Kako radi termometar

Kako radi termometar – od žive do digitalnih senzora

Termometar je jedan od najvažnijih mjernih instrumenata u svakodnevnom životu, medicini i industriji. No kako zapravo radi taj naizgled jednostavan uređaj? Odgovor leži u fizikalnim svojstvima tvari koje se mijenjaju pod utjecajem temperature.

Osnovni princip – toplinska ekspanzija

Većina klasičnih termometara temelji se na principu toplinske ekspanzije – pojavi prema kojoj se tvari šire zagrijavanjem i skupljaju hlađenjem. Kada temperatura raste, čestice u tekućini ili metalu dobivaju više energije i više se gibaju, zauzimajući veći prostor. Upravo tu promjenu volumena termometar pretvara u očitavanje temperature.

Vrste termometara

Živini termometar

Živini termometar dugo je bio zlatni standard u mjerenju temperature. Živa je idealna jer ima linearnu toplinsku ekspanziju, ne lijepi se za staklo i vidljiva je goljim okom. Zagrijana živa širi se kroz usku kapilaru, a temperatura se očitava prema ljestvici na staklenoj cijevi. Zbog toksičnosti žive, njezina je upotreba danas zabranjena u mnogim zemljama, posebno u medicinskim uređajima.

Alkoholni termometar

Kao zamjena za živu koristi se obojeni alkohol (etanol). Alkohol je jeftiniji, netoksičan i može mjeriti temperature ispod -39 °C gdje živa zamrzava. Nedostatak je manji raspon mjerenja pri visokim temperaturama, jer alkohol ključa već oko 78 °C.

Bimetalni termometar

U industrijskim i kućanskim termometrima često se koristi bimetalna traka – spoj dvaju metala (npr. čelik i mjed) koji se različitom brzinom šire pri zagrijavanju. Zbog tog nejednakog širenja traka se savija, a njezin pomak pokazuje na kazaljku s ljestvicom. Ovaj princip koristi se u termostatima i pećnicama.

Digitalni termometar – termistor i termopar

Moderni digitalni termometri koriste elektroničke senzore:

• Termistor – poluvodički element čiji se električni otpor mijenja s temperaturom. Procesor mjeri otpor i pretvara ga u temperaturu prikazanu na ekranu.
• Termopar – dva različita metalna vodiča spojena na jednom kraju. Na spoju nastaje mali električni napon koji ovisi o temperaturi. Termopari mogu mjeriti iznimno visoke temperature (do 2000 °C) pa se koriste u industrijskim pećima i zrakoplovstvu.

Infracrveni termometar

Infracrveni (IR) termometar mjeri temperaturu bez kontakta s objektom. Svako tijelo emitira infracrveno zračenje ovisno o svojoj temperaturi – senzor u uređaju detektira to zračenje i izračunava temperaturu. Popularan je u medicini (mjerenje tjelesne temperature čela), ali i u industriji za provjeru strojevnih dijelova koji se ne smiju doticati.

Temperaturne ljestvice

Temperatura se mjeri u tri glavne ljestvice:

• Celsius (°C) – najraširenija u svakodnevnom životu; 0 °C je ledište, 100 °C vrelište vode.
• Fahrenheit (°F) – dominantna u SAD-u; voda se ledi na 32 °F i ključa na 212 °F.
• Kelvin (K) – znanstvena ljestvica bez negativnih vrijednosti; 0 K je apsolutna nula (-273,15 °C), najniža moguća temperatura u svemiru.

Kratka povijest termometra

Začetnik termometra bio je Galileo Galilei, koji je krajem 16. stoljeća izradio termoskop – uređaj koji je pokazivao promjene temperature, ali bez precizne ljestvice. Pravi živin termometar s ljestvicom izumio je Daniel Gabriel Fahrenheit 1714. godine, a ljestvicu u stupnjevima koju danas koristimo razvio je Anders Celsius 1742. godine.

Primjena u medicini i industriji

Klinički termometri dizajnirani su za uski raspon (34–42 °C) s velikom preciznošću jer i desetinka stupnja može biti važna za dijagnozu. Industrijski termometri mjere temperature od nekoliko stotina do nekoliko tisuća stupnjeva, a koriste se u metalurgiji, prehrambenoj industriji, kemijskoj preradi i energetici. Bez termometra moderna medicina, industrija i svakodnevni život bili bi nezamislivi.