizzīmogotu caurulīti ar spuldzi un kātu (un piepildītu ar spirtu). Visbeidzot, 1720. gados Farenheits paņēma šo dizainu un "bettered to", kad viņš sāka lietot dzīvsudrabu (alkohola vai ūdens vietā) un piestiprināja tam savu temperatūras skalu. Izmantojot dzīvsudrabu (kam ir zemāks sasalšanas punkts un kura izplešanās un saraušanās ir redzamāka nekā ūdens vai spirta), Fārenheita termometrs ļāva novērot temperatūru zem sasalšanas un veikt precīzākus mērījumus novērotā. Un tā, Fahrenheita modelis tika pieņemts kā labākais.

Ieskaitot Fahrenheita stikla termometru, ir 4 galvenie termometru veidi, kurus izmanto gaisa temperatūru ņemšanai:

Stikla šķidrums. Ko sauc arī par spuldzes termometri, šie pamata termometri joprojām tiek izmantoti Stīvensona Ezera laika stacijās visā valstī Nacionālais laika dienests Laika novērotāji, kas sadarbojas, veicot ikdienas maksimālās un minimālās temperatūras novērojumus. Tie ir izgatavoti no stikla caurules ("kāta") ar apaļu kameru ("spuldzi") vienā galā, kurā atrodas šķidrums, ko izmanto temperatūras mērīšanai. Mainoties temperatūrai, šķidruma tilpums vai nu paplašinās, liekot tam uzkāpt kātā; vai līgumi, piespiežot to samazināties atpakaļ no kāta virzienā uz spuldzi.

Ienīstu, cik trausli ir šie vecmodīgie termometri? Viņu stikls patiesībā ir izgatavots ļoti plāns. Jo plānāks ir stikls, jo mazāk materiāla ir, lai cauri izkļūtu karstums vai aukstums, un jo ātrāk šķidrums reaģē uz šo karstumu vai aukstumu, tas ir, tur ir mazāk nobīdes.

Divmetāla vai atspere. Iezvanes termometrs, kas uzstādīts uz jūsu mājas, kūtī vai jūsu sētā, ir divu metālu termometra tips. (Arī jūsu cepeškrāsns un ledusskapja termometri un krāsns termostats ir citi piemēri.) Tas izmanto a divu dažādu metālu (parasti tērauda un vara) sloksne, kas izplešas ar dažādu ātrumu, lai saprastu temperatūras. Metālu divi atšķirīgie izplešanās ātrumi liek sloksnei saliekties vienā virzienā, ja tā tiek uzkarsēta virs sākotnējās temperatūras, un pretējā virzienā, ja to atdzesē zemāk. Temperatūru var noteikt pēc sloksnes / spoles saliekuma.

Termoelektrisks. Termoelektriskie termometri ir digitālās ierīces, kuras izmanto elektronisku sensoru (sauktu par “termistoru”), lai ģenerētu elektriskais spriegums. Tā kā elektriskā strāva pārvietojas pa vadu, tā elektriskā pretestība mainīsies, mainoties temperatūrai. Izmērot šīs pretestības izmaiņas, var aprēķināt temperatūru.

Atšķirībā no stikla un divmetāla brālēniem, termoelektriskie termometri ir izturīgi, ātri reaģē un cilvēka acis tos nenolasa, tāpēc tie ir lieliski piemēroti automatizētai lietošanai. Tāpēc viņi ir automātiskais lidostu laika staciju izvēlētais termometrs. (Nacionālais laika dienests izmanto datus no šīm AWOS un ASOS stacijām, lai parādītu jūsu pašreizējo vietējo temperatūru.) Personīgās bezvadu laika stacijas izmanto arī termoelektrisko tehniku.

Infrasarkanais. Infrasarkanie termometri spēj izmērīt temperatūru no attāluma, nosakot siltumenerģijas daudzumu (collas) gaismas spektra neredzamo infrasarkano viļņu garumu) objekts izdala un aprēķina temperatūru no tā. Infrasarkanā (IR) satelītattēli—Kas parāda visaugstāko un aukstāko mākoņi kā spilgti balti un zemi, silti mākoņi kā pelēki - var uzskatīt par sava veida mākoņu termometru.

Tagad, kad jūs zināt, kā darbojas termometrs, katru dienu uzmanīgi vērojiet to šajos laikos, lai redzētu, kāda būs jūsu augstākā un zemākā gaisa temperatūra.

• Srivastava, Gyan P. Virszemes meteoroloģiskie instrumenti un mērīšanas prakse. Deli: Atlantijas okeāns, 2008. gads.