Как термометр измеряет температуру воздуха?

Насколько тепло на улице? Как холодно будет сегодня вечером? Термометр - инструмент для измерения воздуха температура- легко говорит нам об этом, но как это говорит нам, это совсем другой вопрос.

Чтобы понять, как работает термометр, нам нужно помнить одну вещь из физики: что жидкость расширяется в объем (количество места, которое он занимает), когда его температура нагревается и уменьшается в объеме, когда его температура остывает.

Когда термометр подвергается воздействию атмосфератемпература окружающего воздуха будет проникать сквозь него, в конечном итоге уравновешивая температуру термометра с его собственной - процесс, который Необычное научное название - «термодинамическое равновесие». Если термометр и внутри него жидкость должна нагреться, чтобы достичь этого равновесия, жидкость (которая при нагревании будет занимать больше места) поднимется, потому что она заперта в узкой трубе и ей некуда идти но до. Аналогично, если жидкость термометра должна охладиться, чтобы достичь температуры воздуха, жидкость уменьшится в объеме и опустится вниз по трубке. Как только температура термометра уравновесит температуру окружающего воздуха, его жидкость перестанет двигаться.

Физический взлет и падение жидкости внутри термометра - только часть того, что заставляет его работать. Да, это действие говорит о том, что происходит изменение температуры, но без числовой шкалы для ее количественного определения вы не сможете измерить только то, что такое изменение температуры. Таким образом, температура, прикрепленная к стеклу термометра, играет ключевую (хотя и пассивную) роль.

Когда речь заходит о том, кто изобрел термометр, список имен бесконечен. Это потому, что термометр развивался из сборника идей в XVI-XVIII веках, начиная с конца 1500-х годов, когда Галилео Галилей разработал устройство, использующее стеклянную трубку, наполненную водой, с утяжеленными стеклянными буями, которые будут плавать высоко в трубе или раковине в зависимости от температуры или холода воздуха снаружи (вроде как лава лампа). Его изобретение было первым в мире "термоскопом".

В начале 1600-х годов венецианский ученый и друг ГалилеоСанторио добавил шкалу к термоскопу Галилея, чтобы можно было интерпретировать значение изменения температуры. При этом он изобрел первый в мире примитивный термометр. Термометр не приобрел форму, которую мы используем сегодня, пока Фердинандо I Медичи не переделал его в герметичную трубку с луковицей и ножкой (и наполненными спиртом) в середине 1600-х годов. Наконец, в 1720-х годах Фаренгейт взял этот дизайн и «улучшил его», когда начал использовать ртуть (вместо спирта или воды) и привязал к ней свою собственную температурную шкалу При использовании ртути (которая имеет более низкую точку замерзания и чье расширение и сжатие более заметны, чем у воды или спиртовой термометр Фаренгейта позволял наблюдать температуры ниже нуля и проводить более точные измерения наблюдаемый. Итак, модель Фаренгейта была признана лучшей.

В том числе стеклянный термометр Фаренгейта, есть 4 основных типа термометров, используемых для измерения температуры воздуха:

Жидкостные стекла. Также называется ламповые термометрыэти основные термометры до сих пор используются в метеостанциях Stevenson Screen по всей стране Национальная служба погоды Совместные наблюдатели погоды при проведении ежедневных наблюдений максимальной и минимальной температуры. Они сделаны из стеклянной трубки («стебель») с круглой камерой («колбой») на одном конце, в которой находится жидкость, используемая для измерения температуры. По мере изменения температуры объем жидкости либо увеличивается, вызывая ее подъем в ствол; или сжимается, заставляя его сжиматься обратно вниз от ствола к луковице.

Ненавижу, насколько хрупки эти старомодные термометры? Их стекло специально сделано очень тонким. Чем тоньше стекло, тем меньше материала для прохождения тепла или холода, и тем быстрее жидкость реагирует на это тепло или холод - то есть меньше задержка.

Биметаллический или пружинный. Циферблатный термометр, установленный на вашем доме, сарае или на заднем дворе, представляет собой биметаллический термометр. (Ваши термометры для духовки и холодильника и термостат для печи также являются другими примерами.) полоса двух разных металлов (обычно стали и меди), которые расширяются с разной скоростью температуры. Две разные скорости расширения металлов заставляют полосу изгибаться в одну сторону, если она нагревается выше ее начальной температуры, и в противоположном направлении, если она охлаждается ниже ее. Температура может быть определена тем, насколько согнута полоса / катушка.

Термоэлектрический. Термоэлектрические термометры - это цифровые устройства, которые используют электронный датчик (называемый «термистор») для генерации электрическое напряжение. Когда электрический ток проходит по проводу, его электрическое сопротивление будет меняться при изменении температуры. Измеряя это изменение сопротивления, можно рассчитать температуру.

В отличие от своих стеклянных и биметаллических собратьев, термоэлектрические термометры прочны, быстро реагируют и не требуют считывания человеческими глазами, что делает их идеальными для автоматического использования. Вот почему они выбирают термометр для автоматизированных метеостанций в аэропортах. (Национальная метеорологическая служба использует данные этих станций AWOS и ASOS, чтобы узнать текущие локальные температуры.) Беспроводные персональные метеостанции также используют термоэлектрическую технику.

Инфракрасный. Инфракрасные термометры способны измерять температуру на расстоянии, определяя, сколько тепловой энергии (в невидимая инфракрасная длина волны светового спектра) объект излучает и вычисляет температуру из Это. Инфракрасные (ИК) спутниковые снимки- который показывает самый высокий и самый холодный облака как ярко-белые, а низкие, теплые облака, как серые, - можно рассматривать как своего рода облачный термометр.

Теперь, когда вы знаете, как работает термометр, внимательно следите за этим в это время каждый день, чтобы увидеть, какой будет ваша самая высокая и самая низкая температура воздуха.

• Шривастава, Гьян П. Поверхностные метеорологические приборы и методы измерений. Нью-Дели: Атлантика, 2008.