Concetti Chiave
- I termometri si dividono principalmente in due tipi: elettrici e meccanici, con il termometro a liquido entro vetro e quello a resistenza come esempi tipici.
- Il termometro a liquido entro vetro utilizza un liquido che si espande o contrae per misurare la temperatura, con il mercurio come liquido comune per la sua alta precisione.
- I termometri a gas e a tensione di vapore offrono un'ampia risposta e sensibilità, grazie alla variazione di pressione con la temperatura.
- Il termometro a resistenza elettrica sfrutta l'aumento della resistenza dei metalli con la temperatura, con il platino come standard di precisione.
- Termometri a resistenza di materiali come rame e nichel sono più economici, mentre quelli a germanio drogato vengono usati per basse temperature.
Il termometro, uno strumento per misurare la temperatura, è utile in svariate situazioni. I termometri sostanzialmente possono essere divisi in tipo elettrico e tipo meccanico. Il più familiare termometro di tipo meccanico è quello a liquido entro vetro, mentre un importante tipo elettrico è il termometro a resistenza. Per coprire l'intero campo delle temperature, dallo zero assoluto fino a migliaia di gradi, il termometro deve essere affiancato da altri strumenti termometrici, come il bolometro, il pirometro, la termocoppia e la termopila, nonché da altri tipi meno usuali.
Il termometro a liquido entro vetro consiste di un piccolo serbatoio a forma di bulbo e di un tubicino capillare sottilissimo con una taratura impressa all'interno.
Il liquido contenuto nel bulbo sale o scende nel tubo a seconda che si espanda o si contragga in conseguenza di variazioni della temperatura. Si misura quindi l'altezza della colonna rispetto alle tacche di una scala graduata riportata sul vetro. Nei termometri di buona qualità il liquido impiegato abitualmente è il mercurio; esso ha il punto di congelamento a -39 °C e il punto di ebollizione a 357 °C.
La precisione dei termometri a mercurio di uso commerciale è dell'1% dell'altezza della colonna. Altri liquidi utilizzati frequentemente sono l'alcool, il toluene e il pentano (il punto di congelamento di quest'ultimo è a -200 °C), che vengono opportunamente colorati.
Un secondo tipo di termometro a espansione di liquido consiste in un bulbo metallico riempito di liquido e in un tubicino capillare connesso con un soffietto o un tubo a spirale. Quando la temperatura del bulbo varia, cambia la pressione o il volume del liquido, facendo muovere un indice lungo una scala.
Un tipico termometro a gas, o a vapore, consiste, analogamente, in un bulbo e in un tubo capillare collegato con un dispositivo per la misura della pressione. Il termometro a gas è uno strumento preciso, robusto e di semplice costruzione, e ha un ampio campo di risposta. I termometri a tensione di vapore sono sensibili alla pressione esercitata dal vapore saturo in equilibrio con un liquido volatile. Dal punto di vista costruttivo sono simili al termometro a gas. Il vantaggio principale del tipo a tensione di vapore consiste nella grande variazione di pressione che si può ottenere per una piccola variazione della temperatura, che consente una notevole sensibilità.
I termometri a resistenza elettrica funzionano in base al fatto che la resistenza della maggior parte dei metalli aumenta con il crescere della temperatura. Questa circostanza venne osservata per la prima volta da sir Humphrey Davy nel 1821, ma il fenomeno non venne sfruttato fino a quando fu costruito il termometro a resistenza di platino nel 1861, dall'ingegnere tedesco Ernst W. von Siemens. Nel 1886 il fisico inglese Hugh L. Callendar propose l'uso di questo termometro come nuovo campione di precisione nelle misure di temperatura.
Attualmente il National Bureau of Standards degli Stati Uniti utilizza dei termometri a resistenza di platino di alta precisione, con un'approssimazione di 0,001 °C, per definire i punti fissi di riferimento sulla Scala pratica internazionale delle temperature, creata nel 1968. Sia i termometri con resistenza di filo di rame che quelli con filo di nichel hanno un costo di gran lunga inferiore di quelli a resistenza di platino e un'approssimazione di 0,05 °C.
Nell'intervallo da 10 °C a 2 °C sopra lo zero assoluto si adoperano i termometri a resistenza di germanio drogato con impurezze, tarati rispetto alla temperatura dell'elio liquido.
Domande da interrogazione
- Quali sono i principali tipi di termometri menzionati nel testo?
- Qual è il liquido più comunemente usato nei termometri a liquido entro vetro e quali sono le sue caratteristiche?
- Come funziona un termometro a gas e quali sono i suoi vantaggi?
- Chi ha proposto l'uso del termometro a resistenza di platino come campione di precisione e quando?
- Quali termometri vengono utilizzati per misurare temperature vicine allo zero assoluto?
Il testo menziona i termometri meccanici, come quelli a liquido entro vetro, e i termometri elettrici, come quelli a resistenza.
Il mercurio è il liquido più comunemente usato, con un punto di congelamento a -39 °C e un punto di ebollizione a 357 °C.
Un termometro a gas utilizza un bulbo e un tubo capillare collegato a un dispositivo di misura della pressione, ed è preciso, robusto e semplice, con un ampio campo di risposta.
Il fisico inglese Hugh L. Callendar ha proposto l'uso del termometro a resistenza di platino come campione di precisione nel 1886.
I termometri a resistenza di germanio drogato con impurezze vengono utilizzati per misurare temperature da 10 °C a 2 °C sopra lo zero assoluto.
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