Como um termômetro mede a temperatura do ar?

Quão quente está lá fora? Quão frio será esta noite? Um termômetro - um instrumento usado para medir o ar temperatura- facilmente nos diz isso, mas como nos diz isso é outra questão inteiramente.

Para entender como um termômetro funciona, precisamos ter em mente uma coisa da física: que um líquido se expande em volume (a quantidade de espaço que ocupa) quando sua temperatura aquece e diminui em volume quando sua temperatura esfria.

Quando um termômetro é exposto a a atmosfera, a temperatura do ar circundante o permeará, eventualmente equilibrando a temperatura do termômetro com a sua própria - um processo cujo nome científico sofisticado é "equilíbrio termodinâmico". Se o termômetro e o líquido interno estiverem quentes para atingir esse equilíbrio, o líquido (que ocupará mais espaço quando aquecido) aumentará porque está preso dentro de um tubo estreito e não tem para onde ir mas para cima. Da mesma forma, se o líquido do termômetro precisar esfriar para atingir a temperatura do ar, o líquido diminuirá de volume e diminuirá o tubo. Quando a temperatura do termômetro balança a do ar circundante, seu líquido para de se mover.

A ascensão e queda física do líquido dentro de um termômetro é apenas parte do que o faz funcionar. Sim, esta ação informa que uma mudança de temperatura está ocorrendo, mas sem uma escala numérica para quantificá-la, você não poderá medir exatamente qual é a mudança de temperatura. Dessa maneira, as temperaturas ligadas ao vidro de um termômetro desempenham um papel fundamental (embora passivo).

Quando se trata de quem inventou o termômetro, a lista de nomes é interminável. Isso ocorre porque o termômetro se desenvolveu a partir de uma compilação de idéias dos séculos 16 a 18, começando no final de 1500 quando Galileo Galilei desenvolveu um dispositivo usando um tubo de vidro cheio de água com bóias de vidro pesadas que flutuavam alto no tubo ou na pia, dependendo do calor ou frio do ar externo (como uma lava luminária). Sua invenção foi o primeiro "termoscópio" do mundo.

No início de 1600, o cientista veneziano e amigo de GalileuSantorio adicionou uma escala ao termoscópio de Galileu para que o valor da mudança de temperatura pudesse ser interpretado. Ao fazer isso, ele inventou o primeiro termômetro primitivo do mundo. O termômetro não assumiu a forma que usamos hoje até Ferdinando I de 'Medici redesenhá-lo como um tubo selado com bulbo e haste (e cheio de álcool) em meados dos anos 1600. Finalmente, na década de 1720, Fahrenheit pegou esse design e "melhorou" quando começou a usar mercúrio (em vez de álcool ou água) e fixou sua própria escala de temperatura. Usando mercúrio (que tem um ponto de congelamento mais baixo e cuja expansão e contração é mais visível do que a água ou álcool), o termômetro de Fahrenheit permitiu observar temperaturas abaixo de zero e medidas mais precisas observado. E assim, o modelo de Fahrenheit foi aceito como o melhor.

Incluindo o termômetro de vidro da Fahrenheit, existem 4 tipos principais de termômetros usados ​​para medir a temperatura do ar:

Líquido em vidro. Também chamado termômetros de bulbo, esses termômetros básicos ainda são usados ​​nas estações meteorológicas da Stevenson Screen em todo o país Serviço Nacional de Meteorologia Observadores Cooperativos do Tempo ao realizar as observações diárias de temperatura máxima e mínima. Eles são feitos de um tubo de vidro (a "haste") com uma câmara redonda (a "lâmpada") em uma extremidade que abriga o líquido usado para medir a temperatura. À medida que a temperatura muda, o volume de líquido se expande, fazendo com que ele suba na haste; ou contratos, forçando-o a recuar para fora da haste em direção à lâmpada.

Odeio quão frágeis são esses termômetros à moda antiga? Seu vidro é realmente muito fino de propósito. Quanto mais fino o vidro, menos material existe para passar o calor ou o frio e mais rápido o líquido responde a esse calor ou frio - ou seja, há menos atraso.

Bi-metálico ou mola. O termômetro de discagem montado em sua casa, celeiro ou quintal é um tipo de termômetro bimetálico. (Os termômetros do forno e da geladeira e o termostato do forno também são outros exemplos.) Ele usa um tira de dois metais diferentes (geralmente aço e cobre) que se expandem em taxas diferentes para detectar temperaturas. As duas taxas de expansão diferentes dos metais forçam a tira a dobrar-se de uma maneira se for aquecida acima de sua temperatura inicial e na direção oposta se for resfriada abaixo dela. A temperatura pode ser determinada pelo quanto a tira / bobina dobrou.

Termoelétrico. Termômetros termoelétricos são dispositivos digitais que usam um sensor eletrônico (chamado de "termistor") para gerar um tensão elétrica. À medida que a corrente elétrica viaja ao longo de um fio, sua resistência elétrica muda à medida que a temperatura muda. Medindo essa mudança na resistência, a temperatura pode ser calculada.

Ao contrário de seus primos de vidro e bi-metálicos, os termômetros termoelétricos são robustos, respondem rapidamente e não precisam ser lidos pelos olhos humanos, o que os torna perfeitos para uso automatizado. É por isso que eles são o termômetro de escolha para estações meteorológicas de aeroportos automatizadas. (O Serviço Nacional de Meteorologia usa dados dessas estações AWOS e ASOS para fornecer suas temperaturas locais atuais.) As estações meteorológicas pessoais sem fio também usam a técnica termoelétrica.

Infravermelho. Termômetros infravermelhos são capazes de medir a temperatura à distância, detectando quanta energia térmica (em comprimento de onda infravermelho invisível do espectro de luz) que um objeto emite e calcula a temperatura de isto. Imagens de satélite por infravermelho (IR)—Que mostra o mais alto e o mais frio nuvens como nuvens brancas brilhantes e baixas e quentes como cinza - pode ser pensado como uma espécie de termômetro de nuvem.

Agora que você sabe como um termômetro funciona, observe-o com atenção nesses horários todos os dias para ver quais serão as temperaturas mais altas e mais baixas do ar.

• Srivastava, Gyan P. Instrumentos Meteorológicos de Superfície e Práticas de Medição. Nova Deli: Atlântico, 2008.