Hvor varm er det udenfor? Hvor koldt vil det være i aften? Et termometer - et instrument, der bruges til at måle luft temperatur- fortæller os let dette, men hvordan det fortæller os er et andet spørgsmål helt.
For at forstå, hvordan et termometer fungerer, er vi nødt til at holde en ting i tankerne fra fysik: at en væske ekspanderer ind volumen (mængden af plads, det tager), når dens temperatur varmer og falder i volumen, når dens temperatur Cools.
Når et termometer udsættes for atmosfæren, vil den omgivende lufts temperatur gennemtrænge den og til sidst afbalancere termometerets temperatur med sin egen - en proces, hvis fancy videnskabeligt navn er "termodynamisk ligevægt." Hvis termometeret og dets indvendige væske skal varme for at nå denne ligevægt, væsken (som vil tage mere plads, når den opvarmes) stiger, fordi den er fanget inde i et smalt rør og ikke har nogen steder at gå men op. Ligeledes, hvis termometerets væske skal køle for at nå luftens temperatur, vil væsken krympe i volumen og sænke røret ned. Når termometerets temperatur afbalancerer temperaturen i den omgivende luft, stopper dens væske med at bevæge sig.
Den fysiske stigning og fald af væsken inde i et termometer er kun en del af, hvad der får den til at fungere. Ja, denne handling fortæller dig, at der sker en temperaturændring, men uden en numerisk skala for at kvantificere den, ville du ikke være i stand til at måle, hvad temperaturændringen er. På denne måde spiller temperaturerne på et termometerglas en nøgle (omend passiv) rolle.
Hvem opfandt det: Fahrenheit eller Galileo?
Når det kommer til spørgsmålet om, hvem der opfandt termometeret, er listen over navne uendelig. Det skyldes, at termometeret udviklede sig fra en samling af ideer gennem det 16. til det 18. århundrede, startende i slutningen af 1500-tallet, hvor Galileo Galilei udviklede en enhed ved hjælp af et vandfyldt glasrør med vægtede glasbøjer, der ville flyde højt i røret eller vasken afhængigt af luftens varme eller koldhed uden for det (som en lava lampe). Hans opfindelse var verdens første "termoskop."
I begyndelsen af 1600-tallet, venetiansk videnskabsmand og ven til Galileo, Santorio, føjede en skala til Galileos termoskop, så værdien af temperaturændring kunne fortolkes. Dermed opfandt han verdens første primitive termometer. Termometeret tog ikke den form, vi bruger i dag, før Ferdinando I de 'Medici redesignede det som et forseglet rør med en pære og stilk (og fyldt med alkohol) i midten af 1600-tallet. Endelig i 1720'erne, Fahrenheit tog dette design og "forbedrede det", da han begyndte at bruge kviksølv (i stedet for alkohol eller vand) og fastgjorde sin egen temperaturskala til det. Ved at bruge kviksølv (som har et lavere frysepunkt, og hvis ekspansion og sammentrækning er mere synlig end vand eller alkoholer), Fahrenheit's termometer gjorde det muligt at observere temperaturer under frysning og mere præcise målinger kunne være observeret. Og så blev Fahrenheit's model accepteret som den bedste.
Hvilken slags vejrtermometer bruger du?
Inklusive Fahrenheits glastermometer er der fire hovedtyper af termometre, der bruges til at tage lufttemperaturer:
Væske-i-glas. Også kaldet pære termometre, disse grundlæggende termometre bruges stadig i Stevenson Screen vejrstationer landsdækkende af National Vejretjeneste Kooperative vejrobservatører, når de daglige maksimale og minimale temperaturobservationer tages. De er lavet af et glasrør ("stilken") med et rundt kammer ("pæren") i den ene ende, der huser væsken, der bruges til at måle temperaturen. Når temperaturen ændrer sig, udvides væskemængden enten, hvilket får den til at klatre op i stammen; eller kontrakter, der tvinger den til at skrumpe ned ud af stilken mod pæren.
Hater, hvor skrøbelige disse gammeldags termometre er? Deres glas er faktisk lavet meget tyndt med vilje. Jo tyndere glas, jo mindre materiale er der for varme eller kulde at passere, og jo hurtigere reagerer væsken på den varme eller kolde - det vil sige, der er mindre forsinkelse.
Bi-metallisk eller forår. Skivetermometeret monteret på dit hus, lade eller i din baghave er en type bi-metal termometer. (Din ovn og køleskab termometre og ovn termostat er også andre eksempler.) Den bruger a strimmel af to forskellige metaller (normalt stål og kobber), der udvides i forskellige hastigheder for at føle temperaturer. Metallernes to forskellige ekspansionshastigheder tvinger strimlen til at bøje en vej, hvis den opvarmes over dens indledende temperatur og i den modsatte retning, hvis den afkøles under den. Temperaturen kan bestemmes af, hvor meget strimlen / spolen har bøjet.
Termoelektrisk. Termoelektriske termometre er digitale enheder, der bruger en elektronisk sensor (kaldet en "termistor") til at generere en elektrisk spænding. Når den elektriske strøm bevæger sig langs en ledning, ændres dens elektriske modstand, når temperaturen ændrer sig. Ved at måle denne ændring i modstand kan temperaturen beregnes.
I modsætning til deres glas- og bi-metalliske fætre er termoelektriske termometre robuste, reagerer hurtigt og behøver ikke at blive læst af menneskelige øjne, hvilket gør dem perfekte til automatiseret brug. Derfor er de det valgte termometer til automatiske lufthavnsvejrstationer. (National Weather Service bruger data fra disse AWOS- og ASOS-stationer for at give dig dine aktuelle lokale temperaturer.) Trådløse personlige vejrstationer bruger også den termoelektriske teknik.
Infrarød. Infrarøde termometre er i stand til at måle temperaturen i en afstand ved at registrere, hvor meget varmeenergi (i den usynlige infrarøde bølgelængde af lysspektret) et objekt afgiver og beregner en temperatur fra det. Infrarødt (IR) satellitbillede—Som viser det højeste og koldeste skyer som en lys hvid og lave, varme skyer som grå - kan betragtes som en slags skytermometer.
Nu hvor du ved, hvordan et termometer fungerer, se det nøje på disse tidspunkter hver dag for at se, hvad din højeste og laveste lufttemperatur vil være.
Kilder:
- Srivastava, Gyan P. Overflade-meteorologiske instrumenter og målepraksis. New Delhi: Atlantic, 2008.