כיצד מודד מדחום את טמפרטורת האוויר?

כמה חם בחוץ? כמה קר יהיה הלילה? מדחום - מכשיר המשמש למדידת אוויר טמפרטורה- אומר לנו זאת בקלות, אבל איך זה אומר לנו זו שאלה אחרת לחלוטין.

כדי להבין כיצד מדחום עובד, עלינו לזכור דבר אחד מהפיזיקה: שנוזל מתרחב פנימה נפח (כמות החלל שהוא תופס) כאשר הטמפרטורה שלו מתחממת ויורדת בנפח כאשר הטמפרטורה שלה מתקרר.

כאשר מדחום חשוף ל האטמוספירה, הטמפרטורה של האוויר שמסביב תחלחל אליו, ובסופו של דבר תאזן את הטמפרטורה של המדחום עם עצמה - תהליך אשר שם מדעי מפואר הוא "שיווי משקל תרמודינמי." אם המדחום והוא בתוך הנוזל חייב להתחמם כדי להגיע לשיווי משקל זה, הנוזל (שייקח יותר מקום כשמחמם אותו) יעלה מכיוון שהוא נכלא בתוך הצינור הצר ואין לו לאן ללכת אבל למעלה. באופן דומה, אם נוזל המדחום צריך להתקרר בכדי להגיע לטמפרטורת האוויר, הנוזל יתכווץ בנפח ויורד במורד הצינור. ברגע שהטמפרטורה של המדחום מאזנת את האוויר שמסביב, הנוזל שלו יפסיק לנוע.

העלייה והנפילה הפיזית של הנוזל בתוך מדחום היא רק חלק ממה שגורם לו לעבוד. כן, פעולה זו אומרת לכם ששינוי טמפרטורה מתרחש, אך ללא סולם מספרי בכדי לכמת אותו, לא תוכלו למדוד בדיוק מהו שינוי הטמפרטורה. באופן זה, הטמפרטורות המחוברות לזכוכית של מדחום ממלאות תפקיד מפתח (גם אם פסיבי).

כשמדובר בשאלה מי המציא את המדחום, רשימת השמות היא אינסופית. הסיבה לכך היא שהמדחום התפתח מאוסף רעיונות לאורך המאות ה -16 עד ה -18, החל בסוף המאה ה- 1500 כאשר גלילאו גליליי פיתח מכשיר באמצעות צינור זכוכית מלא מים עם מצופי זכוכית משוקללים שיצופו לגובה בצינור או בכיור, תלוי בחום או בקור האוויר מחוצה לו (כמו לבה מנורה). ההמצאה שלו הייתה "התרמוסקופ" הראשון בעולם.

בתחילת 1600s, מדען ונציאני חבר גלילאו, סנטוריו, הוסיף סולם לתרמוסקופ של גלילאו כך שניתן יהיה לפרש את ערך שינוי הטמפרטורה. בכך הוא המציא את המדחום הפרימיטיבי הראשון בעולם. המדחום לא קיבל את הצורה בה אנו משתמשים היום עד שפרדיננדו דה-מדיצ'י עיצב אותו מחדש כצינור אטום ובו נורה וגבעול (ומלא באלכוהול) באמצע שנות ה- 1600. לבסוף, בשנות העשרים של המאה העשרים, פרנהייט לקח את העיצוב הזה ו"היטב אותו "כשהחל להשתמש בכספית (במקום אלכוהול או מים) והצמיד אליו את סולם הטמפרטורה שלו. על ידי שימוש בכספית (שיש לה נקודת הקפאה נמוכה יותר, וההתרחבות וההתכווצות שלה נראים יותר מזו של מים או אלכוהול), המדחום של פרנהייט איפשר לצפות בטמפרטורות מתחת להקפאה ולבצע מדידות מדויקות יותר נצפים. וכך, המודל של פרנהייט התקבל כטוב ביותר.

