Hur mäter en termometer lufttemperaturen?

Hur varmt är det utanför? Hur kallt blir det ikväll? En termometer - ett instrument som används för att mäta luft temperatur- berättar enkelt detta, men hur det berättar för oss är en helt annan fråga.

För att förstå hur en termometer fungerar måste vi hålla en sak i åtanke från fysik: att en vätska expanderar in volym (mängden utrymme det tar upp) när temperaturen värms och minskar i volym när dess temperatur kyler.

När en termometer utsätts för atmosfären, den omgivande lufttemperaturen kommer att genomsyra den och så småningom balansera termometerns temperatur med sin egen - en process vars fancy vetenskapligt namn är "termodynamisk jämvikt." Om termometern och dess inre vätska måste värmas för att nå denna jämvikt, vätskan (som tar mer utrymme när den värms) kommer att stiga eftersom den är instängd inuti ett smalt rör och har ingenstans att gå men upp. På samma sätt, om termometerns vätska måste svalna för att nå luftens temperatur, kommer vätskan att krympa i volym och sänka ner röret. När termometerns temperatur balanserar omgivningen i luften, kommer vätskan att sluta röra sig.

Den fysiska ökningen och fallet av vätskan inuti en termometer är bara en del av det som får den att fungera. Ja, den här åtgärden säger att en temperaturförändring inträffar, men utan en numerisk skala för att kvantifiera den, skulle du inte kunna mäta precis vad temperaturförändringen är. På detta sätt spelar temperaturerna fästa på en termometers glas en nyckel (om än passiv) roll.

När det gäller frågan om vem som uppfann termometern är listan med namn oändlig. Det beror på att termometern utvecklades från en sammanställning av idéer genom 1500- till 1700-talet, med början i slutet av 1500-talet då Galileo Galilei utvecklade en anordning med ett vattenfylldt glasrör med vägda glasbojar som skulle flyta högt i röret eller sjunken beroende på luftens hethet eller kyla utanför det (liksom en lava lampa). Hans uppfinning var världens första "termoskop."

I början av 1600-talet, venetiansk forskare och vän till Galileo, Santorio, lade till en skala till Galileos termoskop så att värdet på temperaturförändring kunde tolkas. På så sätt uppfann han världens första primitiva termometer. Termometern antog inte den form vi använder idag förrän Ferdinando I de 'Medici gjorde om den som ett förseglat rör med en glödlampa och stam (och fylld med alkohol) i mitten av 1600-talet. Slutligen, på 1720-talet, Fahrenheit tog denna design och "förbättrade den" när han började använda kvicksilver (istället för alkohol eller vatten) och fäst sin egen temperaturskala på den. Genom att använda kvicksilver (som har en lägre fryspunkt och vars expansion och sammandragning är mer synlig än vattens eller alkoholer), Fahrenheits termometer tillät temperaturer under frysning att observeras och mer exakta mätningar kunde göras observeras. Och så accepterades Fahrenheits modell som den bästa.

Inklusive Fahrenheits glastermometer finns det fyra huvudtyper av termometrar som används för att ta lufttemperaturer:

Vätskor av glas. Även kallad lampa termometrar, dessa grundläggande termometrar används fortfarande i Stevenson Screen väderstationer över hela landet av National Weather Service Kooperativa väderobservatörer när man tar de dagliga maximala och lägsta temperaturobservationerna. De är gjorda av ett glasrör ("stammen") med en rund kammare ("glödlampan") i ena änden som innehåller vätskan som används för att mäta temperaturen. När temperaturen ändras expanderar vätskevolymen antingen och får den att klättra upp i stammen; eller kontrakterar, tvingar den att krympa ner igen ur stammen mot glödlampan.

Hatar du hur ömtåliga dessa gammaldags termometrar är? Deras glas är faktiskt gjort mycket tunn med avsikt. Ju tunnare glaset, desto mindre material finns det för värmen eller kylan att passera, och desto snabbare reagerar vätskan på den värmen eller kylan - det vill säga mindre fördröjning.

Bi-metallic eller fjäder. Skivtermometern monterad på ditt hus, ladan eller i din trädgård är en typ av bi-metall termometer. (Din ugns- och kyltermometer och ugntermostat är också andra exempel.) Den använder a remsa av två olika metaller (vanligtvis stål och koppar) som expanderar i olika hastigheter för att känna temperaturer. Metallens två olika expansionshastigheter tvingar remsan att böjas på ett sätt om den värms över sin initiala temperatur och i motsatt riktning om den kyls ned under den. Temperaturen kan bestämmas av hur mycket remsan / spolen har böjt.

Termo. Termoelektriska termometrar är digitala enheter som använder en elektronisk sensor (kallas en "termistor") för att generera en elektrisk spänning. När den elektriska strömmen rör sig längs en tråd kommer dess elektriska motstånd att förändras när temperaturen ändras. Genom att mäta denna förändring i motstånd kan temperaturen beräknas.

Till skillnad från deras glas- och bi-metalliska kusiner är termoelektriska termometrar robusta, svarar snabbt och behöver inte läsas av mänskliga ögon, vilket gör dem perfekta för automatiserad användning. Det är därför de är den termometer som du väljer för automatiserade flygplatsväderstationer. (National Weather Service använder data från dessa AWOS- och ASOS-stationer för att ge dig dina aktuella lokala temperaturer.) Trådlösa personliga väderstationer använder också termoelektrisk teknik.

Infraröd. Infraröda termometrar kan mäta temperaturen på avstånd genom att upptäcka hur mycket värmeenergi (i den osynliga infraröda våglängden för ljusspektrumet) ett objekt avger och beräknar en temperatur från den. Infrarött (IR) satellitbilder—Som visar det högsta och kallaste moln som en ljus vit och låga, varma moln som grå - kan betraktas som en slags molntermometer.

Nu när du vet hur en termometer fungerar, titta noga på dessa tider varje dag för att se vad din högsta och lägsta lufttemperatur kommer att vara.

• Srivastava, Gyan P. Ytmeteorologiska instrument och mätmetoder. New Delhi: Atlantic, 2008.