Termometar
Termometar(franc.thermomètreodgrč.θέρμη:toplo +μετρέω:mjerim) jemjerni instrumentzamjerenjetemperature(u razgovornom se jeziku redovito naziva itoplomjeromkada je riječ o onom za mjerenje tjelesne temperature). Osniva se na činjenici da se dvatijeladovode na istu ravnotežnu temperaturu (toplina), pa je temperatura koju pokazuje ujedno i temperatura tijela s kojim je on u dodiru. Mjerenje temperature svodi se na mjerenje termometrijskoga svojstva. Termometri mogu pokazivati temperaturu u nekoliko temperaturnih ljestvica.[1]
Termometrija koristi niz termometrijskih svojstava,pojavakoje ovise o promjeni temperature i pogodne su za mjerenje temperature, na primjer povećanje obujma ilivolumena(živintermometar, termometar salkoholom,plinskitermometar) iliduljine(metalnitermometar), promjenatlaka(plinski termometar),električnoga otpora(otporni termometar), termoelektričnoga napona (termoelement) ilijakosti(intenziteta) ifrekvencijeelektromagnetskog zračenjašto ga neko tijelo emitira (pirometar).
Termometar s tekućinomsluži za mjerenje temperature u rasponu od približno – 200 do + 600 °C. Sastoji se od posudice s tekućinom povezane s evakuiranomstaklenomkapilarnomcijevi.Zbog većegatoplinskog rastezanjatekućineprema staklu, s rastom temperature podiže se razina tekućine u graduiranoj kapilari. Kao tekućina najčešće se rabiživa(živin termometar), a za niže temperaturealkohol(termometar s alkoholom) i neki drugiorganski spojevi.
Bourdonov termometarse sastoji od spiralne metalne cijevi (kapilarne cijevi), ručice, ljestvice i kazaljke. Spiralna metalna cijev (koja se nalazi u termometru ili kućištu) je izvučena van i spaja se na sondu (koja je olovna, bakrena ili platinska), a punjena je najčešće živom. Ovo su stari termometri koji su se koristili najčešće zagrijanjevelikih prostorija (plastenici i staklenici, velike dvorane koje koristecentralno grijanje,i tako dalje) putem termogena (uređaji koji koriste instrumente plamenike za dovod i sagorijevanjegorivau njima). Ovaj termometar je sve više zamijenjen suvremenijim digitalnim termometrom.
Podrobniji članak o temi:BimetalBimetalni termometarsastoji se od dviju uskih traka od različitihmetala,čvrsto priljubljenih jedna uz drugu i savijenih uspiralu.Kada se temperatura povećava, različitorastezanjedvaju metala uzrokuje izvijanjebimetalnetrake, što se prenosi na kazaljku.
Podrobniji članak o temi:Plinski termometarTlačni termometardjeluje na temelju ovisnostitlakatekućine,plinailipareo temperaturi. Služi uglavnom za mjerenje temperature uindustrijiu području od – 200 do + 600 °C. Plinski termometar najosjetljiviji je mjerni instrument za mjerenje temperature i može se koristiti za umjeravanje drugih termometara.
Otporni termometarkoristi se promjenomelektričnog otporametalailipoluvodičas temperaturom.Platinskitermometri mogu se upotrebljavati širokom temperaturnom području, od – 200 °C do oko 1 000 °C. Termometri stermistorimakojima električni otpor brzo pada s porastom temperature mogu točno mjeriti vrlo male temperaturne razlike. Obično se radi tako da se kod dane temperature mjerni instrument na termometru postavi u ravnotežni (nulti) položaj. Kada se temperatura promijeni, potrebno je potenciometrom promijeniti otpor kako bi se ponovno uspostavila ravnoteža; zakretanje potenciometra obično je umjereno (baždareno) u temperaturnim stupnjevima. Tom se kompenzacijskom metodom izbjegavaju mnoge pogreške koje mogu nastati pri izravnom očitanju na graduiranoj ljestvici instrumenta.
