温度計はどのように気温を測定しますか?

アンドレアス・ミュラー/ EyeEm /ゲッティイメージズ

外はどれくらい暖かいですか？今夜はどのくらい寒くなる？温度計 -- 空気を測定するために使用される器具温度—これは簡単にわかりますが、それがどのように私たちにわかるかは、まったく別の問題です.

温度計がどのように機能するかを理解するには、物理​​学から 1 つのことを覚えておく必要があります。それは、温度が上がると液体の体積 (占有する空間の量) が膨張し、温度が下がると体積が減少するということです。

体温計がさらされると 雰囲気 、周囲の空気の温度が浸透し、最終的に温度計の温度とそれ自体の温度のバランスを取ります。この平衡に達するために温度計とその内部の液体を温める必要がある場合、液体 (温めるとより多くのスペースを占める) は上昇します。これは、液体が狭いチューブの内部に閉じ込められており、上昇するしかないためです。同様に、温度計の液体が空気の温度に達するために冷却する必要がある場合、液体は体積が収縮し、チューブの下に下がります。温度計の温度が周囲の空気の温度と釣り合うと、その液体は動きを止めます。

温度計内の液体の物理的な上昇と下降は、温度計を機能させるものの一部にすぎません。はい、このアクションは温度変化が発生していることを示していますが、それを定量化する数値スケールがなければ、温度変化が何であるかを測定することはできません.このように、温度計のガラスに取り付けられた温度は (受動的ではありますが) 重要な役割を果たします。

誰がそれを発明しましたか: 華氏またはガリレオ?

誰が温度計を発明したかという問題になると、名前のリストは無限にあります。温度計は、1500 年代後半から 16 世紀から 18 世紀にかけてのアイデアの集大成から発展したためです。 ガリレオ・ガリレイ 水で満たされたガラス管を使用するデバイスを開発しました。重みのあるガラスブイがあり、チューブ内で高く浮いたり、外側の空気の熱さまたは冷たさに応じて沈んだりします (溶岩ランプのようなものです)。彼の発明は世界初の「サーモスコープ」でした。

1600 年代初頭、ベネチアの科学者で友人の ガリレオ 、サントリオは、温度変化の値を解釈できるように、ガリレオのサーモスコープに目盛りを追加しました。そうすることで、彼は世界初の原始的な温度計を発明しました。温度計は、1600 年代半ばにフェルディナンド 1 世デ メディチが球根とステム (およびアルコールで満たされた) を備えた密封されたチューブとして再設計するまで、今日私たちが使用している形状を取りませんでした。最後に、1720 年代に、 華氏 彼はこのデザインを採用し、(アルコールや水の代わりに) 水銀を使い始めて「より良く」なり、彼自身の温度計をそれに固定しました。水銀 (凝固点が低く、水やアルコールよりも膨張と収縮がわかりやすい) を使用することで、華氏温度計は氷点下の温度を観測し、より正確な測定値を観測することができました。そして、ファーレンハイトのモデルが最高のものとして認められました。

気象温度計は何をお使いですか？

華氏のガラス温度計を含め、気温の測定に使用される温度計には主に 4 種類あります。

リキッド・イン・グラス。 とも呼ばれている 電球温度計 、これらの基本的な温度計は、全国のスティーブンソンスクリーン気象観測所で今でも使用されています。 国立気象局 毎日の最高気温と最低気温を観測する際の協力気象観測者。それらは、温度を測定するために使用される液体を収容する丸いチャンバー (「バルブ」) を一端に備えたガラス管 (「ステム」) でできています。温度が変化すると、液体の体積が膨張し、ステムに上昇します。または収縮して、茎から球根に向かって収縮します。

これらの昔ながらの温度計がどれほど壊れやすいか嫌いですか?彼らのガラスは、実際には意図的に非常に薄く作られています。ガラスが薄いほど、熱や冷気が通過する材料が少なくなり、液体がその熱や冷気に反応する速度が速くなります。つまり、遅延が少なくなります。

バイメタルまたはスプリング。 家、納屋、または裏庭に取り付けられたダイヤル温度計は、バイメタル温度計の一種です。 (オーブンや冷蔵庫の温度計、炉のサーモスタットもその例です。) 温度を感知するために異なる速度で膨張する 2 つの異なる金属 (通常は鋼と銅) のストリップを使用します。金属の 2 つの異なる膨張率により、ストリップは初期温度以上に加熱されると一方向に曲がり、それ以下に冷却されると逆方向に曲がります。温度は、ストリップ/コイルがどれだけ曲がったかによって決定できます。

熱電。 熱電温度計は、電子センサー (「サーミスター」と呼ばれる) を使用して温度を生成するデジタル デバイスです。 電圧 .電流がワイヤに沿って流れると、温度が変化すると電気抵抗が変化します。この抵抗の変化を測定することで、温度を計算できます。

ガラス製やバイメタル製の温度計とは異なり、熱電温度計は頑丈で反応が速く、人間の目で読み取る必要がないため、自動使用に最適です。そのため、自動化された空港の気象ステーションに最適な温度計です。 (National Weather Service は、これらの AWOS および ASOS ステーションからのデータを使用して、現在の地域の気温を提供します。) ワイヤレスのパーソナル気象ステーションも、熱電技術を使用します。

赤外線。 赤外線温度計は、物体が放出する熱エネルギー (光スペクトルの目に見えない赤外線波長) を検出し、そこから温度を計算することで、離れた場所の温度を測定できます。 赤外線 (IR) 衛星画像 —最高気温と最低気温を示します 雲 明るい白の雲と灰色の低い暖かい雲のように、雲の温度計のようなものと考えることができます。

温度計の仕組みがわかったので、 毎日これらの時間に注意深く見て、最高気温と最低気温がどのくらいになるかを確認してください .

ソース:

• Srivastava、Gyan P.地表気象機器および測定方法。ニューデリー: アトランティック、2008 年。