Wie misst ein Thermometer die Lufttemperatur?

Wie warm ist es draußen? Wie kalt wird es heute Nacht sein? Ein Thermometer - ein Instrument zur Luftmessung Temperatur- sagt uns das leicht, aber wie es uns sagt, ist eine ganz andere Frage.

Um zu verstehen, wie ein Thermometer funktioniert, müssen wir eines aus der Physik berücksichtigen: dass sich eine Flüssigkeit ausdehnt Volumen (die Menge an Raum, die es einnimmt), wenn sich seine Temperatur erwärmt, und Volumen, wenn seine Temperatur abnimmt kühlt ab.

Wenn ein Thermometer ausgesetzt ist AtmosphäreDie Temperatur der Umgebungsluft durchdringt sie und gleicht schließlich die Temperatur des Thermometers mit der eigenen aus - ein Prozess, dessen Ein ausgefallener wissenschaftlicher Name ist "thermodynamisches Gleichgewicht". Wenn sich das Thermometer und die Flüssigkeit im Inneren erwärmen müssen, um dieses Gleichgewicht zu erreichen, Die Flüssigkeit (die beim Erwärmen mehr Platz einnimmt) steigt auf, weil sie in einem schmalen Rohr eingeschlossen ist und nirgendwo hingehen kann aber auf. Wenn die Flüssigkeit des Thermometers abkühlen muss, um die Lufttemperatur zu erreichen, schrumpft das Volumen der Flüssigkeit und senkt das Rohr. Sobald die Temperatur des Thermometers die der Umgebungsluft ausgleicht, hört seine Flüssigkeit auf, sich zu bewegen.

Das physikalische Auf und Ab der Flüssigkeit in einem Thermometer ist nur ein Teil dessen, was es funktioniert. Ja, diese Aktion zeigt an, dass eine Temperaturänderung auftritt. Ohne eine numerische Skala zur Quantifizierung können Sie jedoch nicht genau messen, um welche Temperaturänderung es sich handelt. Auf diese Weise spielen die Temperaturen, die an das Glas eines Thermometers gebunden sind, eine wichtige (wenn auch passive) Rolle.

Wenn es um die Frage geht, wer das Thermometer erfunden hat, ist die Liste der Namen endlos. Das liegt daran, dass sich das Thermometer aus einer Zusammenstellung von Ideen im 16. bis 18. Jahrhundert entwickelte, beginnend in den späten 1500er Jahren, als Galileo Galilei entwickelten ein Gerät mit einem wassergefüllten Glasrohr mit gewichteten Glasbojen, die hoch schweben würden in der Röhre oder im Waschbecken, abhängig von der Hitze oder Kälte der Luft außerhalb (wie eine Lava) Lampe). Seine Erfindung war das weltweit erste "Thermoskop".

In den frühen 1600er Jahren venezianischer Wissenschaftler und Freund zu GalileoSantorio fügte dem Thermoskop von Galileo eine Skala hinzu, damit der Wert der Temperaturänderung interpretiert werden konnte. Dabei erfand er das weltweit erste primitive Thermometer. Das Thermometer nahm nicht die Form an, die wir heute verwenden, bis Ferdinando I de 'Medici es Mitte des 17. Jahrhunderts als versiegeltes Rohr mit einer Glühbirne und einem Stiel (und gefüllt mit Alkohol) umgestaltete. Schließlich in den 1720er Jahren, Fahrenheit nahm dieses Design und "verbesserte es", als er anfing, Quecksilber (anstelle von Alkohol oder Wasser) zu verwenden und seine eigene Temperaturskala daran befestigte. Durch die Verwendung von Quecksilber (das einen niedrigeren Gefrierpunkt hat und dessen Ausdehnung und Kontraktion sichtbarer ist als das von Wasser oder Alkohol), das Fahrenheit-Thermometer ermöglichte die Beobachtung von Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und genauere Messungen beobachteten. Und so wurde das Modell von Fahrenheit als das beste akzeptiert.

