Wie misst ein Thermometer die Lufttemperatur?

Wie warm ist es draußen? Wie kalt wird es heute Nacht sein? Ein Thermometer - ein Instrument zur Messung der Lufttemperatur - sagt uns dies 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 das Volumen einer Flüssigkeit ausdehnt (der Raum, den sie einnimmt), wenn sich ihre Temperatur erwärmt, und sich das Volumen verringert, wenn sich ihre Temperatur abkühlt.

Wenn ein Thermometer der Atmosphäre ausgesetzt ist, durchdringt es die Temperatur der Umgebungsluft und gleicht schließlich die Temperatur des Thermometers mit seinem eigenen aus - einem Prozess, dessen ausgefallener wissenschaftlicher Name "thermodynamisches Gleichgewicht" ist. Wenn sich das Thermometer und die darin befindliche Flüssigkeit erwärmen müssen, um dieses Gleichgewicht zu erreichen, steigt die Flüssigkeit (die beim Erwärmen mehr Platz einnimmt) auf, weil sie in einem engen Rohr eingeschlossen ist und nur nach oben kann. Wenn sich die Flüssigkeit des Thermometers abkühlen muss, um die Lufttemperatur zu erreichen, schrumpft die Flüssigkeit im Volumen und senkt sich in der Röhre ab. Sobald die Temperatur des Thermometers die der umgebenden Luft ausgleicht, hört die Flüssigkeit auf, sich zu bewegen.

Das physikalische Auf- und Absteigen der Flüssigkeit in einem Thermometer ist nur ein Teil dessen, was es zum Funktionieren bringt. Ja, diese Aktion teilt Ihnen mit, dass eine Temperaturänderung stattfindet. Ohne eine numerische Skala zur Quantifizierung können Sie jedoch nicht genau messen, wie hoch die Temperaturänderung ist. Auf diese Weise spielen die Temperaturen, die an das Glas eines Thermometers gebunden sind, eine wichtige (wenn auch passive) Rolle.

Wer hat es erfunden: Fahrenheit oder Galileo?

Wenn es um die Frage geht, wer das Thermometer erfunden hat, ist die Liste der Namen endlos. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich das Thermometer aus einer Sammlung von Ideen im 16. bis 18. Jahrhundert entwickelte, beginnend in den späten 1500er Jahren, als Galileo Galilei ein Gerät entwickelte, das eine wassergefüllte Glasröhre mit beschwerten Glasbojen verwendete, die je nach Bedarf hoch in der Röhre schwebten oder sanken würden die Hitze oder Kälte der Luft außerhalb davon (Art wie eine Lavalampe). Seine Erfindung war das weltweit erste "Thermoskop".

In den frühen 1600er Jahren fügte der venezianische Wissenschaftler und Freund von Galileo, Santorio, dem Thermoskop von Galileo eine Skala hinzu, damit der Wert der Temperaturänderung interpretiert werden konnte. Dabei erfand er das weltweit erste Primitivthermometer. Das Thermometer nahm nicht die Form an, die wir heute verwenden, bis Ferdinando I de 'Medici es Mitte des 17. Jahrhunderts als versiegelte Röhre mit Glühbirne und Stiel (und mit Alkohol gefüllt) umgestaltete. Schließlich nahm Fahrenheit in den 1720er Jahren diesen Entwurf und "verbesserte ihn", als er begann, Quecksilber (anstelle von Alkohol oder Wasser) zu verwenden und seine eigene Temperaturskala daran befestigte. Durch Verwendung von Quecksilber (das einen niedrigeren Gefrierpunkt aufweist und dessen Ausdehnung und Kontraktion besser sichtbar ist als die von Wasser oder Alkohol) konnten mit dem Fahrenheit-Thermometer Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und genauere Messungen beobachtet werden. Und so wurde das Modell von Fahrenheit als das beste anerkannt.

Was für ein Wetterthermometer benutzt du??

Mit dem Glasthermometer von Fahrenheit gibt es vier Haupttypen von Thermometern, mit denen Lufttemperaturen gemessen werden können:

Flüssigkeit in Glas. Auch genannt Glühlampenthermometer, Diese Basisthermometer werden in Stevenson Screen-Wetterstationen bundesweit von den kooperativen Wetterbeobachtern des National Weather Service verwendet, wenn die täglichen Höchst- und Mindesttemperaturmessungen durchgeführt werden. 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, vergrößert sich entweder das Flüssigkeitsvolumen, wodurch es in den Stiel aufsteigt; oder Kontraktionen, die es zwingen, aus dem Stiel in Richtung der Glühbirne zurückzugehen.

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

Bimetall oder Feder. Das am Haus, in der Scheune oder in Ihrem Garten angebrachte Zeigerthermometer ist eine Art Bimetallthermometer. (Ihre Ofen- und Kühlschrankthermometer und der Ofenthermostat sind auch andere Beispiele.) Es wird ein Streifen aus zwei verschiedenen Metallen (normalerweise Stahl und Kupfer) verwendet, der sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausdehnt, um die Temperaturen zu messen. Die zwei unterschiedlichen Ausdehnungsraten der Metalle zwingen das Band dazu, sich in eine Richtung zu biegen, wenn es über seine Anfangstemperatur erwärmt wird, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn es darunter abgekühlt wird. Die Temperatur kann dadurch bestimmt werden, wie stark sich das Band / die Spule gebogen hat.

Thermoelektrisch. Thermoelektrische Thermometer sind digitale Geräte, die einen elektronischen Sensor ("Thermistor") verwenden, um eine elektrische Spannung zu erzeugen. Während 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 von menschlichen Augen abgelesen werden. Dadurch eignen sie sich perfekt für den automatisierten Einsatz. 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 anzuzeigen.) Drahtlose persönliche Wetterstationen verwenden ebenfalls die thermoelektrische Technik.

Infrarot. Infrarot-Thermometer können die Temperatur in einiger Entfernung messen, indem sie ermitteln, wie viel Wärmeenergie (in der unsichtbaren infraroten Wellenlänge des Lichtspektrums) ein Objekt abgibt, und daraus eine Temperatur berechnen. Infrarot (IR) -Satellitenbilder, die die höchsten und kältesten Wolken als hellweiß und die tiefen, warmen Wolken als grau darstellen, können als eine Art Wolkenthermometer betrachtet werden.

Nachdem Sie nun wissen, wie ein Thermometer funktioniert, sollten Sie es jeden Tag zu diesen Zeiten genau beobachten, um Ihre höchsten und niedrigsten Lufttemperaturen zu ermitteln.

Quellen: 

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