Podrobniji članak o temi:Maksimalni i minimalni termometriMaksimalni i minimalni termometri mjere maksimalnu, odnosno minimalnu temperaturu u nekom vremenskom rasponu (intervalu). To mogu biti bilo koji od nabrojenih vrsta, ali se u tu svrhu najčešće rabe termometri s tekućinom. Ako se na primjer takvim termometrom želi mjeriti maksimalnatemperaturau nekom vremenskom razdoblju, tada se u kapilaru umeće neka prepreka, tako da se tekućina, na primjerživa,može po njoj podizati, ali se ne može sama od sebe spuštati (na primjer liječnički termometar, odnosno toplomjer). Takvi termometri često služe i za održavanje konstantne temperature (temperaturna regulacija). Najjednostavniji temperaturni regulator ima u cijevi sa živom utaljene dvijeelektrode,od kojih jedna leži u živi. Kada temperatura poraste iznad određene vrijednosti, živa zbog povećanoga volumena obuhvati i drugu elektrodu, struja poteče krugom i prekine strujni krug za grijanje.
Često je potrebno znati najvišu temperaturu u nekom vremenskom razmaku, na primjer u toku 24 sata, što je naročito važno umeteorologiji.U tu svrhu služi nam maksimum termometar. Kod tog termometra izlazi iz posudice u cijev stakleni štapić manjeg promjera odpromjeracijevi,pa živa iz posudice ima vrlo uzak prolaz. Pri rastezanju živa prolazi kroz usku pukotinu, ali se pri stezanju živina nit prekine i živa se ne može vratiti u posudicu, te pokazuje maksimalnu temperaturu. Kod ponovne upotrebe termometar se mora stresti tako da živa padne u posudicu. Na ovom principu građen je i liječnički termometar kojim se mjeri temperatura ljudskog tijela.[2]
Minimum termometar pokazuje najnižu temperaturu u nekom proteklom vremenu. Takav je termometar građen isto kao i maksimum termometar, samo je punjen alkoholom i u njemu se nalazi tanki stakleni štapić. Kad temperatura raste, alkohol prolazi uz štapić, a kad temperatura pada, alkohol povlači za sobom štapić zbog napetosti površine. Položaj štapića pokazuje najnižu temperaturu. Ovaj se termometar upotrebljava u vodoravnom položaju, pa se kod ponovne upotrebe mora toliko nagnuti da štapić dođe na kraj alkoholne niti.
Ljestvica termometra za posebne svrhe ne obuhvaća cijeli osnovni razmak, nego samo one temperature koje za tu svrhu dolaze u obzir. Tako ljestvica liječničkog termometra ide samo od 35 °C do 42 °C, a ljestvica termometra za mjerenje temperature zraka od -35 °C do +50 °C.
Podrobniji članak o temi:PirometarPirometarjemjerni instrumentza mjerenje visokihtemperatura,najčešće upećimazataljenjematerijalaili za pečenjekeramike.Najvažniji su tipovi termoelektrični (za temperature do 1 600°C), optički i radijacijski (za temperature do 3 000 °C). Termoelektrični pirometar radi na principu mjerenjaelektričnog naponatermočlanka,izravno izloženog utjecajutopline,a mjerni instrument umjeren je tako da pokazuje temperaturu. Optički i radijacijski pirometri temelje se na ovisnosti zračene energije (toplinsko zračenje) zagrijanoga tijela o njegovoj temperaturi. Optički pirometar s pomoćufiltrapropušta samo određeno područjezračenjai služi uspoređivanjubojetoga zračenja s užarenomvolframovomniti. Struja kojom se žari nit može se mijenjati (varirati) promjenama električnog napona, a instrument koji mjeri struju umjeren je u temperaturnim stupnjevima.Temperaturase očitava kada se boja zračenja i niti izjednače. Kod radijacijskoga pirometra energija zračenja dovodi se s pomoću optičkog sustava na jedan kraj termočlanka. Instrument koji mjeri napon toga termočlanka umjeren je u temperaturnim stupnjevima.[3]
