Termometri

Termometri a quadrante

Non tutti i termometri funzionano così, però. Quello mostrato nella foto in alto ha una lancetta di metallo che si muove su e giù per una scala circolare. Aprite uno di questi termometri e vedrete che la lancetta è montata su un pezzo di metallo a spirale chiamato striscia bimetallica che è progettato per espandersi e piegarsi come itgets più caldo (vedi il nostro articolo sui termostati per scoprire come funziona).più la temperatura è calda, più la striscia bimetallica si espande, e più spinge il puntatore su per la scala.

Artwork: Come funziona un termometro a quadrante: Questo è il meccanismo che alimenta un tipico termometro a quadrante, illustrato in un brevetto di Charles W. Putnam del 1905. In alto, abbiamo la solita disposizione dell’indicatore e del quadrante. L’illustrazione in basso mostra cosa succede sul retro. Una striscia bimetallica (gialla) è strettamente avvolta e attaccata sia al telaio del termometro che alla lancetta. È fatta di due metalli diversi legati insieme, che si espandono in quantità diverse quando si riscaldano. Quando la temperatura cambia, la striscia bimetallica si curva più o meno strettamente (si contrae o si espande) e la lancetta, attaccata ad essa, si muove su o giù per la scala. Artworkfrom US Patent 798,211: Thermometer courtesy of US Patent and Trademark Office.

Foto: Ecco la striscia bimetallica arrotolata di un vero termometro a quadrante (il termometro per congelatore nella nostra foto in alto). È facile vedere come funziona: se si gira il puntatore con la mano verso temperature più fredde, la striscia arrotolata si stringe; girando il puntatore dall’altra parte, la striscia si allenta.

Termometri elettronici

Un problema dei termometri a mercurio e a quadrante è che ci mettono un po’ a reagire ai cambiamenti di temperatura. I termometri elettronici non hanno questo problema: basta toccare la sonda del termometro sull’oggetto di cui si vuole misurare la temperatura e il display digitale fornisce una lettura della temperatura (quasi) istantanea.

Foto: Termometro medico elettronico del 2010. Si mette la sonda metallica in bocca, o da qualche altra parte del corpo, e si legge la temperatura sul display LCD.

I termometri elettronici funzionano in un modo completamente diverso da quelli meccanici che usano linee di mercurio o puntatori rotanti. si basano sull’idea che la resistenza di un pezzo di metallo (la facilità con cui l’elettricità scorre attraverso di esso) cambia al variare della temperatura. Quando i metalli diventano più caldi, gli atomi vibrano di più al loro interno, è più difficile per l’elettricità fluire e la resistenza aumenta. Allo stesso modo, quando i metalli si raffreddano, gli elettroni si muovono più liberamente e la resistenza scende. (A temperature vicine allo zero assoluto, la più bassa temperatura teoricamente possibile di -273,15°C o -459,67°F, la resistenza scompare completamente in un fenomeno chiamato superconduttività.)

Un termometro elettronico funziona mettendo una tensione attraverso la sua sonda metallica e misurando quanta corrente scorre attraverso di essa. Se si mette la sonda in acqua bollente, il calore dell’acqua fa fluire meno facilmente la corrente attraverso la sonda, così la resistenza sale di una quantità precisamente misurabile. Un microchip all’interno del termometro misura la resistenza e la converte in una misura della temperatura.

Foto: Termometro a resistenza elettrica del 1912: Questo esempio di termometro a resistenza a ponte fu costruito da Leeds e Northrup e usato per le misure di temperatura al National Bureau of Standards degli Stati Uniti (ora NIST) all’inizio del XX secolo. Nonostante il suo aspetto pesante e goffo, è accurato entro 0,0001 gradi. Foto per gentile concessione del National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899.

Il vantaggio principale di termometri come questo è che possono dare una lettura istantanea in qualsiasi scala di temperatura che ti piace – Celsius, Fahrenheit o qualsiasi altra. Ma uno dei loro svantaggi è che misurano la temperatura da un momento all’altro, quindi i numeri che mostrano possono fluttuare quitedrammaticamente, rendendo a volte difficile fare una lettura accurata.

I termometri elettrici precisi, noti come termometri a resistenza, usano quattro resistenze disposte in un circuito a forma di diamante chiamato ponte di Wheatstone. Se tre delle resistenze hanno valori noti, la resistenza della quarta è facile da calcolare. Se la quarta resistenza è progettata a forma di sonda di temperatura, un circuito come questo può essere usato come un termometro molto preciso: calcolando la sua resistenza (dalla sua tensione e corrente) ci permette di calcolare la sua temperatura.

Misurare temperature estreme

Se vuoi misurare qualcosa che è troppo caldo o freddo per essere gestito da un termometro convenzionale, avrai bisogno di una termocoppia: un dispositivo astuto che misura la temperatura misurando l’elettricità. E se non puoi avvicinarti abbastanza per usare anche una termocoppia, potresti provare a usare un pirometro, un tipo di termometro che deduce la temperatura di un oggetto dalla radiazione elettromagnetica che emana.