Einschließlich des Glas-Thermometers von Fahrenheit gibt es 4 Haupttypen von Thermometern, mit denen Lufttemperaturen gemessen werden können:

Flüssigkeit im Glas. Auch genannt LampenthermometerDiese Basisthermometer werden landesweit immer noch in Stevenson Screen-Wetterstationen eingesetzt Nationaler Wetterdienst Kooperative Wetterbeobachter bei der täglichen Beobachtung der maximalen und minimalen Temperatur. Sie bestehen aus einem Glasrohr (dem "Stiel") mit einer runden Kammer (dem "Kolben") an einem Ende, in der sich die Flüssigkeit befindet, mit der die Temperatur gemessen wird. Wenn sich die Temperatur ändert, dehnt sich das Flüssigkeitsvolumen entweder aus, wodurch es in den Stiel aufsteigt. oder zieht sich zusammen und zwingt es, wieder aus dem Stiel in Richtung der Glühbirne zu schrumpfen.

Hassen Sie, wie zerbrechlich diese altmodischen Thermometer sind? Ihr Glas ist absichtlich sehr dünn gemacht. Je dünner das Glas ist, desto weniger Material kann Wärme oder Kälte durchlassen, und desto schneller reagiert die Flüssigkeit auf diese Hitze oder Kälte - das heißt, es gibt weniger Verzögerungen.

Bimetall oder Feder. Das an Ihrem Haus, in Ihrer Scheune oder in Ihrem Garten angebrachte Ziffernthermometer ist eine Art Bimetallthermometer. (Ihre Ofen- und Kühlschrankthermometer und der Ofenthermostat sind weitere Beispiele.) Es wird a verwendet Streifen aus zwei verschiedenen Metallen (normalerweise Stahl und Kupfer), die sich unterschiedlich schnell ausdehnen, um zu erfassen Temperaturen. Die zwei unterschiedlichen Expansionsraten der Metalle zwingen den Streifen, sich bei Erwärmung über seine Anfangstemperatur in eine Richtung zu biegen und bei Abkühlung in die entgegengesetzte Richtung. Die Temperatur kann dadurch bestimmt werden, wie stark sich der Streifen / die Spule gebogen hat.

Thermoelektrisch. Thermoelektrische Thermometer sind digitale Geräte, die einen elektronischen Sensor ("Thermistor" genannt) verwenden, um einen zu erzeugen elektrische Spannung. Wenn der elektrische Strom entlang eines Drahtes fließt, ändert sich sein elektrischer Widerstand, wenn sich die Temperatur ändert. Durch Messung dieser Widerstandsänderung kann die Temperatur berechnet werden.

Im Gegensatz zu ihren Cousins ​​aus Glas und Bimetall sind thermoelektrische Thermometer robust, reagieren schnell und müssen nicht vom menschlichen Auge abgelesen werden, was sie perfekt für den automatisierten Gebrauch macht. Deshalb sind sie das Thermometer der Wahl für automatisierte Flughafenwetterstationen. (Der nationale Wetterdienst verwendet Daten von diesen AWOS- und ASOS-Stationen, um Ihre aktuellen lokalen Temperaturen zu ermitteln.) Drahtlose persönliche Wetterstationen verwenden ebenfalls die thermoelektrische Technik.

Infrarot. Infrarot-Thermometer können die Temperatur aus der Ferne messen, indem sie erfassen, wie viel Wärmeenergie (in die unsichtbare Infrarotwellenlänge des Lichtspektrums), die ein Objekt abgibt und aus der eine Temperatur berechnet wird es. Infrarot (IR) Satellitenbilder- was das Höchste und Kälteste zeigt Wolken als hellweiße und niedrige, warme Wolken als grau - kann man sich als eine Art Wolkenthermometer vorstellen.

Jetzt, da Sie wissen, wie ein Thermometer funktioniert, Beobachten Sie es jeden Tag genau zu diesen Zeiten, um zu sehen, wie hoch Ihre höchsten und niedrigsten Lufttemperaturen sind.

• Srivastava, Gyan P. Oberflächenmeteorologische Instrumente und Messpraktiken. Neu-Delhi: Atlantik, 2008.