Dışarısı ne kadar sıcak? Bu gece ne kadar soğuk olacak? Hava sıcaklığını ölçmek için kullanılan bir alet olan termometre bize bunu kolayca söyler, ancak bize nasıl söylediği tamamen başka bir sorudur.
Bir termometrenin nasıl çalıştığını anlamak için fizikten bir şeyi aklımızda tutmamız gerekir: bir sıvının sıcaklığı ısındığında hacim olarak genişlediği (kapladığı alan miktarı) ve sıcaklığı soğuduğunda hacim olarak azaldığı.
Bir termometre atmosfere maruz kaldığında , çevreleyen havanın sıcaklığı ona nüfuz edecek ve sonunda termometrenin sıcaklığını kendi sıcaklığıyla dengeleyecektir – bu, fantezi bilimsel adı “termodinamik denge” olan bir süreçtir. Bu dengeye ulaşmak için termometre ve içindeki sıvının ısınması gerekiyorsa, sıvı (ısındığında daha fazla yer kaplar) yükselir çünkü dar bir tüpün içine hapsolur ve yukarı çıkacak yeri yoktur. Benzer şekilde, termometrenin sıvısının havanın sıcaklığına ulaşması için soğuması gerekiyorsa, sıvı hacim olarak büzülür ve tüpü aşağı indirir. Termometrenin sıcaklığı çevreleyen havanın sıcaklığını dengelediğinde sıvısının hareketi durur.
Bir termometrenin içindeki sıvının fiziksel olarak yükselmesi ve düşmesi, onu çalıştıran şeyin yalnızca bir kısmıdır. Evet, bu eylem size bir sıcaklık değişiminin meydana geldiğini söyler, ancak bunu ölçmek için sayısal bir ölçek olmadan, sıcaklık değişiminin ne olduğunu tam olarak ölçemezsiniz. Bu şekilde, bir termometrenin camına bağlı sıcaklıklar (pasif de olsa) önemli bir rol oynar.
Kim icat etti: Fahrenheit mi yoksa Galileo mu?
Termometreyi kimin icat ettiği sorusuna gelince, isim listesi sonsuzdur. Bunun nedeni, termometrenin, 16. ve 18. yüzyıllar boyunca, Galileo Galilei’nin su dolu cam tüp kullanan, ağırlıklı cam şamandıralı su dolu bir cam tüp kullanan bir cihaz geliştirmesinden başlayarak, 16. ve 18. yüzyıllar arasında bir fikir derlemesinden geliştirilmesidir. dışındaki havanın sıcaklığı veya soğukluğu (bir tür lav lambası gibi). Onun icadı dünyanın ilk “termoskopu” idi.
1600’lerin başlarında, Venedikli bilim adamı ve Galileo’nun arkadaşı Santorio, sıcaklık değişiminin değerinin yorumlanabilmesi için Galileo’nun termosuna bir ölçek ekledi. Bunu yaparken dünyanın ilk ilkel termometresini icat etti. Ferdinando I de ‘Medici 1600’lerin ortasında bir ampulü ve gövdesi (ve alkolle doldurulmuş) olan kapalı bir tüp olarak yeniden tasarlayana kadar termometre bugün kullandığımız şekli almadı. Sonunda, 1720’lerde Fahrenheitbu tasarımı aldı ve cıva kullanmaya başladığında (alkol veya su yerine) “iyileştirdi” ve kendi sıcaklık ölçeğini ona bağladı. Fahrenheit’in termometresi, (daha düşük donma noktasına sahip olan ve genleşmesi ve daralması su veya alkolden daha görünür olan) cıva kullanarak donma noktasının altındaki sıcaklıkların gözlemlenmesini ve daha hassas ölçümlerin gözlemlenmesini sağladı. Ve böylece Fahrenheit’in modeli en iyisi olarak kabul edildi.
Ne tür bir hava termometresi kullanıyorsunuz?
Fahrenheit’in cam termometresi dahil, hava sıcaklıklarını almak için kullanılan 4 ana termometre türü vardır:
Camda sıvı. Ampul termometreleri olarak da adlandırılan bu temel termometreler, Ulusal Hava Durumu Servisi Kooperatif Hava Gözlemcileri tarafından günlük maksimum ve minimum sıcaklık gözlemlerini alırken ülke çapındaki Stevenson Screen hava istasyonlarında hala kullanılmaktadır . Bir ucunda sıcaklığı ölçmek için kullanılan sıvıyı barındıran yuvarlak bir hazne (“ampul”) bulunan cam bir tüpten (“gövde”) yapılmıştır. Sıcaklık değiştikçe, sıvının hacmi genişler ve gövdenin içine tırmanmasına neden olur; veya daralır, gövdeden ampule doğru küçülmeye zorlar.
Bu eski moda termometrelerin ne kadar kırılgan olduğundan nefret mi ediyorsunuz? Camları aslında kasıtlı olarak çok ince yapılmıştır. Cam ne kadar ince olursa, ısının veya soğuğun geçmesi için o kadar az malzeme vardır ve sıvı o sıcağa veya soğuğa o kadar hızlı tepki verir – yani daha az gecikme olur.
Bi-metalik veya yay. Evinize, ahırınıza veya arka bahçenize monte edilen kadranlı termometre bir tür bi-metal termometredir. (Fırın ve buzdolabı termometreleriniz ve fırın termostatınız da diğer örneklerdir.) Sıcaklıkları algılamak için farklı oranlarda genişleyen iki farklı metalden (genellikle çelik ve bakır) oluşan bir şerit kullanır. Metallerin iki farklı genleşme oranı, şeridi başlangıç sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında bir yöne ve altında soğutulduğunda ters yönde bükülmeye zorlar. Sıcaklık, şerit / bobinin ne kadar büküldüğüne göre belirlenebilir.
Termoelektrik. Termoelektrik termometreler, bir elektrik voltajı oluşturmak için bir elektronik sensör (“termistör” adı verilir) kullanan dijital cihazlardır . Elektrik akımı bir tel boyunca ilerlerken, elektrik direnci sıcaklık değiştikçe değişecektir. Dirençteki bu değişikliği ölçerek sıcaklık hesaplanabilir.
Cam ve bi-metalik kuzenlerinin aksine termoelektrik termometreler sağlamdır, hızlı tepki verir ve insan gözü tarafından okunmaları gerekmez, bu da onları otomatik kullanım için mükemmel kılar. Bu nedenle, otomatik hava durumu istasyonları için tercih edilen termometredir. (Ulusal Hava Durumu Servisi, size mevcut yerel sıcaklıklarınızı getirmek için bu AWOS ve ASOS istasyonlarından gelen verileri kullanır.) Kablosuz kişisel hava istasyonları da termoelektrik tekniğini kullanır.
Kızılötesi. Kızılötesi termometreler, bir nesnenin ne kadar ısı enerjisi (ışık spektrumunun görünmez kızılötesi dalga boyunda) verdiğini tespit ederek ve ondan bir sıcaklık hesaplayarak uzaktaki sıcaklığı ölçebilir. En yüksek ve en soğuk bulutları parlak beyaz, alçak, sıcak bulutları gri olarak gösteren kızılötesi (IR) uydu görüntüleri bir tür bulut termometresi olarak düşünülebilir.
