Bagaimana Termometer Mengukur Suhu Udara?

Seberapa hangat di luar? Seberapa dingin malam ini? Termometer - alat yang digunakan untuk mengukur udara suhu—Dengan mudah memberi tahu kita tentang hal ini, tetapi bagaimana ia memberi tahu kita adalah pertanyaan lain sama sekali.

Untuk memahami cara kerja termometer, kita perlu mengingat satu hal dari fisika: bahwa cairan mengembang volume (jumlah ruang yang dibutuhkan) saat suhunya menghangat dan menurun volumenya saat suhunya keren.

Saat termometer terpapar suasana, suhu udara di sekitarnya akan menembusnya, akhirnya menyeimbangkan suhu termometer dengan prosesnya sendiri — suatu proses yang nama ilmiah yang mewah adalah "kesetimbangan termodinamika." Jika termometer dan cairan dalamnya harus hangat untuk mencapai kesetimbangan ini, cairan (yang akan mengambil lebih banyak ruang saat dihangatkan) akan naik karena terperangkap di dalam tabung sempit dan tidak punya tempat untuk pergi tapi sampai. Demikian juga, jika cairan termometer harus dingin untuk mencapai suhu udara, cairan akan menyusut volumenya dan menurunkan tabung. Setelah suhu termometer menyeimbangkan suhu udara di sekitarnya, cairannya akan berhenti bergerak.

Naik turunnya fisik cairan di dalam termometer hanyalah bagian dari apa yang membuatnya bekerja. Ya, tindakan ini memberi tahu Anda bahwa perubahan suhu terjadi, tetapi tanpa skala numerik untuk menghitungnya, Anda tidak akan dapat mengukur apa perubahan suhu itu. Dengan cara ini, suhu yang melekat pada kaca termometer memainkan peran kunci (meskipun pasif).

Ketika sampai pada pertanyaan siapa yang menemukan termometer, daftar nama tidak ada habisnya. Itu karena termometer berkembang dari kompilasi gagasan hingga abad ke-16 hingga ke-18, dimulai pada akhir tahun 1500-an ketika Galileo Galilei mengembangkan perangkat menggunakan tabung gelas berisi air dengan pelampung kaca tertimbang yang akan melayang tinggi di tabung atau tenggelam tergantung pada panas atau dinginnya udara di luar itu (semacam lava lampu). Penemuannya adalah "termoskop" pertama di dunia.

Pada awal 1600-an, ilmuwan dan teman Venetian ke Galileo, Santorio, menambahkan skala pada termoskop Galileo sehingga nilai perubahan suhu bisa ditafsirkan. Dengan melakukan itu, ia menemukan termometer primitif pertama di dunia. Termometer tidak berbentuk seperti yang kita gunakan sekarang sampai Ferdinando I de 'Medici mendesain ulangnya sebagai tabung tertutup yang memiliki bohlam dan batang (dan diisi dengan alkohol) pada pertengahan 1600-an. Akhirnya, pada 1720-an, Fahrenheit mengambil desain ini dan "memperbaiki itu" ketika dia mulai menggunakan merkuri (bukan alkohol atau air) dan mengencangkan skala suhu sendiri untuk itu. Dengan menggunakan merkuri (yang memiliki titik beku lebih rendah, dan yang ekspansi dan kontraksi lebih terlihat daripada air atau alkohol), termometer Fahrenheit memungkinkan suhu di bawah titik beku untuk diamati dan pengukuran yang lebih tepat diamati. Maka, model Fahrenheit diterima sebagai yang terbaik.

Termasuk termometer kaca Fahrenheit, ada 4 jenis termometer utama yang digunakan untuk mengukur suhu udara:

Cairan dalam gelas. Disebut juga termometer bohlam, termometer dasar ini masih digunakan di stasiun cuaca Layar Stevenson secara nasional oleh Layanan Cuaca Nasional Pengamat Cuaca Kooperatif ketika melakukan pengamatan suhu harian maksimum dan minimum. Mereka terbuat dari tabung kaca ("batang") dengan ruang bundar ("bohlam") di salah satu ujungnya yang menampung cairan yang digunakan untuk mengukur suhu. Saat suhu berubah, volume cairan pun mengembang, menyebabkannya naik ke batang; atau kontrak, memaksanya menyusut kembali keluar dari batang menuju bohlam.

Benci seberapa rapuh termometer kuno ini? Gelas mereka sebenarnya dibuat sangat tipis dengan sengaja. Semakin tipis gelas, semakin sedikit bahan yang bisa dilewati panas atau dingin, dan semakin cepat cairan merespons panas atau dingin itu — yaitu, ada sedikit jeda.

Bi-logam atau pegas. Termometer cepat yang dipasang di rumah, gudang, atau di halaman belakang Anda adalah jenis termometer bi-metal. (Termometer oven dan lemari es Anda dan termostat tungku adalah contoh lain juga.) Menggunakan a strip dua logam yang berbeda (biasanya baja dan tembaga) yang berkembang pada tingkat yang berbeda untuk merasakan suhu. Dua laju ekspansi logam yang berbeda memaksa strip untuk membengkokkan satu arah jika dipanaskan di atas suhu awal, dan dalam arah yang berlawanan jika didinginkan di bawahnya. Temperatur dapat ditentukan oleh seberapa banyak strip / koil telah tertekuk.

Termoelektrik. Termoelektrik termometer adalah perangkat digital yang menggunakan sensor elektronik (disebut "termistor") untuk menghasilkan tegangan listrik. Saat arus listrik berjalan di sepanjang kawat, hambatan listriknya akan berubah seiring perubahan suhu. Dengan mengukur perubahan resistensi ini, suhu dapat dihitung.

Tidak seperti gelas dan sepupu dua-logam, termometer listrik thermoelektrik yang kasar, merespon dengan cepat, dan tidak perlu dibaca oleh mata manusia, yang membuatnya sempurna untuk penggunaan otomatis. Itu sebabnya mereka adalah termometer pilihan untuk stasiun cuaca bandara otomatis. (Layanan Cuaca Nasional menggunakan data dari stasiun AWOS dan ASOS ini untuk menghadirkan suhu lokal Anda saat ini.) Stasiun cuaca pribadi nirkabel juga menggunakan teknik termoelektrik.

Inframerah. Termometer inframerah dapat mengukur suhu di kejauhan dengan mendeteksi berapa banyak energi panas (dalam panjang gelombang inframerah tak terlihat dari spektrum cahaya) suatu benda mengeluarkan dan menghitung suhu dari Itu. Citra satelit inframerah (IR)—Yang menunjukkan yang tertinggi dan terdingin awan sebagai awan putih terang, dan rendah, hangat seperti abu-abu — dapat dianggap sebagai semacam termometer awan.

Sekarang Anda tahu cara kerja termometer, awasi dengan cermat pada waktu-waktu ini setiap hari untuk melihat seperti apa suhu udara tertinggi dan terendah Anda.

• Srivastava, Gyan P. Instrumen Meteorologi Permukaan dan Praktik Pengukuran. New Delhi: Atlantik, 2008.