Hőmérők

Tárcsás hőmérők

Nem minden hőmérő működik azonban így. A felső képen látható hőmérőnek egy fémmutatója van, amely felfelé és lefelé mozog egy kör alakú skálán. Ha kinyitja az egyik ilyen hőmérőt, látni fogja, hogy a mutató egy tekercselt fémdarabra, egy úgynevezett bimetálcsíkra van szerelve, amelyet úgy terveztek, hogy táguljon és hajoljon, ahogy melegszik (lásd a termosztátokról szóló cikkünket, hogy megtudja, hogyan működik).Minél melegebb a hőmérséklet, annál jobban tágul a bimetálcsík, és annál jobban tolja felfelé a mutatót a skálán.

Artwork: Hogyan működik egy tárcsás hőmérő: Charles W. Putnam 1905-ös szabadalmán látható ez a mechanizmus, amely egy tipikus tárcsás hőmérőt működtet. A tetején a szokásos mutató és számlap elrendezés látható. Az alsó műalkotás azt mutatja, hogy mi történik hátul. Egy bimetálcsík (sárga) szorosan fel van tekerve, és mind a hőmérő keretéhez, mind a mutatóhoz rögzítve van. Ez két különböző fémből áll, amelyek különböző mértékben tágulnak, amikor felmelegednek. A hőmérséklet változásával a bimetálcsík jobban vagy kevésbé szorosan görbül (összehúzódik vagy kitágul), és a hozzá rögzített mutató felfelé vagy lefelé mozog a skálán. Artworkfrom US Patent 798,211: Thermometer courtesy of US Patent and Trademark Office.

Fotó: Itt a tekercselt bimetálcsík egy valódi tárcsás hőmérőből (a fagyasztó hőmérő a felső képen). Könnyen látható, hogyan működik: ha a mutatót a kezünkkel a hidegebb hőmérséklet felé fordítjuk, a tekercselt csík megfeszül; ha a másik irányba fordítjuk a mutatót, a csík meglazul.

Elektronikus hőmérők

A higanyos és számlapos hőmérők egyik problémája, hogy a hőmérsékletváltozásra csak lassan reagálnak. Az elektronikus hőmérőknél ez a probléma nem áll fenn: a hőmérő szondát egyszerűen hozzá kell érinteni ahhoz a tárgyhoz, amelynek a hőmérsékletét meg akarjuk mérni, és a digitális kijelző (szinte) azonnal megadja a hőmérsékletet.

Fotó: Elektronikus orvosi hőmérő 2010-ből. A fémszondát a szájába vagy a teste más pontjára helyezi, és az LCD kijelzőről leolvassa a hőmérsékletet.

Az elektronikus hőmérők teljesen másképp működnek, mint a higanyszálakat vagy forgó mutatót használó mechanikus hőmérők, amelyek azon az elképzelésen alapulnak, hogy egy fémdarab ellenállása (az, hogy mennyire könnyen áramlik át rajta az elektromosság) változik a hőmérséklet változásával. Ahogy a fémek felforrósodnak, az atomok jobban rezegnek bennük, az elektromosság nehezebben áramlik, és az ellenállás nő.Hasonlóképpen, ahogy a fémek lehűlnek, az elektronok szabadabban mozognak, és az ellenállás csökken. (Az abszolút nullához közeli hőmérsékleten, az elméletileg lehetséges legalacsonyabb hőmérsékleten, -273,15°C-on az ellenállás teljesen megszűnik a szupravezetésnek nevezett jelenségben.)

Az elektronikus hőmérő úgy működik, hogy feszültséget kapcsolunk a fémszondára, és mérjük, hogy mennyi áram folyik át rajta. Ha a szondát forró vízbe tesszük, a víz hője miatt az áram nehezebben áramlik át a szondán, így az ellenállás pontosan mérhető mértékben megnő. A hőmérőben lévő mikrochip méri az ellenállást, és azt a hőmérséklet mérésére alakítja át.

Fotó: Elektromos ellenállás-hőmérő 1912-ből: Ezt a híd típusú ellenálláshőmérőt Leeds és Northrup építette, és az amerikai Nemzeti Szabványügyi Hivatalban (ma NIST) használták hőmérsékletmérésekhez a 20. század elején. Vaskos és nehézkes megjelenése ellenére 0,0001 fokos pontossággal működik.A fénykép a National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899 jóvoltából.

Az ilyen hőmérők fő előnye, hogy bármilyen tetszőleges hőmérsékleti skálán – Celsius, Fahrenheit, vagy bármi más – azonnal leolvasható. Egyik hátrányuk azonban az, hogy a hőmérsékletet pillanatról pillanatra mérik, így az általuk mutatott számok meglehetősen drasztikusan ingadozhatnak, ami néha megnehezíti a pontos leolvasást.

A pontos elektromos hőmérők, az úgynevezett ellenállás-hőmérők négy ellenállást használnak, amelyek egy Wheatstone-hídnak nevezett, gyémánt alakú áramkörben helyezkednek el. Ha három ellenállás értéke ismert, a negyedik ellenállása könnyen kiszámítható. Ha a negyedik ellenállást hőmérsékletmérő alakúra tervezzük, egy ilyen áramkör nagyon pontos hőmérőként használható: az ellenállás kiszámítása (a feszültségből és az áramból) lehetővé teszi a hőmérséklet kiszámítását.

Szélsőséges hőmérsékletek mérése

Ha olyasmit akarunk mérni, ami túl meleg vagy hideg ahhoz, hogy egy hagyományos hőmérővel kezelni lehessen, akkor hőelemre lesz szükségünk: egy ravasz szerkezetre, amely a hőmérsékletet elektromosság mérésével méri. Ha pedig nem tudsz elég közel menni ahhoz, hogy akár egy termoelemet is használj, megpróbálkozhatsz egy pirométerrel, amely egyfajta hőmérő, amely egy tárgy hőmérsékletét az általa kibocsátott elektromágneses sugárzásból állapítja meg.