Est-ce qu'il fait chaud dehors? Comment va-t-il faire froid ce soir? Un thermomètre - un instrument utilisé pour mesurer l'air Température- nous le dit facilement, mais comment cela nous dit est une toute autre question.
Pour comprendre comment fonctionne un thermomètre, nous devons garder une chose à l'esprit de la physique: qu'un liquide se dilate dans volume (la quantité d'espace qu'il occupe) lorsque sa température se réchauffe et diminue de volume lorsque sa température refroidit.
Lorsqu'un thermomètre est exposé à l'atmosphère, la température de l'air ambiant l'imprégnera, équilibrant finalement la température du thermomètre avec la sienne, un processus dont nom scientifique de fantaisie est «équilibre thermodynamique». Si le thermomètre et son liquide à l'intérieur doivent se réchauffer pour atteindre cet équilibre, le liquide (qui prendra plus de place une fois réchauffé) augmentera car il est piégé à l'intérieur d'un tube étroit et n'a nulle part où aller Mais en haut. De même, si le liquide du thermomètre doit refroidir pour atteindre la température de l'air, le liquide diminuera de volume et descendra dans le tube. Une fois que la température du thermomètre équilibre celle de l'air ambiant, son liquide cessera de bouger.
L'augmentation et la chute physiques du liquide à l'intérieur d'un thermomètre ne sont qu'une partie de ce qui le fait fonctionner. Oui, cette action vous indique qu'un changement de température se produit, mais sans échelle numérique pour le quantifier, vous ne pourriez pas mesurer exactement ce qu'est le changement de température. De cette façon, les températures attachées au verre d'un thermomètre jouent un rôle clé (quoique passif).
Qui l'a inventé: Fahrenheit ou Galileo?
Lorsqu'il s'agit de savoir qui a inventé le thermomètre, la liste des noms est interminable. En effet, le thermomètre s'est développé à partir d'une compilation d'idées du XVIe au XVIIIe siècle, à partir de la fin des années 1500 lorsque Galilée développé un appareil utilisant un tube en verre rempli d'eau avec des bouées en verre lestées qui flotteraient haut dans le tube ou l'évier selon la chaleur ou la froideur de l'air à l'extérieur (un peu comme une lave lampe). Son invention fut le premier "thermoscope" au monde.
Au début des années 1600, scientifique vénitien et ami de Galileo, Santorio, a ajouté une échelle au thermoscope de Galileo afin que la valeur du changement de température puisse être interprétée. Ce faisant, il a inventé le premier thermomètre primitif au monde. Le thermomètre n'a pas pris la forme que nous utilisons aujourd'hui jusqu'à ce que Ferdinando I de 'Medici le redessine comme un tube scellé ayant une ampoule et une tige (et rempli d'alcool) au milieu des années 1600. Enfin, dans les années 1720, Fahrenheit a pris ce design et l'a "amélioré" quand il a commencé à utiliser du mercure (au lieu de l'alcool ou de l'eau) et y a fixé sa propre échelle de température. En utilisant du mercure (qui a un point de congélation plus bas, et dont l'expansion et la contraction sont plus visibles que celles de l'eau ou d'alcool), le thermomètre de Fahrenheit a permis d'observer des températures inférieures à zéro et des mesures plus précises observé. Et donc, le modèle de Fahrenheit a été accepté comme le meilleur.
Quel type de thermomètre météo utilisez-vous?
Y compris le thermomètre en verre de Fahrenheit, il existe 4 principaux types de thermomètres utilisés pour mesurer la température de l'air:
Liquide en verre. Aussi appelé thermomètres à bulbe, ces thermomètres de base sont toujours utilisés dans les stations météorologiques de Stevenson Screen à l'échelle nationale par Service météorologique national Observateurs météorologiques coopératifs lors des relevés quotidiens des températures maximales et minimales. Ils sont constitués d'un tube en verre (la "tige") avec une chambre ronde (le "bulbe") à une extrémité qui abrite le liquide utilisé pour mesurer la température. À mesure que la température change, le volume de liquide se dilate, ce qui le fait monter dans la tige; ou se contracte, la forçant à se rétracter hors de la tige vers le bulbe.
Vous détestez la fragilité de ces thermomètres à l'ancienne? Leur verre est en fait très mince à dessein. Plus le verre est mince, moins il y a de matière pour que la chaleur ou le froid passe, et plus le liquide réagit rapidement à cette chaleur ou à ce froid, c'est-à-dire qu'il y a moins de décalage.
Bi-métallique ou ressort. Le thermomètre à cadran monté sur votre maison, votre grange ou dans votre jardin est un type de thermomètre bimétallique. (Les thermomètres de votre four et réfrigérateur et votre thermostat de fournaise sont également d'autres exemples.) Il utilise un bande de deux métaux différents (généralement l'acier et le cuivre) qui se dilatent à des rythmes différents pour détecter les températures. Les deux taux d'expansion différents des métaux forcent la bande à se plier dans un sens si elle est chauffée au-dessus de sa température initiale et dans le sens opposé si elle est refroidie en dessous. La température peut être déterminée par le degré de courbure de la bande / bobine.
Thermoélectrique. Les thermomètres thermoélectriques sont des appareils numériques qui utilisent un capteur électronique (appelé "thermistance") pour générer un tension électrique. À mesure que le courant électrique se déplace le long d'un fil, sa résistance électrique change à mesure que la température change. En mesurant ce changement de résistance, la température peut être calculée.
Contrairement à leurs cousins en verre et bimétalliques, les thermomètres thermoélectriques sont robustes, répondent rapidement et n'ont pas besoin d'être lus par les yeux humains, ce qui les rend parfaits pour une utilisation automatisée. C'est pourquoi ils sont le thermomètre de choix pour les stations météorologiques d'aéroport automatisées. (Le National Weather Service utilise les données de ces stations AWOS et ASOS pour vous apporter vos températures locales actuelles.) Les stations météorologiques personnelles sans fil utilisent également la technique thermoélectrique.
Infrarouge. Les thermomètres infrarouges sont capables de mesurer la température à distance en détectant la quantité d'énergie thermique (en la longueur d'onde infrarouge invisible du spectre lumineux) un objet émet et calcule une température à partir de il. Imagerie satellite infrarouge (IR)—Qui montre le plus haut et le plus froid des nuages comme un blanc éclatant et des nuages bas et chauds comme gris - peut être considéré comme une sorte de thermomètre à nuages.
Maintenant que vous savez comment fonctionne un thermomètre, surveillez-le attentivement à ces heures chaque jour pour voir quelles seront vos températures de l'air les plus élevées et les plus basses.
Sources:
- Srivastava, Gyan P. Instruments météorologiques de surface et pratiques de mesure. New Delhi: Atlantique, 2008.