Meteoroloji
Berna Uzun Ankara Üniversitesi DTCF Coğrafya Bölümü
Dışarısı ne kadar sıcak? Bu gece hava ne kadar soğuk olacak? Bir termometre - hava sıcaklığını ölçmek için kullanılan bir alet - bize bunu kolayca söyler, ancak bize nasıl söylediği tamamen başka bir sorudur.
Bir termometrenin nasıl çalıştığını anlamak için fizikten bir şeyi aklımızda tutmamız gerekir: bir sıvının sıcaklığı arttığında hacmi genişler (kapladığı alan miktarı) ve sıcaklığı soğuduğunda hacmi azalır.
Bir termometre atmosfere maruz kaldığında, çevredeki havanın sıcaklığı termometreye nüfuz edecek ve sonunda termometrenin sıcaklığını kendi sıcaklığıyla dengeleyecektir - bilimsel adı "termodinamik denge" olan bir süreç. Bu dengeye ulaşmak için termometre ve içindeki sıvının ısınması gerekiyorsa, sıvı (ısındığında daha fazla yer kaplayacaktır) yükselecektir çünkü dar bir tüpün içinde sıkışmıştır ve yukarıdan başka gidecek yeri yoktur. Aynı şekilde, termometrenin sıvısının havanın sıcaklığına ulaşmak için soğuması gerekiyorsa, sıvı hacim olarak küçülecek ve tüpün aşağısına inecektir. Termometrenin sıcaklığı çevredeki havanın sıcaklığını dengelediğinde, sıvının hareketi duracaktır.
Bir termometrenin içindeki sıvının fiziksel olarak yükselip alçalması, termometrenin çalışmasını sağlayan şeyin yalnızca bir parçasıdır. Evet, bu hareket size bir sıcaklık değişiminin meydana geldiğini söyler, ancak bunu ölçmek için sayısal bir ölçek olmadan, sıcaklık değişiminin ne olduğunu ölçemezsiniz. Bu şekilde, bir termometrenin camına bağlı sıcaklıklar (pasif de olsa) önemli bir rol oynar.
Termometreyi kimin icat ettiği sorusu söz konusu olduğunda, isim listesi sonsuzdur. Bunun nedeni, termometrenin 16. yüzyıldan 18. yüzyıla kadar bir fikirler derlemesinden gelişmiş olmasıdır. 1500'lerin sonunda Galileo Galilei, su dolu bir cam tüp kullanarak, dışındaki havanın sıcaklığına veya soğukluğuna bağlı olarak tüpün içinde yüksekte yüzen veya batan ağırlıklı cam şamandıralar kullanan bir cihaz geliştirdi (bir tür lav lambası gibi). Onun icadı dünyanın ilk "termoskopu" idi.
1600'lerin başında Venedikli bilim adamı ve Galileo'nun arkadaşı Santorio, sıcaklık değişiminin değerinin yorumlanabilmesi için Galileo'nun termoskopuna bir ölçek ekledi. Bunu yaparken de dünyanın ilk ilkel termometresini icat etti. Ferdinando I de' Medici 1600'lerin ortalarında termometreyi ampulü ve sapı olan (ve alkolle doldurulmuş) kapalı bir tüp olarak yeniden tasarlayana kadar termometre bugün kullandığımız şeklini almadı. Son olarak, 1720'lerde Fahrenheit bu tasarımı alıp (alkol veya su yerine) cıva kullanmaya başladığında "daha iyi hale getirdi" ve kendi sıcaklık ölçeğini buna bağladı. Fahrenheit'ın termometresi, donma noktası daha düşük olan ve genleşmesi ve büzülmesi su ya da alkole göre daha görünür olan cıvayı kullanarak donma noktasının altındaki sıcaklıkların gözlemlenmesine ve daha hassas ölçümler yapılmasına olanak sağladı. Böylece Fahrenheit'ın modeli en iyisi olarak kabul edildi.
Fahrenheit'ın cam termometresi de dahil olmak üzere, hava sıcaklıklarını ölçmek için kullanılan 4 ana termometre türü vardır:
Ampul termometre olarak da adlandırılan bu temel termometreler, Ulusal Hava Durumu Servisi Kooperatif Hava Durumu Gözlemcileri tarafından ülke çapındaki Stevenson Screen meteoroloji istasyonlarında günlük maksimum ve minimum sıcaklık gözlemlerini alırken hala kullanılmaktadır. Bir ucunda sıcaklığı ölçmek için kullanılan sıvıyı barındıran yuvarlak bir hazne ("ampul") bulunan cam bir tüpten ("gövde") yapılırlar. Sıcaklık değiştikçe, sıvının hacmi genişleyerek gövdeye doğru yükselir; ya da büzülerek gövdeden ampule doğru geri çekilir.
Bu eski moda termometrelerin ne kadar kırılgan olduğundan nefret mi ediyorsunuz? Camları aslında bilerek çok ince yapılmıştır. Cam ne kadar ince olursa, ısı veya soğuğun geçmesi için o kadar az malzeme olur ve sıvı bu ısı veya soğuğa o kadar hızlı tepki verir, yani daha az gecikme olur.
Evinize, ahırınıza veya arka bahçenize monte edilen kadranlı termometre bir tür bi-metal termometredir. (Fırın ve buzdolabı termometreleriniz ve fırın termostatınız da diğer örneklerdir). Sıcaklıkları algılamak için farklı oranlarda genleşen iki farklı metalden (genellikle çelik ve bakır) oluşan bir şerit kullanır. Metallerin iki farklı genleşme hızı, şeridi ilk sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında bir yöne, altında soğutulduğunda ise ters yöne doğru bükülmeye zorlar. Sıcaklık, şeridin/bobinin ne kadar büküldüğüne göre belirlenebilir.
Termoelektrik termometreler, bir elektrik voltajı üretmek için elektronik bir sensör ("termistör" olarak adlandırılır) kullanan dijital cihazlardır. Elektrik akımı bir tel boyunca ilerlerken, sıcaklık değiştikçe elektrik direnci de değişecektir. Dirençteki bu değişim ölçülerek sıcaklık hesaplanabilir.
Cam ve bimetalik kuzenlerinin aksine termoelektrik termometreler sağlamdır, hızlı tepki verir ve insan gözü tarafından okunmaları gerekmez, bu da onları otomatik kullanım için mükemmel kılar. Bu nedenle otomatik havaalanı meteoroloji istasyonları için tercih edilen termometrelerdir. (Ulusal Hava Durumu Servisi, mevcut yerel sıcaklıklarınızı size sunmak için bu AWOS ve ASOS istasyonlarından gelen verileri kullanır). Kablosuz kişisel meteoroloji istasyonları da termoelektrik tekniğini kullanır.
Kızılötesi termometreler, bir nesnenin ne kadar ısı enerjisi (ışık spektrumunun görünmez kızılötesi dalga boyunda) yaydığını tespit ederek ve bundan bir sıcaklık hesaplayarak uzaktaki sıcaklığı ölçebilir. En yüksek ve en soğuk bulutları parlak beyaz, alçak ve sıcak bulutları ise gri olarak gösteren kızılötesi (IR) uydu görüntüleri bir tür bulut termometresi olarak düşünülebilir.