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Termometri

Termometri

Vi sono diversi tipi di strumenti, utilizzati per misurare la temperatura.

Fisica

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Tipi

  • termometro senza contatto
  • termometri basati sul principio della dilatazione termica
  • termometro a liquido
  • termometro bimetallico
  • termometro a gas
  • termometro digitale

I termometri non misurano direttamente la temperatura, ma misurano determinate proprietà delle sostanze che dipendono dalla temperatura.

Esistono tre tipi fondamentali di termometri.

Il primo tipo funziona sfruttando il principio della dilatazione termica delle sostanze, ovvero il fatto che un aumento della temperatura determina un aumento del volume del materiale. Dalla quantità di variazione del volume possiamo calcolare il cambiamento di temperatura.

Il secondo tipo è basato sul fatto che le proprietà elettriche dei materiali dipendono dalla temperatura. i termometri di questo tipo sono chiamati termometri digitali.

Il funzionamento dei termometri senza contatto si basa sulla radiazione elettromagnetica emessa dai corpi caldi, la cui composizione dipende dalla temperatura. Con questo metodo è possibile misurare la temperatura anche a distanza.

Termometro bimetallico

All'aumentare della temperatura, le particelle che compongono la sostanza si muovono più velocemente, e di conseguenza occupano uno spazio più ampio. In altre parole, il volume della sostanza aumenta. Questo principio rimane vera per tutti gli altri liquidi, gas e solidi, l'unica eccezione è l'acqua, che reagisce in modo opposto tra 0 e 4 gradi Celsius.

I termometri basati sul principio della dilatazione​ termica sfruttano questo fenomeno.

Nel caso di termometri a liquido è necessario scegliere un liquido che non congeli o non bolla durante la misurazione entro ampi intervalli di temperatura. Questo è principalmente l'alcol o il mercurio, che vengono quindi impiegati per questo scopo. Tuttavia, l'uso del mercurio non è permesso in molti Paesi, perché se il termometro si rompe, il vapore di mercurio rilasciato può comportare rischi per la salute.

I termometri a gas sono utilizzati principalmente per misurare basse temperature, per il basso punto di congelamento dei gas.

I termometri in metallo sono meno adatti per eseguire misurazioni accurate, ma dato che la dilatazione termica genera una forte tensione nel materiale solido, possono essere utilizzati per azionare interruttori.

Tali termometri sono ad esempio i termometri bimetallici, realizzati saldando insieme due strisce di metalli diversi. Quando la temperatura cambia, le strisce metalliche saldate, che presentano coefficienti di dilatazione diversi, si piegano provocando l'accensione e lo spegnimento degli interruttori elettrici. Questo tipo di bimetalli venivano utilizzati per azionare gli interruttori del timer nelle trombe delle scale, il controllo della temperatura dei ferri da stiro elettrici e i termostati, utilizzati per regolare la temperatura del liquido di raffreddamento del motore nelle automobili.

Termometro a gas

Termometro a liquido

Termometro digitale

I termometri digitali sono adatti anche per eseguire misurazioni precise, e dato che sono piccoli, influenzano solo leggermente la temperatura del materiale da misurare.

Esistono tre tipi di termometri digitali: termometri a resistenza, termistori e termocoppie.

I termometri a resistenza sfruttano il fatto che la resistenza dei metalli la dipende dalla temperatura: di solito aumenta con l'aumento della temperatura. Poiché la resistenza può essere misurata molto accuratamente, anche la temperatura può essere determinata in modo molto preciso.
I termistori differiscono dai termometri a resistenza metallici, in quanto sono fatti di un materiale semiconduttore. Questo è il motivo per cui sono molto più sensibili alla temperatura.
Le termocoppie sono realizzate saldando o torcendo insieme due diversi fili metallici. Sulla superficie di giunzione dei due metalli si produce tensione poiché i livelli energetici degli elettroni di valenza in metalli differenti sono diversi, quindi alcuni degli elettroni di livello più alto si spostano sull'altro metallo fino a quando l'energia si bilancia. La tensione così generata dipende dalla temperatura, quindi misurando la tensione è possibile determinare anche la temperatura. Le termocoppie forniscono misure su un intervallo di temperature più ampio rispetto ai termistori.

Termometro senza contatto

I pirometri e i termometri a infrarossi possono misurare la temperatura a distanza.

