Măsurarea temperaturii - Tehnologii

(Un termometru medical/clinic care arată temperatura de 37,5 °C)

Măsurarea temperaturii, cunoscută și sub denumirea de termometrie, descrie procesul de măsurare a unei temperaturi locale actuale pentru o evaluare imediată sau ulterioară. Seturile de date constând în măsurători standardizate repetate pot fi utilizate pentru a evalua tendințele de temperatură.

Istorie

Încercările de măsurare a temperaturii standardizate înainte de secolul al XVII-lea au fost brute în cel mai bun caz. De exemplu, în 170 AD, medicul Claudius Galenus a amestecat porțiuni egale de gheață și apă fiartă pentru a crea un standard de temperatură „neutru”. Domeniul științific modern își are originea în lucrările oamenilor de știință florentini din anii 1600, incluzând dispozitivele lui Galileo Galilei capabile să măsoare schimbarea relativă a temperaturii, dar supuse și confuziei datorată schimbărilor de presiune atmosferică. Aceste dispozitive timpurii erau numite termoscoape. Primul termometru închis a fost construit în 1641 de Marele Duce de Toscani, Ferdinand al II-lea. Dezvoltarea termometrelor și a scalelor de astăzi de astăzi a început în secolul al XVIII-lea, când Gabriel Fahrenheit a produs un termometru cu mercur și o scală, ambele dezvoltate de Ole Christensen Rømer. Scara Fahrenheit este încă în uz, alături de scalele Celsius și Kelvin.

Tehnologii

(Pirometru optic.)

Au fost dezvoltate multe metode pentru măsurarea temperaturii. Cele mai multe dintre acestea se bazează pe măsurarea unor proprietăți fizice ale unui material de lucru care variază în funcție de temperatură. Unul dintre cele mai frecvente dispozitive pentru măsurarea temperaturii este termometrul din sticlă. Acesta constă dintr-un tub de sticlă umplut cu mercur sau alt lichid, care acționează ca fluid de lucru. Creșterea temperaturii determină extinderea fluidului, astfel încât temperatura să poată fi determinată prin măsurarea volumului fluidului. Astfel de termometre sunt de obicei calibrate astfel încât să se poată citi temperatura doar prin observarea nivelului lichidului din termometru. Un alt tip de termometru, care nu este utilizat cu adevărat în practică, dar este important din punct de vedere teoretic, este termometrul cu gaz.

Alte dispozitive importante pentru măsurarea temperaturii includ:

termocuplu
termistor
detector de temperatură de rezistență
pirometru
sondă Langmuir (pentru temperatura electronică a unei plasme)
infraroşu
alte termometre

Trebuie să aveți grijă când măsurați temperatura, pentru a vă asigura că instrumentul de măsurare (termometru, termocuplu etc.) este într-adevăr la aceeași temperatură ca și materialul măsurat. În anumite condiții, căldura de la instrumentul de măsurare poate cauza un gradient al temperaturii, astfel încât temperatura măsurată este diferită de temperatura reală a sistemului. În acest caz, temperatura măsurată va varia nu numai cu temperatura sistemului, ci și cu proprietățile de transfer termic ale sistemului.

Confortul termic al oamenilor, animalelor și plantelor presupune mai mult decât temperatura afișată pe un termometru de sticlă. Nivelurile de umiditate relativă în aerul ambiental pot determina o răcire mai mult sau mai puțin prin evaporare. Măsurarea temperaturii cu termometru umed normalizează acest efect de umiditate. Temperatura medie radiantă poate, de asemenea, să afecteze confortul termic. Factorul de răcire a vântului face că vremea să se simtă mai rece în condiții de vânt decât în condiții de calm atmosferic, chiar dacă un termometru de sticlă arată aceeași temperatură. Debitul de aer crește rata de transfer de căldură din sau în corp, determinând o schimbare mai mare a temperaturii corpului pentru aceeași temperatură ambientală.

Baza teoretică a termometrelor este principiul zero al termodinamicii, care postulează faptul că dacă ai trei corpuri, A, B și C, dacă A și B sunt la aceeași temperatură și B și C sunt la aceeași temperatură, atunci A și C sunt la aceeași temperatură. B, desigur, este termometrul.

Baza practică a termometriei este existența celulelor cu puncte triple. Punctele triple sunt condiții de presiune, volum și temperatură, astfel încât sunt prezente simultan trei faze, de exemplu solide, vapori și lichide. Pentru o singură componentă nu există grade de libertate la un punct triplu și orice schimbare a celor trei variabile are ca rezultat că una sau mai multe dintre faze dispar din celulă. Prin urmare, celulele cu puncte triple pot fi folosite ca referințe universale pentru temperatură și presiune.

În anumite condiții, devine posibilă măsurarea temperaturii printr-o utilizare directă a legii lui Planck privind radiația corpului negru. De exemplu, temperatura cosmică a fundalului cu microunde a fost măsurată din spectrul de fotoni observat prin observații prin satelit, cum ar fi WMAP. În studiul plasmei cuarc-gluon prin coliziuni de ioni grei, spectrele particulare singulare servesc uneori ca termometru.

Termometria non-invazivă

În ultimele decenii, s-au dezvoltat numeroase tehnici termometrice. Cele mai promițătoare și răspândite tehnici termocentrice non-invazive se bazează pe analiza imaginilor de rezonanță magnetică, a imaginilor de tomografie computerizată și a imaginilor ecotomografice. Aceste tehnici permit monitorizarea temperaturii în țesuturi fără introducerea unui element de detectare.

Temperatura aerului de suprafață

Temperatura aerului din apropierea suprafeței Pământului este măsurată la observatoare meteorologice și stații meteorologice, de obicei folosind termometre plasate într-un ecran Stevenson, un adăpost instrumentat, bine ventilat, de culoare albă. Termometrele trebuie poziționate la 1,25-2 m deasupra solului. Detaliile acestei configurații sunt definite de Organizația Mondială a Meteorologiei (WMO).

O adevărată medie zilnică ar putea fi obținută de la un termograf de înregistrare continuă. În mod obișnuit, aceasta este aproximată prin media măsurărilor discrete (un anumit număr de citiri pe oră) sau prin media citirilor zilnice minime și maxime (deși acestea din urmă pot conduce la temperaturi medii de până la 1 ° C mai rece sau mai cald decât media reală, în funcție de timpul de observare).

Temperatura medie a aerului de suprafață în lume este de aproximativ 14 °C.