Termometro

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Introduzione

Termometro Strumento utilizzato per effettuare misurazioni di temperatura. Il tipo più comunemente usato è quello a mercurio, costituito da un tubo capillare di vetro, a diametro costante, che reca a una estremità un bulbo riempito del metallo liquido, il tutto sigillato per assicurare un vuoto parziale nel capillare. Se la temperatura aumenta, il mercurio si dilata e sale nel capillare: il livello raggiunto fornisce una misura indiretta di temperatura, che viene letta su una scala graduata propriamente tarata. Al posto del mercurio si possono usare alcol, etere o altri liquidi.

L'invenzione del termometro è attribuita a Galileo, benché il tipo sigillato sia apparso solo verso il 1650. I termometri moderni ad alcol e a mercurio furono invece inventati dal fisico tedesco Gabriel Fahrenheit, a cui si deve anche la scala di temperature che oggi porta il suo nome.

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Tipi di termometro

Esiste un'ampia varietà di dispositivi usati come termometri, tutti basati su un metodo di misurazione indiretta, secondo il quale si assume che una variazione unitaria di temperatura provochi un cambiamento analogo e proporzionale – con proporzionalità costante – in una caratteristica di una grandezza fisica facilmente misurabile; la variazione viene poi letta su una scala graduata opportunamente tarata.

Nei termometri a resistenza si sfrutta il fatto che la resistenza elettrica di un conduttore o di un semiconduttore varia al variare della temperatura; in particolare, aumenta con la temperatura nel primo caso e diminuisce nel secondo. Applicando una differenza di potenziale costante ai capi di un conduttore è possibile dunque determinare il valore della sua temperatura a partire dalla misura dell'intensità di corrente che lo attraversa e, mediante opportuni collegamenti elettrici, leggere tale valore su un display digitale.

Misurazioni molto accurate si ottengono con l'uso di termocoppie, sistemi costituiti da due fili conduttori di materiale diverso saldati alle estremità: la differenza di potenziale che si stabilisce ai capi della giunzione dipende dalla temperatura a cui questa si trova; la debole corrente che si stabilisce è dunque una misura della temperatura, e può essere facilmente misurata.

Un altro dispositivo per la misurazione della temperatura, usato principalmente nei termostati, è basato sull'espansione termica differenziale tra due lamelle o dischi di metalli diversi, collegati alle estremità.

I termometri a massima e a minima possono registrare le temperature minime o quelle massime raggiunte in un intervallo di tempo, il che li rende particolarmente adatti per misurazioni meteorologiche. Termometri a massima sono ad esempio quelli clinici, nei quali il mercurio rimane nella posizione raggiunta durante la misurazione e torna indietro solo scuotendo vigorosamente il termometro.

Le temperature massime raggiunte da macchine e utensili durante il funzionamento possono essere stimate mediante l'osservazione di vernici speciali che cambiano di colore a seconda della temperatura raggiunta, o, in generale, mediante sistemi ottici.

Uno dei più recenti strumenti per la misura della temperatura è costituito da una giunzione a tunnel e fornisce una stima assoluta della temperatura. È costituito da un sottilissimo strato di ossido di alluminio racchiuso tra due strati di alluminio. Applicando una differenza di potenziale, si genera una debole corrente elettrica che attraversa lo strato di ossido e che dipende soltanto dalla temperatura.

Infine, per misurare temperature dell’ordine del centesimo di grado al di sopra dello zero assoluto, è stato recentemente messo a punto uno strumento che sfrutta fluttuazioni elettroniche chiamate shot-noise. Tali fluttuazioni variano al variare della tensione applicata e, a sua volta, la tensione a cui si osservano le variazioni dipende dalla temperatura. Oltre ad essere estremamente preciso, lo strumento ha il vantaggio di non richiedere calibrazione; il suo range si estende da 0,01 K a temperatura ambiente.

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Accuratezza della misurazione

Una misurazione accurata della temperatura dipende dal raggiungimento dell'equilibrio termico tra il dispositivo termometrico e l'ambiente circostante (condizione che si raggiunge quando non si verificano più scambi di calore tra il termometro e l'oggetto in contatto termico con esso).

Qualsiasi termometro indica solo la propria temperatura, che può non coincidere con quella effettiva dell'oggetto da misurare. Nella misurazione della temperatura dell'aria all'esterno di un edificio, ad esempio, due termometri posti a breve distanza l’uno dall’altro, ma in posizione diversa, ad esempio uno all'ombra e l'altro al sole, forniranno letture molto diverse. Per evitare tali errori, la determinazione accurata della temperatura richiede la schermatura dei termometri da fonti di calore e di freddo alle quali, o dalle quali, il calore potrebbe essere trasferito per radiazione, conduzione o convezione (vedi Propagazione del calore).