3. Измерение температуры воздуха

3.1. Общие сведения

Тепловое состояние воздуха характеризуется его температурой, которая является одной из основных физических характеристик состояния атмосферы.

Температура является мерой средней кинетической энергии движения молекул и атомов, составляющих воздух. Она характеризует степень нагретости воздуха.

Температура воздуха не является непосредственно измеряемой величиной. Значение температуры определяется по изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества. Она измеряется термометрами со шкалами, в которых в качестве реперных (начальных) точек в настоящее время используются температура таяния льда и кипения воды.

Для количественной характеристики температуры воздуха приняты следующие шкалы (таблица 3.1).

Таблица 3.1. Шкалы для измерения температуры воздуха

Наименование шкалы	Температура таяния льда	Температура кипения воды	Число градусов на шкале
Цельсия ( С )	0	100	100
Фаренгейта ( F )	32	212	180
Кельвина ( К ) (абсолютная)	273	373	100

Точка таяния льда в шкале Кельвина (0°С) соответствует 273К, а точка кипения воды (100°С) соответствует 373К, т.е. один градус шкалы Кельвина равен одному градусу шкалы Цельсия.

Шкала Кельвина связана со шкалой Цельсия следующим равенством

ТК = t°С + 273 (3.1)

Нуль шкалы абсолютной температуры по Кельвину ТК = 0° соответствует температуре t = 273°С и называется абсолютным нулем температуры. Это температура, при которой прекращается тепловое движение молекул идеального газа. Абсолютная температура используется в теоретических расчетах и удобна тем, что при ее применении не приходится иметь дело с отрицательными температурами.

В Украине и в большинстве стран мира используется международная стоградусная шкала Цельсия. В Англии и США до настоящего времени пользуются шкалой Фаренгейта. Переход от одной шкалы к другой производится по формулам:

t°C = (t°F  32) (3.2)

t°F = t°C + 32 (3.3)

3.2. Приборы для измерения и регистрации температуры воздуха

Термометров, применяемых для метеорологических измере- ний, много, однако наибольшее применение на метеорологической сети имеют:

1. Жидкостные термометры, действие которых основано на изменении объема жидкости при изменении температуры.

2. Деформационные термометры, действие которых основано на изменении линейных размеров твердых тел при изменении температуры.

3. Термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электропроводности тел при изменении температуры.

4. Термоэлектрические термометры, действие которых основано на изменении электродвижущей силы термоэлементов при изменении разности температуры спаев.

5. Термотранзисторные термометры, действие которых основано на зависимости напряжения эмиттер  база от температуры.

В жидкостных термометрах в качестве термометрической жидкости обычно применяют ртуть или спирт, обладающие следующими физическими свойствами.

Ртуть (Hg)  температура замерзания 38,9°С; температура кипения 356,9°С; коэффициент расширения (при 18°С)  0,000181; теплоемкость 0,03 кал/г град.

Спирт этиловый (C₂H₅OH)  температура замерзания 117,3°С; температура кипения 78,5°С; коэффициент расширения 0,000110 (при 18°С); теплоемкость 0,58 кал/г град.

Из приведенных характеристик видно, почему для измерения более низких температур в качестве термометрической жидкости применяется спирт.

Все жидкостные термометры состоят из трех основных частей: стеклянного резервуара, наполненного термометрической жидкостью и переходящего в верхней части в капилляр, стеклянной шкалы с делениями, защитной стеклянной трубки. В зависимости от устройства шкалы термометры делятся на два вида: со вставной шкалой и палочные. Вставная шкала изготовляется из молочного стекла и неподвижно укрепляется в корпусе термометра, упираясь одним концом в специальное седло, а другим  в пружину, помещенную в пробке. К шкале плотно прикрепляется тонкий стеклянный капилляр. В палочных термометрах шкала наносится на внешней стороне толстостенного капилляра.

Отсчеты по всем метеорологическим термометрам, вне зависи- мости от цены деления на шкале, производятся с точностью до 0,1°.

Каждый термометр после изготовления сравнивается в Центральном бюро поверки с нормальным термометром  эталоном. В результате поверки определяют инструментальные поправки, которые помещают в особых поверочных свидетельствах (сертификатах). В сертификатах указывается место и дата поверки и поверочный порядковый номер, который проставляют также на самом приборе.

Погрешности в показаниях термометров вызываются следую- щими причинами:

1. Не вполне строгой цилиндричностью капилляра.

2. Неравномерным изменением объема жидкости при различных температурах.

3. Неточностью разбивки шкалы.

4. Перекристаллизацией стекла (старением).