temperatura powietrza1

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie - Katedra Agromcteorologii Temat: Temperatura powietrza

Temperatura to fizyczna wartość określająca średnią energię kinetyczną cząsteczek danego ciała. Innymi słowy, jest to miara nagrzania ciała. W meteorologii, klimatologii i agrometeorologii interesuje nas wartość temperatury powietrza i gleby.

Temperatura nic jest mierzona w sposób bezpośredni. Możemy ją wyznaczyć dopiero wtedy, gdy dwa ciała (np. otaczające powietrze i termometr^znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej (mają wówczas jednakową temperaturę). W pomiarach tego elementu meteorologicznego wykorzystywane są następujące zjawiska:

• zmiana objętości cieczy (rtęci, toluenu) - zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy pod wpływem zmian temperatury. Jest wykorzystywane w termometrach cieczowych, które składają się ze szklanego zbiorniczka z cieczą, przedłużonego rurką kapilarną, pod którą umieszczona jest skala. Objętość cieczy zmienia się wraz z temperaturą;

• zmiana długości ciał stałych - to zjawisko obserwuje się w termometrach defor-macyjnych (np. termografic bimctalicznym; rys. 8). Bimetal to płytka z dwóch spojonych ze sobą pasków metali o różnej rozszerzalności cieplnej. Jeden z nich rozszerza się bardziej i dzięki temu płytka zmienia kształt (rys. 4), co powoduje zmianę położenia w pionie piórka, które kreśli na pasku papieru (nawiniętego na obracający się bęben) dobowy lub tygodniowy przebieg temperatury powietrza. Na rys. 3 widać fragment tygodniowego termogramu. Linie poziome opisują wartości temperatury co 1°C, linie pionowe - godziny parzyste. Z zarejestrowanego przebiegu temperatury można odczytać wszystkie wartości potrzebne do obliczeń, np. średniej dobowej lub amplitudy;

• zmiana oporu elektrycznego - opór przewodników (np. platyna), rośnie przy wzroście temperatury. Termometry oporowe platynowe stosuje się w zakresie temperatury od -263 do 1063°C. Nieco inne są tzw. termistory, których opór najczęściej maleje przy wzroście temperatury. Termistory są wykonywane z półprzewodników. Mają one zastosowanie w zakresie niskich wartości temperatury (od -100 do 300°C).

• powstanie siły elektromotorycznej pomiędzy różnymi metalami - tcrmoelementy składają się z dwóch metali spojonych ze sobą na obydwu końcach. Złącze ogniwa termoelektrycznego użyte jako termometr umieszcza się w miejscu pomiaru, drugie musi być w znanej temperaturze odniesienia - najczęściej 0°C.

W meteorologii pomiar temperatury powietrza jest wykonywany w cieniu. Termometry cieczowe instaluje się w klatce meteorologicznej (rys. 7), która chroni przed bezpośrednim promieniowaniem Słońca, opadami i silnym wiatrem. Zbiorniczki termometrów w klatce znajdują się na wysokości 2 m nad powierzchnią gruntu. Klatka o wymiarach ok. 75x48x48 cm jest drewniana albo plastikowa (pomalowana na biało), ma żaluzjowc ścianki, drzwiczki otwierają się od północy, ma przewiewne dno i dach. W klatce znajdują się: termometry cieczowe zwykłe (suchy i zwilżony) oraz ekstremalne (maksymalny i minimalny - rys. 1 i 2). Termometr suchy wskazuje aktualną temperaturę powietrza na wysokości 2 m, zaś ekstremalne najwyższą i najniższą jej wartość w ciągu doby (bez względu na porę wystąpienia). W termometrze minimalnym cieczą jest toluen (ma niską temperaturę zamarzania), w pozostałych występuje rtęć.

Odczytując temperaturę patrzymy na kapilarę prostopadle, w miejscu gdzie jest me-nisk cieczy, by uniknąć błędu paralaksy. Wskazania termometru powinny być porównane z termometrem wzorcowym i na tej podstawie sporządza się poprawki uwzględniane po odczycie. Temperaturę odczytuje się z dokładnością do 0,1 °C.

Obecnie coraz częściej używa się oporowych termometrów platynowych (rys. 5), będących częścią automatycznej stacji meteorologicznej (dokładność pomiaru: 0,1 °C). Istotną cechą przyrządów automatycznych jest stałe monitorowanie danego elementu meteorologicznego, a zapis następuje najczęściej co godzinę. W zależności od zastosowania rejestrowana jest wartość średnia z godziny albo dodatkowo wartości skrajne. Termometr oporowy może być umieszczony w klatce meteorologicznej albo w specjalnej osłonie antyradiacyjnej (rys. 6) na dowolnym nośniku (tyczka, wysięgnik itp.)

W meteorologii powszechnie stosuje się skalę Celsjusza, w której 0° to temperatura topnienia lodu, a 100° to temperatura wrzenia wody przy normalnym ciśnieniu. Czasem stosuje się również bezwzględną skalę Kelvina. jej początek (0 K) odpowiada najniższej możliwej temperaturze (-273,16°C), kiedy to zamiera ruch cieplny drobin. Tak więc w tej skali nic ma wartości ujemnych, a zależność miedzy nią a skalą Celsjusza jest liniowa.

W USA oraz niektórych państwach Wspólnoty Brytyjskiej i w Indiach stosowana jest skala Fahrenheita. Punkt 0°F (ok. -18°C) odpowiada temperaturze mieszaniny lodu i sal-miaku (chlorku amonu); 32°F (0°C) to temperatura topnienia lodu, a 212°F (100°C) wrzenia wody. Zależność między tą skalą a skalą Celsjusza nic jest liniowa.

Zależności pomiędzy skalami:

t°C = tK - 273° tK = t°C + 273°

t°C = 5/9 (t°F - 32°) t°F - 9/5 • t°C + 32°