Podrobniji članak o temi:TermočlanakTermočlanakilitermoelementje vrsta termometra namijenjena pretežno mjerenju viših temperatura (do 1 500 °C), a osniva se na Seebeckovu učinku ili Seebeckovu efektu, to jest pojavi da u dva vodiča od različitamaterijala,kojima su krajevi spojeni, nastajeelektrični napon,odnosno tečeelektrična struja,ako su spojevi na različitimtemperaturama.Nastali napon ramjeran (proporcionalan) je razlici temperature između toplijeg i hladnijega spoja vodiča. Ako se hladniji spoj rastavi i slobodni krajevi vodiča priključe navoltmetar,kojemu je za tu svrhu ljestvica umjerena u temperaturnim stupnjevima, može se na njemu izravno očitati temperaturna razlika. Različiti parovi materijala (termoparovi) daju različite napone za istu razliku temperature, pa se najčešće odabiru oni koji u određenom području temperature daju najveće napone. Najpoznatiji su termoparoviželjezo-konstantan,platina-platinarodij,nikal-kromnikal ibakar-konstantan. Termoparovi se zaštićuju od štetnih kemijskih utjecaja materijala kojima se temperatura mjeri zaštitnom cijevi od metala ilikeramike.Više termoelemenata spojenih u seriju tvore termobateriju, koja može služiti kao izvor napona.[4]
Umeteorologijise živini termometri upotrebljavaju i za mjerenje temperaturetla(takozvanigeotermometri), za mjerenje temperature vode jezera, rijeka i mora (staklena cijev smještena je u posebno metalno kućište -crpkus gumenom oblogom).
Električni termometriodlikuju se velikom osjetljivošću, asenzorisu im vrlo tankaplatinskažica(platinski termometri) ilitermoelementi.Platinski termometar djeluje na osnovu promjene električnog otpora platinske žice zbog promjene temperature. Promjenaelektričnog otporažice mjeri segalvanometromumjerenim (baždarenim) u Celzijevim stupnjevima. Termometri s termoelementima mjere galvanometromelektromotornu silukoja nastaje kad postoji razlika u temperaturi između dvaju spojišta termoelemenata.[5]
Umjeravanje termometrailibaždarenje termometraje postupak kojim se utvrđuje povezanost između vrijednosti temperature očitane na umjeravanom termometru i vrijednosti očitane s pomoću pouzdano točnoga termometra. Nekada su se za umjeravanje rabiliplinskistandardni termometri, a od 1927. za niže temperature upotrebljava se standardni platinski otporni termometar, a za više temperature mjerodavna je standardna točka taljenjazlata(1 063 °C), jedna od takozvanih sekundarnih čvrstih točaka.
Podrobniji članak o temi:Temperaturna ljestvicaTemperaturna ljestvicaje ljestvica u različitimmjernim jedinicamatemperature,koja se upotrebljava na termometru ili za grafičko prikazivanje termodinamičke i empirijske temperature. Kroz povijest je bilo nekoliko temperaturnih ljestvica i njihovih mjernih jedinica. Kod nas se upotrebljavaju temperaturne ljestvice uCelzijevim stupnjevima(oznaka °C) ili ukelvinima(oznaka K). U engleskom govornom području još se upotrebljavaju:Fahrenheitov stupanj(oznaka °F ili deg) iRankineov stupanj(oznaka °R). Više se ne upotrebljava jedinica temperatureRéaumurov stupanj(oznaka °Ré).[6]
Podrobniji članak o temi:CelzijCelzijeva temperaturna ljestvica(premaA. Celsiusu) nastala je 1742. iskustveno (empirijski) na termometru sa živom, odabiranjem ledišta vode i standardnoga vrelišta vode za temeljne temperature (čvrste termometrijske točke), te podjelom toga temperaturnog razmaka na stotinu dijelova. Tako jeledištuvode (1745.) pridružena vrijednost 0 °C, a standardnomuvrelištu100 °C, te je jednaka podjela produžena prema višim, a s negativnim predznakom prema nižim temperaturama.