כולל מדחום הזכוכית של פרנהייט, ישנם 4 סוגים עיקריים של מדחומים המשמשים לצריכת טמפרטורות אוויר:

נוזל בכוס. המכונה גם מדי חום נורה, מדי חום בסיסיים אלה משמשים עדיין בתחנות מזג אוויר סטיבנסון מסך ברחבי הארץ שירות מזג האוויר הלאומי משקפי מזג אוויר שיתופיים כאשר מבצעים את תצפיות הטמפרטורה המרבית והמינימלית היומית. הם עשויים מצינור זכוכית ("הגבעול") עם תא עגול ("הנורה") בקצה אחד המאכלס את הנוזל המשמש למדידת הטמפרטורה. ככל שהטמפרטורה משתנה, נפח הנוזל מתרחב וגורם לו לעלות לגבעול; או מתכווץ, מכריח אותו להתכווץ חזרה מהגבעול לעבר הנורה.

שונאים כמה שבירים הם המדחומים המיושנים האלה? הזכוכית שלהם עשויה למעשה דק מאוד בכוונה. ככל שהזכוכית דקה יותר, כך פחות חומר יעבור לחום או לקור, וככל שהנוזל מגיב לחום או לקור הזה - כלומר יש פחות פיגור.

דו-מטאלי או קפיץ. מדחום החוגה המותקן על ביתך, אסם או בחצר האחורית שלך הוא סוג של מדחום דו-מתכתי. (מדחומים לתנור ולמקרר שלך וגם לתרמוסטט לתנור הם גם דוגמאות אחרות.) הוא משתמש ב רצועה של שתי מתכות שונות (בדרך כלל פלדה ונחושת) המתרחבות בקצב שונה לחוש טמפרטורות. שני שיעורי ההתפשטות השונים של המתכות מאלצים את הרצועה להתכופף לכיוון אחד אם הוא מחומם מעל הטמפרטורה הראשונית שלה, ובכיוון ההפוך אם מקורר מתחתיו. ניתן לקבוע את הטמפרטורה לפי כמה הרצועה / סליל התכופף.

תרמו-אלקטריק. מדחומים תרמו-אלקטרוניים הם מכשירים דיגיטליים המשתמשים בחיישן אלקטרוני (המכונה "תרמיסטור") כדי לייצר מתח חשמלי. כאשר הזרם החשמלי נע לאורך חוט, ההתנגדות החשמלית שלו תשתנה ככל שהטמפרטורה תשתנה. על ידי מדידת שינוי זה בהתנגדות ניתן לחשב את הטמפרטורה.

שלא כמו בני הדודים והזכוכית הדו-מתכלית שלהם, מדחומים תרמו-אלקטריים הם מחוספסים, מגיבים במהירות ואינם צריכים לקרוא עיניים אנושיות, מה שהופך אותם למושלמים לשימוש אוטומטי. זו הסיבה שהם מדחום הבחירה עבור תחנות מזג אוויר אוטומטיות בשדות תעופה. (שירות מזג האוויר הלאומי משתמש בנתונים מתחנות AWOS ו- ASOS אלה בכדי להביא לך את הטמפרטורות המקומיות הנוכחיות שלך.) תחנות מזג אוויר אלחוטיות אישיות משתמשות גם בטכניקה התרמו-אלקטרית.

אינפרא אדום. מדי חום אינפרא אדום מסוגלים למדוד את הטמפרטורה במרחק על ידי זיהוי כמות אנרגיית החום (בתוך אורך הגל האינפרא אדום הבלתי נראה של ספקטרום האור) אובייקט מפטיר ומחושב טמפרטורה מ זה. תמונות לוויין אינפרא אדום (IR)- מה שמראה את הגבוה והקר ביותר עננים כעננים לבנים בוהקים, ועננים נמוכים וחמים כמו אפורים - ניתן לחשוב עליהם כמעין מדחום ענן.

עכשיו שאתה יודע איך מדחום עובד, צפה בזה מקרוב בזמנים אלה בכל יום כדי לראות מה תהיה טמפרטורת האוויר הגבוהה והנמוכה ביותר שלך.

• Srivastava, Gyan P. מכשירים מטאורולוגיים משטחים ושיטות מדידה. ניו דלהי: אטלנטיק, 2008.