Termometrar

Terminaltermometrar

Alla termometrar fungerar dock inte på detta sätt. Den som visas på vår översta bild har en metallpekare som rör sig uppåt och nedåt på en cirkulär skala. Om du öppnar en av dessa termometrar ser du att visaren är monterad på en spiralformad metallbit som kallas bimetallremsa och som är utformad för att expandera och böjas när den blir varmare (se vår artikel om termostater för att ta reda på hur det fungerar).Ju varmare temperaturen är, desto mer expanderar bimetallremsan och desto mer pressar den visaren uppåt på skalan.

Artwork: Hur en termometer fungerar: Detta är mekanismen som driver en typisk termometer, illustrerad i ett patent av Charles W. Putnam från 1905. Överst har vi det vanliga arrangemanget med visare och urtavla. Det nedre konstverket visar vad som händer på baksidan. En bimetallisk remsa (gul) är tätt upprullad och fäst både på termometerns ram och på visaren. Den består av två olika metaller som är bundna till varandra och som expanderar olika mycket när de värms upp. När temperaturen förändras kröker sig bimetallbandet mer eller mindre hårt (drar ihop sig eller expanderar) och visaren, som är fäst vid den, rör sig uppåt eller nedåt på skalan. Artwork from US Patent 798,211: Thermometer courtesy of US Patent and Trademark Office.

Foto: Här är det bimetalliska bimetalliska bandet från en riktig termometer med frysskiva (frysskivans termometer i vår översta bild). Det är lätt att se hur den fungerar: om du vrider pekaren med handen mot kallare temperaturer stramas den upprullade remsan åt; vrider du pekaren åt andra hållet lossnar remsan.

Elektroniska termometrar

Ett problem med kvicksilver- och urtavletermometrar är att det tar ett tag innan de reagerar på temperaturförändringar. Elektroniska termometrar har inte det problemet: du rör helt enkelt termometersonden på föremålet vars temperatur du vill mäta och den digitala displayen ger dig en (nästan) omedelbar temperaturavläsning.

Foto: Foto: Elektronisk medicinsk termometer från 2010. Du sätter metallsonden i munnen eller någon annanstans på kroppen och läser av temperaturen på LCD-displayen.

Elektroniska termometrar fungerar på ett helt annat sätt än mekaniska termometrar som använder kvicksilverlinjer eller snurrande visare.De bygger på idén att motståndet hos en metallbit (hur lätt det är för elektriciteten att flöda genom den) förändras i takt med att temperaturen förändras. När metaller blir varmare vibrerar atomerna mer inom dem, det är svårare för elektriciteten att flöda och motståndet ökar.På samma sätt rör sig elektronerna friare när metaller kyls ner och motståndet minskar. (Vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten, den lägsta teoretiskt möjliga temperaturen på -273,15 °C eller -459,67 °F, försvinner motståndet helt och hållet i ett fenomen som kallas supraledning.)

En elektronisk termometer fungerar genom att sätta en spänning över metallsonden och mäta hur mycket ström som flyter genom den. Om du sätter sonden i kokande vatten får vattnets värme strömmen att flyta sämre genom sonden så att motståndet ökar med en exakt mätbar mängd. Ett mikrochip inuti termometern mäter motståndet och omvandlar det till ett temperaturmått.

Foto: Foto: Elektrisk motståndstermometer från 1912: Detta exempel på en motståndstermometer av bryggtyp byggdes av Leeds och Northrup och användes för temperaturmätningar vid US National Bureau of Standards (numera NIST) i början av 1900-talet. Trots sitt klumpiga och klumpiga utseende är den exakt med en noggrannhet på 0,0001 grader.Foto: National Institute of Standards and Technology Digital Collections, Gaithersburg, MD 20899.

Den största fördelen med termometrar som denna är att de kan ge en omedelbar avläsning i vilken temperaturskala som helst – Celsius, Fahrenheit eller vad det nu råkar vara. Men en av deras nackdelar är att de mäter temperaturen från ögonblick till ögonblick, så siffrorna de visar kan fluktuera kvittramatiskt, vilket ibland gör det svårt att göra en exakt avläsning.

Precisa elektriska termometrar, så kallade motståndstermometrar, använder fyra motstånd som är placerade i en diamantformad krets som kallas Wheatstone-bron. Om tre av motstånden har kända värden är det lätt att beräkna motståndet hos den fjärde. Om det fjärde motståndet utformas i form av en temperatursond kan en krets som denna användas som en mycket exakt termometer: genom att beräkna motståndet (från dess spänning och ström) kan vi beräkna dess temperatur.

Mätning av extrema temperaturer

Om du vill mäta något som är för varmt eller kallt för att en konventionell termometer ska kunna hantera det, behöver du ett termoelement: en listig apparat som mäter temperaturen genom att mäta elektricitet. Om du inte kan komma tillräckligt nära för att använda en termokoppling kan du försöka använda en pyrometer, en typ av termometer som drar slutsatsen om ett föremåls temperatur från den elektromagnetiska strålning som det avger.