Podrobniji članak o temi:KelvinKelvinova temperaturna ljestvica(W. Thomsonili lord Kelvin) nastala je na temeljutermodinamičkih zakona,pridruživanjem temperaturitrojnoga stanjavode vrijednostiTt= 273,16 K. Ta je temperatura neznatno (0,01 K) viša od temperature ledišta vode, a može se znatno točnije odrediti. Ljestvica je nastala primjenom Celzijevih stupnjeva za temperaturne raspone, tako da je najniža moguća temperatura u prirodi,apsolutna nulatemperature, uzeta za početak ljestvice i označena 0 K. Zato su mjerne jedinice kelvin i Celzijev stupanj jednake (1 K = 1 °C), ali je ista temperatura izražena različitim iznosima u kelvinima i u Celzijevim stupnjevima.
Podrobniji članak o temi:Fahrenheitova termometarska ljestvicaFahrenheitova temperaturna ljestvica(D. G. Fahrenheit) nastala je 1714. iskustveno (empirijski) na termometru s alkoholom, odabirom temperature smjese salmijaka (amonijeva klorida) i leda (oko –18 °C), te temperature zdravoga ljudskog tijela (oko 37 °C) za temeljne temperature. Pridružene su im vrijednosti 0 °F i 100 °F, te je takva podjela produžena prema višim, a s negativnim predznakom prema nižim temperaturama. U toj ljestvici ledište vode je na 32 °F, standardno vrelište vode na 212 °F, takozvana sobna temperatura (20 °C) iznosi 68 °F, i tako dalje.
Podrobniji članak o temi:Rankineov stupanjRankineova temperaturna ljestvica(W. J. M. Rankine) nastala je jednako kao i Kelvinova, s time da je temperaturi trojnoga stanja vode pridružena vrijednostTt= 491,688 °R. Nastala je primjenom Fahrenheitovih stupnjeva, tako da je apsolutna nula uzeta za početak ljestvice i označena 0 °R. Zato su jedinice Rankineov i Fahrenheitov stupanj jednake (1 °R = 1 °F), ali je ista temperatura izražena različitim iznosima u jednim i u drugim stupnjevima.
Podrobniji članak o temi:Réaumurova ljestvicaRéaumurova temperaturna ljestvica(R. A. F. de Réaumur) nastala je 1730. iskustveno (empirijski) na termometru s mješavinom alkohola i vode, odabiranjem ledišta vode i standardnoga vrelišta vode za temeljne temperature. Za stupanj te ljestvice uzeta je promjena temperature za koju sevolumentermometrijske tekućine promijenio za 1‰, pa je ledištu vode pridružena vrijednost 0 °Ré, a standardnomu vrelištu 80 °Ré.
Jednadžbe za pretvaranje brojevnih vrijednosti uobičajenihtemperaturnih ljestvica:
- K = °C + 273,15
- °C = 5/9 · (°F - 32)
- °F = °C/0,55 + 32ili preciznije:°F = °C/(5/9) + 32
Tablica koja prikazuje neke često korištene temperature s vrijednostima izraženim na raznim temperaturnim ljestvicama:
| Opis | Kelvinova | Celzijeva | Fahrenheitova | Rankineova | Delisleova | Newtonova | Réaumurova | Rømerova |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Apsolutna nula | 0 | -273,15 | -459,67 | 0 | 559,725 | -90,14 | -218,52 | -135,90 |
| Fahrenheitova mješavina leda i soli | 255,37 | -17,78 | 0 | 459,67 | 176,67 | -5,87 | -14,22 | -1,83 |
| Tališteleda/ledište vode (pri normalnom tlaku) | 273,15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7,5 |
| Temperatura ljudskoga tijela | 310,15 | 37 | 98,6 | 558,27 | 94,5 | 12,21 | 29,6 | 26,925 |
| Vrelištevode | 373,15 | 100 | 212 | 671,67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| Talištetitanija | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | -2352 | 550 | 1334 | 883 |
- ↑termometar,[1]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, enciklopedija.hr, 2016.
- ↑Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
- ↑pirometar,[2]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, enciklopedija.hr, 2016.
- ↑termoelement,[3]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, enciklopedija.hr, 2016.
- ↑"Tehnička enciklopedija" (Meteorologija), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
- ↑temperaturne ljestvice,[4]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, enciklopedija.hr, 2016.
