Термометри и метеостанции

Термометри

Как е създаден термометъра?

Както повечето изобретения и изобретяването на термометъра не се е случило изведнъж и само от един човек. Приема се, че първи опити да свърже затоплянето на дадено тяло с увеличаването на обема на течност в цилиндричен съд е направил древногръцкия учен Херон Александрийски живял във втори, трети век от н.е. Или поне това е достигнало до наши дни. Неговият термоскоп, по-късно е усъвършенстван от Галилей през 1597г., но уреда все още не е бил за измерване на топлина, а на увеличаване на обема на водата при нагряване. Термоскопът представлявал малка стъклена топка със споена за нея стъклена тръбичка. При нагряване на стъкленото кълбо и поставянето на края на тръбичката в съд с вода, след известно време въздуха в кухата стъклена топка започва да се охлажда и тръбичката засмуква част от водата, в която е потопена и обратно. Ако отново загреем стъкления балон въздуха в него ще се разшири и ще избута навлязлата в стъклената тръбичка, вода, надолу. Както виждаме с този термоскоп температура не може да се измери, защото по него няма разграфена скала. Той дава само информация за степента на загряване на на тялото, но дори и тази информация е условна, защото нивото на водата в тръбичката зависи не само от температурата, но и атмосферното налягане в момента на опита.

Еволюция на термометрите

Около век по късно, уредът е усъвършенстван от флорентински учени, които изтеглили въздуха от колбата и я запечатали с резервоар с вода в долния и край. Освен това разчертали скала от стойности на тръбичката. Сега вече температурата можела да се измери не само качествено, но и количествено. Впоследствие заменили водата със малко спирт и отстранили резервоара. Принципа на това устройство, примитивно от днешна гледна точка, се основавал на разширението на телата. За постоянни величини в двата края на скалата приели температурата в най-горещия летен и най-студения зимен ден. По-късно върху подобрението на това устройство работили лорд Бейкън, Робърт Флъд, Корнелиус Дребел и други. Без да разказваме цялата история на усъвършенстването на термометъра през годините само ще отбележим, че за да могат термометрите да се сравняват по между си, се преминава към две основни величини в скалите на термометрите. Едната е абсолютната нула, а другата – точката на замръзване на водата.

Скали, скали…

Скалата на градусите по Целзий (Андерс Целзий – шведски астроном, геолог и метеоролог 1730-1744г.) е изместена с 273.15 градуса спрямо скалата на Келвин (Уилям Томсън или лорд Келвин – английски физик и инженер, 1824-1907г.), като 1°С=1°K. Като всъщност тук има една умишлена грешка, защото градусите по Келвин не се изписват с нуличка, а просто с „К“, като в международната система SI имаме само градуси по Келвин или по точно Келвини, защото не се наричат дори градуси.

Точката от скалата отговаряща на -273.15°С е нула Келвина (0 К). Това е абсолютната нула във физиката, при която движението на молекулите достига своя минимум. А 0°С е температурата, при която водата замръзва при нормални условия. Ако обаче отидете в Съединените Щати ще се натъкнете на температурна скала, измерваща градусите по Фаренхайт, кръстена на немският физик Даниел Габриел Фаренхайт, 1686–1736. Тази скала е пълна с условности и почти не се ползва освен в САЩ и Белиз. 1°С = 1 К = 1.8°F.

Нулата по Фаренхайт е изместена с 32°F нагоре по скалата на Целзий, т.е. 0°F=1.8°C+32, а точката на кипене на водата настъпва при 212°F. Като между точката на кипене и на замръзване на водата има 180°F. Ако се чудите защо, обяснението е много субективно. Просто 0°F съответства на най-ниската измерена температура през зимата на 1708/1709г., а за 100°F Фаренхайт е избрал телесната температура на кон(!), която е около 37.8°С.

Сега, предполагам става ясно защо скалата на Фаренхайт не е намерила широко разпространине.

