In che modo un termometro misura la temperatura dell'aria?

Quanto è caldo fuori? Che freddo farà stasera? Un termometro - uno strumento utilizzato per misurare l'aria temperatura—Facilmente ci dice questo, ma come ci dice è un'altra domanda del tutto.

Per capire come funziona un termometro, dobbiamo tenere a mente una cosa dalla fisica: in cui si espande un liquido volume (la quantità di spazio che occupa) quando la sua temperatura si riscalda e diminuisce di volume quando la sua temperatura si raffredda.

Quando viene esposto un termometro l'atmosfera, la temperatura dell'aria circostante la permeerà, eventualmente bilanciando la temperatura del termometro con la sua — un processo il cui fantasia nome scientifico è "equilibrio termodinamico". Se il termometro e il suo liquido interno devono riscaldarsi per raggiungere questo equilibrio, il liquido (che occuperà più spazio quando riscaldato) aumenterà perché è intrappolato all'interno di un tubo stretto e non ha nessun posto dove andare ma su. Allo stesso modo, se il liquido del termometro deve raffreddarsi per raggiungere la temperatura dell'aria, il liquido si ridurrà di volume e abbasserà il tubo. Una volta che la temperatura del termometro equilibra quella dell'aria circostante, il suo liquido smetterà di muoversi.

L'ascesa e la caduta fisiche del liquido all'interno di un termometro sono solo una parte di ciò che lo fa funzionare. Sì, questa azione ti dice che si sta verificando un cambiamento di temperatura, ma senza una scala numerica per quantificarlo, non saresti in grado di misurare esattamente quale sia il cambiamento di temperatura. In questo modo, le temperature fissate al vetro di un termometro svolgono un ruolo chiave (sebbene passivo).

Quando si tratta di chi ha inventato il termometro, l'elenco dei nomi è infinito. Questo perché il termometro si è sviluppato da una raccolta di idee tra il XVI e il XVIII secolo, a partire dalla fine del 1500 quando Galileo Galilei ha sviluppato un dispositivo usando un tubo di vetro riempito d'acqua con boe di vetro ponderate che galleggiavano in alto nel tubo o nel lavandino a seconda del calore o della freddezza dell'aria al di fuori di esso (una specie di lava lampada). La sua invenzione fu il primo "termoscopio" al mondo.

All'inizio del 1600, scienziato veneziano e amico di Galileo, Santorio, aggiunse una scala al termoscopio di Galileo in modo che il valore del cambiamento di temperatura potesse essere interpretato. In tal modo, ha inventato il primo termometro primitivo al mondo. Il termometro non assunse la forma che usiamo oggi fino a quando Ferdinando I de 'Medici lo riprogettò come un tubo sigillato con un bulbo e uno stelo (e riempito con alcool) a metà del 1600. Infine, negli anni 1720, Fahrenheit prese questo progetto e lo "migliorò" quando iniziò a usare mercurio (invece di alcool o acqua) e vi fissò la propria scala di temperatura. Usando il mercurio (che ha un punto di congelamento più basso e la cui espansione e contrazione è più visibile di quella dell'acqua o alcol), il termometro di Fahrenheit ha permesso di osservare temperature inferiori allo zero e di misurazioni più precise osservato. E così, il modello di Fahrenheit è stato accettato come il migliore.

Compreso il termometro in vetro Fahrenheit, ci sono 4 tipi principali di termometri usati per misurare la temperatura dell'aria:

A liquido in vetro. Chiamato anche termometri a bulbo, questi termometri di base sono ancora utilizzati nelle stazioni meteorologiche di Stevenson Screen a livello nazionale Servizio meteorologico nazionale Osservatori meteorologici cooperativi quando effettuano le osservazioni giornaliere di temperatura massima e minima. Sono fatti di un tubo di vetro (lo "stelo") con una camera rotonda (il "bulbo") ad un'estremità che ospita il liquido utilizzato per misurare la temperatura. Quando la temperatura cambia, il volume del liquido si espande, facendolo salire nello stelo; o si contrae, costringendolo a ridursi giù dallo stelo verso il bulbo.

Odio quanto sono fragili questi termometri vecchio stile? Il loro vetro è in realtà reso molto sottile di proposito. Più sottile è il vetro, meno materiale c'è per il passaggio del calore o del freddo, e più rapidamente il liquido risponde a quel caldo o freddo, cioè c'è meno ritardo.

Bi-metallico o a molla. Il termometro a quadrante montato sulla tua casa, fienile o nel tuo cortile è un tipo di termometro bimetallico. (Anche i termometri del forno e del frigorifero e il termostato del forno sono altri esempi.) Utilizza a striscia di due metalli diversi (solitamente acciaio e rame) che si espandono a velocità diverse per rilevare temperature. Le due diverse velocità di espansione dei metalli costringono la striscia a piegarsi in un modo se riscaldata al di sopra della sua temperatura iniziale e nella direzione opposta se raffreddata al di sotto di essa. La temperatura può essere determinata da quanto la striscia / bobina si è piegata.

Termoelettrico. I termometri termoelettrici sono dispositivi digitali che utilizzano un sensore elettronico (chiamato "termistore") per generare un tensione elettrica. Mentre la corrente elettrica viaggia lungo un filo, la sua resistenza elettrica cambierà al variare della temperatura. Misurando questo cambiamento di resistenza è possibile calcolare la temperatura.

A differenza dei loro cugini di vetro e bimetallici, i termometri termoelettrici sono robusti, rispondono rapidamente e non devono essere letti dagli occhi umani, il che li rende perfetti per l'uso automatizzato. Ecco perché sono il termometro di scelta per le stazioni meteorologiche automatizzate dell'aeroporto. (Il servizio meteorologico nazionale utilizza i dati di queste stazioni AWOS e ASOS per fornire le temperature locali attuali.) Le stazioni meteorologiche personali wireless utilizzano anche la tecnica termoelettrica.

Infrarossi. I termometri a infrarossi sono in grado di misurare la temperatura a distanza rilevando quanta energia termica (in la lunghezza d'onda dell'infrarosso invisibile dello spettro luminoso) da cui un oggetto emette e calcolando una temperatura esso. Immagini satellitari a infrarossi (IR)—Che mostra il più alto e il più freddo nuvole come un bianco brillante e nuvole basse e calde come il grigio - può essere pensato come una sorta di termometro per nuvole.

Ora che sai come funziona un termometro, osservalo attentamente in questi orari ogni giorno per vedere quali saranno le tue temperature dell'aria più alte e più basse.

• Srivastava, Gyan P. Strumenti meteorologici di superficie e pratiche di misurazione. Nuova Delhi: Atlantico, 2008.