Questi termometri possono essere utilizzati per misurare la temperatura di oggetti difficili da raggiungere o troppo caldi per altri tipi di termometri (come i metalli fusi). Sono utili anche per trovare fonti di dispersione di calore negli edifici.

La misurazione della temperatura senza contatto è possibile grazie al fatto che gli oggetti emettono radiazioni elettromagnetiche, la cui intensità e composizione dipendono dalla temperatura. La maggior parte di questa radiazione cade nel segmento dell'infrarosso invisibile dello spettro elettromagnetico, ma anche gli oggetti incandescenti più caldi di 600 °C emettono luce visibile.
I termometri senza contatto sono costituiti da un sistema ottico, un rilevatore e un'unità di elaborazione del segnale. Sono spesso dotati di un puntatore laser per mostrare esattamente la parte della superficie dell'oggetto da misurare.

Alcuni termometri senza contatto misurano l'intensità della radiazione incidente, dalla quale possiamo inferire la temperatura dell'oggetto se conosciamo la sua distanza dal termometro. L'oggetto da misurare deve riempire il campo visivo dell'obiettivo dello strumento di misura, altrimenti viene mostrata una temperatura più bassa.

Altri termometri senza contatto non misurano l'intensità della radiazione, ma la composizione della lunghezza d'onda che è caratteristica solo della temperatura, mentre l'intensità dipende anche dalla dimensione della superficie e dalla distanza dallo strumento di misura. Più caldo è l'oggetto, più bassa è la lunghezza d'onda della radiazione più intensa. Poiché il colore dell'oggetto distorce la radiazione emessa, ed anche altri fattori possono interferire, ad esempio, l'aria polverosa, questo metodo di misurazione non è sempre accurato.

Narrazione

I termometri non misurano direttamente la temperatura, ma misurano determinate proprietà delle sostanze che dipendono dalla temperatura. Esistono tre tipi fondamentali di termometri: i termometri senza contatto, i termometri basati sul principio della dilatazione termica ed i termometri digitali.

All'aumentare della temperatura, le particelle che compongono la sostanza si muovono più velocemente, e di conseguenza occupano uno spazio più ampio. I termometri basati sul principio della dilatazione​ termica sfruttano questo fenomeno.

Nel caso di termometri a liquido è necessario scegliere un liquido che non congeli o non bolla durante la misurazione entro ampi intervalli di temperatura. È principalmente l'alcol che viene impiegato per questo scopo.

I gas cambiano il loro volume quando la loro temperatura cambia, pertanto anche essi sono adatti per misurare la temperatura. I termometri a gas sono utilizzati per misurare temperature estremamente basse, dato che i gas hanno un basso punto di congelamento.

I termometri in metallo sono meno adatti per eseguire misurazioni accurate, ma dato che la dilatazione termica genera una forte tensione nel materiale solido, possono essere utilizzati per azionare interruttori. Tali termometri sono ad esempio i termometri bimetallici, fatti di due strisce di metalli diversi. Quando la temperatura cambia, le strisce metalliche saldate, che hanno coefficienti di dilatazione termica differenti, si piegano attivando e disattivando gli interruttori di controllo della temperatura.

I termometri digitali sono adatti anche per eseguire misurazioni precise, e dato che sono piccoli, influenzano solo leggermente la temperatura del materiale da misurare. Esistono tre tipi di termometri digitali: termometri a resistenza, termistori e termocoppie.

I termometri a resistenza sfruttano il fatto che la resistenza dei metalli la dipende dalla temperatura: di solito aumenta con l'aumento della temperatura. Poiché la resistenza può essere misurata molto accuratamente, anche la temperatura può essere determinata in modo molto preciso.

I pirometri e i termometri a infrarossi possono misurare la temperatura a distanza. Questi termometri possono essere utilizzati per misurare la temperatura di oggetti difficili da raggiungere o troppo caldi per altri tipi di termometri. Sono utili anche per trovare fonti di dispersione di calore negli edifici. La misurazione della temperatura senza contatto è possibile grazie al fatto che gli oggetti emettono radiazioni elettromagnetiche, la cui intensità e composizione dipendono dalla temperatura. La maggior parte di questa radiazione cade nel segmento dell'infrarosso invisibile dello spettro elettromagnetico.

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