Видове термометри

Течни термометри

Течните термометри са базирани на принципа на промените в обема на течността, с която е пълен термометъра. Обикновено това е спирт или живак. Живакът е силно токсичен течен метал, чиито изпарения, при вдишване увреждат дихателните пътища и клетъчните мембрани. След като по разпореждане на Европейската комисия във всички страни от Европейския съюз от началото на 2009г. е забранено производството и продажбата на живачни термометри, започва употребата на термометрите с галистан. Галистанът е сплав на галия, индия и калая, която е течна. Визуално термометрите с галистан изглеждат по същия начин както термометрите с живак, но галистана е нетоксичен. Цената, обаче, на един термометър с галистан е около 10 пъти цената на живачния термометър.

Механични термометри

Механичните термометри работят с метални или биметални пластини, навити на руло.

Електронни термометри

Електронните термометри се произвеждат, като активният им орган е проводник, чието съпротивление се изменя при промяна на температурата на околната среда. Голяма част от тях се изработват с термодвойки от два метала с различна проводимост, зависеща от температурата. Най-точните и неизменни с течение на времето са съпротивителните термометри. Те са създадени на основата на платинен тел или на платина споена с керамична основа. Най-често използваната сплав е т.н. платина 100 – PT100, която има при 0°С съпротивление 100Ω или платина 1000, която при 0°С има съпротивление 1000Ω. Зависимостта на съпротивлението от температурата е почти линейна в температурния обхват от -200 до + 850°С, което качество се използва за разграфяване на термометрите.

Разгледайте електронни термометри в магазина на Викиват

Оптични термометри

Базирани са на промяната на свойствата на оптичните влакна при промяна на температурата. Най-общо те променят степента си на пропускане на светлината и както и спектъра си.

Инфрачервени термометри

При тях температурата може да бъде измерена без осезателната част на термометъра да се докосва до тялото, чиято температура измерваме. Тези термометри се прилагат все по-масово в индустрията, в медицината, а отскоро и в бита.

Разгледайте инфрачервени термометри в магазина на Викиват

Газов термометър

Това е прибор за измерване на температурата, чиито принцип на работа се подчинява на закона на Шарл. През 1703г. Шарл установил, че при еднакво нагряване, на който и да е газ, се получава еднакво повишаване на налягането, ако обема на газа се запази константа. Зависимостта на налягането от температурата при това е линейна, затова може да се приеме, че налягането е количествен измерител на температурата. По този начин, свързвайки манометър с херметически затворен съд, в който има газ, може манометъра да се градуира не за налягане, а за температура. Най-точните газови термометри се получават при използване на водород или хелий.

Би могло да се направи класификация на термометрите и по тяхното предназначение, но това не е тема на тази статия.

Домашни метеостанции

По определение, метеостанциите представляват съвкупност от различни измервателни уреди за измерване на параметрите на метеорологичното време. Основните такива уреди са разбира се:

• термометър – за измерване на температурата на въздуха;
• барометър – за измерване на атмосферното налягане;
• хигрометър (влагомер) – за измерване на влажността на въздуха;
• анемометър – за измерване на скоростта и посоката на вятъра;
• дъждомер – за измерване на валежите и др.

Сградата, в която се провеждат метеорологическите наблюдения също се нарича метеостанция.

Тук, обаче ще разгледаме т.н. битови метеостанции, които се използват в домакинствата.

Още от 19 век в обществените сгради и корабните каюткомпании са се използвали, освен часовник и термометър, също така и масивни барометри. Те били поставени в масивни дървени корпуси. С навлизането на електрониката в домакинствата, започват да се появяват на пазара компактни електронни метеостанции, които чрез един или няколко сензора показват температурата в стаята и навън, влажността, атмосферното налягане и анализирайки данните с малък процесор, формират прогноза за времето за ден напред. Работят чрез сменяеми батерии или включени към електрическата мрежа.

Разгледайте метеостанции в магазина на Викиват

Често малкото електронно устройство освен сензори за времето има в корпуса си и електронен часовник с аларма и календар, изобразява фазите на луната и др. Тези многофункционални устройства дават множество данни на един дисплей. По този начин улесняват ежедневието на милиони хора, а освен това са на съвсем достъпни цени.