Teploměry

Teploměry s číselníkem

Ne všechny teploměry však fungují tímto způsobem. Ten na naší horní fotografii má kovový ukazatel, který se pohybuje nahoru a dolů po kruhové stupnici. Otevřete jeden z těchto teploměrů a uvidíte, že ukazatel je upevněn na svinutém kousku kovu zvaném bimetalický pásek, který je navržen tak, aby se při zahřívání rozpínal a ohýbal (jak to funguje, se dozvíte v našem článku o termostatech).Čím vyšší je teplota, tím více se bimetalický pásek rozpíná a tím více posouvá ukazatel nahoru po stupnici.

Artwork: Jak funguje číselníkový teploměr: Toto je mechanismus, který pohání typický číselníkový teploměr, znázorněný na patentu Charlese W. Putnama z roku 1905. V horní části máme obvyklé uspořádání ukazatele a číselníku. Spodní kresba ukazuje, co se děje vzadu. Bimetalový pásek (žlutý) je pevně stočen a připevněn jak k rámu teploměru, tak k ukazateli. Skládá se ze dvou různých kovů spojených dohromady, které se při zahřívání různě rozpínají. Při změně teploty se bimetalový pásek více či méně pevně zakřivuje (smršťuje nebo rozpíná) a ukazatel, který je k němu připevněn, se pohybuje po stupnici nahoru nebo dolů. Artworkfrom US Patent 798,211: Thermometer courtesy of US Patent and Trademark Office.

Foto: Zde je stočený bimetalový pásek ze skutečného číselníkového teploměru (teploměr v mrazáku na naší horní fotografii). Je dobře vidět, jak to funguje: pokud ručičkou otočíte ukazatelem směrem k nižším teplotám, svinutý proužek se napne; otočíte-li ukazatelem na opačnou stranu, proužek se uvolní.

Elektronické teploměry

Jedním z problémů rtuťových a číselníkových teploměrů je, že jim chvíli trvá, než zareagují na změny teploty. Elektronické teploměry tento problém nemají: jednoduše se dotknete sondou teploměru předmětu, jehož teplotu chcete změřit, a digitální displej vám (téměř) okamžitě ukáže teplotu.

Foto: Elektronický lékařský teploměr z roku 2010. Kovovou sondu si vložíte do úst nebo na jiné místo na těle a teplotu odečtete z LCD displeje.

Elektronické teploměry fungují úplně jinak než ty mechanické, které používají rtuťové čáry nebo rotující ukazatele.Jsou založeny na myšlence, že odpor kusu kovu (snadnost, s jakou jím protéká elektřina) se mění se změnou teploty. Když se kovy zahřívají, atomy v nich více vibrují, elektřina jimi hůře proudí a odpor se zvyšuje. podobně, když se kovy ochlazují, elektrony se pohybují volněji a odpor klesá. (Při teplotách blízkých absolutní nule, což je nejnižší teoreticky možná teplota -273,15 °C nebo -459,67 °F, odpor zcela mizí v důsledku jevu zvaného supravodivost.)

Elektronický teploměr funguje tak, že se na jeho kovovou sondu přivede napětí a měří se, jaký proud jí protéká. Pokud vložíte sondu do vroucí vody, teplo vody způsobí, že elektrický proud protéká sondou méně snadno, takže odpor se zvýší o přesně měřitelnou hodnotu. Mikročip uvnitř teploměru měří odpor a převádí jej na měření teploty.

Foto: Elektrický odporový teploměr z roku 1912: Tento příklad odporového teploměru můstkového typu sestrojili Leeds a Northrup a používali jej pro měření teploty v americkém Národním úřadu pro standardy (nyní NIST) na počátku 20. století. Navzdory svému těžkopádnému a neohrabanému vzhledu je přesný s přesností na 0,0001 stupně.Foto s laskavým svolením National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899.

Hlavní výhodou teploměrů, jako je tento, je to, že mohou poskytovat okamžité údaje v libovolné teplotní stupnici – podle Celsia, Fahrenheita nebo jakékoliv jiné. Jednou z jejich nevýhod však je, že měří teplotu z okamžiku na okamžik, takže čísla, která ukazují, mohou kmitavě kolísat, což někdy ztěžuje přesné měření.

Přesné elektrické teploměry, známé jako odporové teploměry, používají čtyři rezistory uspořádané v obvodu ve tvaru kosočtverce zvaném Wheatstoneův můstek. Pokud mají tři z rezistorů známé hodnoty, odpor čtvrtého lze snadno vypočítat. Pokud je čtvrtý rezistor navržen ve tvaru teplotní sondy, lze takový obvod použít jako velmi přesný teploměr: výpočet jeho odporu (z jeho napětí a proudu) nám umožní vypočítat jeho teplotu.

Měření extrémních teplot

Pokud chcete měřit něco, co je příliš horké nebo studené, než aby to zvládl běžný teploměr, budete potřebovat termočlánek: důmyslné zařízení, které měří teplotu pomocí měření elektřiny. A pokud se nemůžete dostat dostatečně blízko, abyste mohli použít i termočlánek, můžete zkusit použít pyrometr, což je druh teploměru, který odvozuje teplotu předmětu z elektromagnetického záření, které vydává.