Hoe meet een thermometer de luchttemperatuur?

Hoe warm is het buiten? Hoe koud wordt het vanavond? Een thermometer - een instrument dat wordt gebruikt om de luchttemperatuur te meten - vertelt ons dit gemakkelijk, maar hoe het ons vertelt is een andere vraag.

Om te begrijpen hoe een thermometer werkt, moeten we rekening houden met de fysica: dat een vloeistof in volume uitzet (de hoeveelheid ruimte die hij inneemt) wanneer zijn temperatuur opwarmt en in volume afneemt wanneer zijn temperatuur afkoelt.

Wanneer een thermometer wordt blootgesteld aan de atmosfeer, zal de temperatuur van de omringende lucht deze doordringen en uiteindelijk de temperatuur van de thermometer in evenwicht brengen met die van zichzelf - een proces waarvan de fancy wetenschappelijke naam "thermodynamisch evenwicht" is. Als de thermometer en de binnenkant ervan vloeistof moeten opwarmen om dit evenwicht te bereiken, zal de vloeistof (die meer ruimte inneemt bij opwarming) stijgen omdat deze gevangen zit in een smalle buis en nergens anders omhoog kan gaan. Evenzo, als de vloeistof van de thermometer moet afkoelen om de temperatuur van de lucht te bereiken, zal de vloeistof in volume krimpen en in de buis zakken. Zodra de temperatuur van de thermometer in evenwicht is met die van de omringende lucht, stopt de vloeistof met bewegen.

De fysieke opkomst en ondergang van de vloeistof in een thermometer is slechts een deel van de werking. Ja, deze actie vertelt je dat er een temperatuurverandering optreedt, maar zonder een numerieke schaal om deze te kwantificeren, kun je niet precies meten wat de temperatuurverandering is. Op deze manier spelen de temperaturen verbonden aan het glas van een thermometer een belangrijke (zij het passieve) rol.

Wie heeft het uitgevonden: Fahrenheit of Galileo?

Als het gaat om de vraag wie de thermometer heeft uitgevonden, is de lijst met namen eindeloos. Dat komt omdat de thermometer is ontwikkeld uit een compilatie van ideeën door de 16e tot 18e eeuw, beginnend in de late 1500s toen Galileo Galilei een apparaat ontwikkelde met een met water gevulde glazen buis met gewogen glazen boeien die hoog in de buis of gootsteen zou drijven, afhankelijk van de warmte of kou van lucht buiten het (soort van een lavalamp). Zijn uitvinding was 's werelds eerste' thermoscoop '.

In de vroege jaren 1600 voegde de Venetiaanse wetenschapper en vriend van Galileo, Santorio, een schaal toe aan de thermoscoop van Galileo, zodat de waarde van temperatuurverandering kon worden geïnterpreteerd. Daarbij vond hij de eerste primitieve thermometer ter wereld uit. De thermometer nam niet de vorm aan die we vandaag gebruiken tot Ferdinando I de 'Medici het opnieuw ontwierp als een verzegelde buis met een lamp en steel (en gevuld met alcohol) in het midden van de jaren 1600. Eindelijk, in de jaren 1720, nam Fahrenheit dit ontwerp en "verbeterde het" toen hij kwik begon te gebruiken (in plaats van alcohol of water) en zijn eigen temperatuurschaal eraan bevestigde. Door gebruik te maken van kwik (dat een lager vriespunt heeft en waarvan de uitzetting en krimp zichtbaarder is dan die van water of alcohol), kon de thermometer van Fahrenheit temperaturen onder het vriespunt en nauwkeurigere metingen waarnemen. En dus werd het model van Fahrenheit als de beste geaccepteerd.

Wat voor weerthermometer gebruik je??

Inclusief de glazen thermometer van Fahrenheit, zijn er 4 hoofdtypen thermometers die worden gebruikt om luchttemperaturen te meten:

Vloeistof-in-glas. Ook wel genoemd lamp thermometers, deze basisthermometers worden nog steeds in Stevenson Screen weerstations landelijk gebruikt door National Weather Service Cooperative Weather Observers bij het nemen van de dagelijkse maximale en minimale temperatuurwaarnemingen. Ze zijn gemaakt van een glazen buis (de "stengel") met een ronde kamer (de "bol") aan één uiteinde waarin de vloeistof zit die wordt gebruikt om de temperatuur te meten. Naarmate de temperatuur verandert, zet het volume vloeistof uit, waardoor het omhoog in de stengel klimt; of samentrekt, waardoor het terug krimpt uit de stengel in de richting van de bol.

Haat hoe kwetsbaar deze ouderwetse thermometers zijn? Hun glas is met opzet heel dun gemaakt. Hoe dunner het glas, hoe minder materiaal er is voor de warmte of koude om door te gaan, en hoe sneller de vloeistof op die warmte of koude reageert - dat wil zeggen, er is minder vertraging.

Bi-metallic of veer. De wijzerplaatsthermometer die op uw huis, schuur of in uw achtertuin is gemonteerd, is een soort bi-metalen thermometer. (Uw oven- en koelkastthermometers en oventhermostaat zijn ook andere voorbeelden.) Het gebruikt een strook van twee verschillende metalen (meestal staal en koper) die met verschillende snelheden uitzetten om temperaturen te detecteren. De twee verschillende expansiesnelheden van de metalen dwingen de strip om een ​​manier te buigen als deze boven de begintemperatuur wordt verwarmd, en in de tegenovergestelde richting als deze eronder wordt afgekoeld. De temperatuur kan worden bepaald door hoeveel de strip / spoel is gebogen.

thermo. Thermo-elektrische thermometers zijn digitale apparaten die een elektronische sensor (een "thermistor" genoemd) gebruiken om een ​​elektrische spanning te genereren. Terwijl de elektrische stroom langs een draad reist, zal de elektrische weerstand veranderen als de temperatuur verandert. Door deze weerstandsverandering te meten, kan de temperatuur worden berekend.  

In tegenstelling tot hun glas en bi-metallische neven en nichten, zijn thermo-elektrische thermometers robuust, reageren snel en hoeven niet te worden gelezen door menselijke ogen, waardoor ze perfect zijn voor geautomatiseerd gebruik. Daarom zijn ze de favoriete thermometer voor geautomatiseerde weerstations op luchthavens. (De National Weather Service gebruikt gegevens van deze AWOS- en ASOS-stations om u uw huidige lokale temperaturen te geven.) Draadloze persoonlijke weerstations gebruiken ook de thermo-elektrische techniek.

Infrarood. Infraroodthermometers kunnen de temperatuur op afstand meten door te detecteren hoeveel warmte-energie (in de onzichtbare infraroodgolflengte van het lichtspectrum) een object afgeeft en een temperatuur ervan te berekenen. Infrarood (IR) satellietbeelden - die de hoogste en koudste wolken tonen als een helder wit en lage, warme wolken als grijs - kunnen worden gezien als een soort wolkenthermometer.

Nu je weet hoe een thermometer werkt, moet je hem elke dag op deze tijden goed in de gaten houden om te zien wat je hoogste en laagste luchttemperatuur zal zijn.

bronnen: 

• Srivastava, Gyan P. Oppervlakte-meteorologische instrumenten en meetpraktijken. New Delhi: Atlantic, 2008.