Principio del termometro a liquido in vetro
Il termometro a liquido in vetro è il dispositivo più comunemente usato per misurare la temperatura ed è poco costoso da realizzare e facile da usare.
Il termometro a liquido in vetro ha un bulbo di vetro collegato a un tubo di vetro sigillato (chiamato anche stelo o tubo capillare).
Un’apertura molto sottile, chiamata foro, esiste dal bulbo e si estende lungo il centro del tubo.
Il bulbo è tipicamente riempito di mercurio o di alcool di colore rosso ed è libero di espandersi e salire nel tubo quando la temperatura aumenta, e di contrarsi e muoversi lungo il tubo quando la temperatura diminuisce.
Nei termometri a liquido in vetro (LIG) l’elemento termicamente sensibile è un liquido contenuto in un involucro di vetro graduato.
Il principio usato per misurare la temperatura è quello della dilatazione termica apparente del liquido.
Un tipico termometro a liquido in vetro è mostrato nella figura qui sotto.
Lo sfondo del tubo di vetro è ricoperto di smalto bianco e la parte anteriore del tubo di vetro forma una lente di ingrandimento che ingrandisce la colonna di liquido e facilita la lettura della temperatura.
Nella figura in basso (a sinistra), è raffigurato un termometro tutto di vetro, con la sua scala incisa nello stelo.
I termometri a liquido in vetro sono fragili e per uso industriale, il termometro è montato in una custodia protettiva e la scala è incisa su una piastra separata che fa parte della custodia protettiva.
Un termometro industriale è mostrato nella figura in basso (a destra).
Principalmente comprende:
- Un bulbo che funge da contenitore per il liquido di funzionamento dove può facilmente espandersi o contrarsi in capacità.
- Un gambo, “un tubo di vetro contenente un piccolo capillare collegato al bulbo e allargato alla base in un bulbo che è parzialmente riempito con un liquido di lavoro”.
- Una scala di temperatura che è fondamentalmente preimpostata o impressa sullo stelo per visualizzare le letture della temperatura.
- Punto di riferimento cioè un punto di calibrazione che è più comunemente il punto di ghiaccio.
- Un liquido di lavoro che è generalmente o mercurio o alcool.
- Un gas inerte, principalmente argon o azoto che è riempito all’interno del termometro sopra il mercurio per tagliare la sua volatilizzazione.
Liquidi usati nei termometri di vetro
Avantaggi
Seguono i principali vantaggi associati all’uso dei termometri a liquido in vetro:
- Sono relativamente più economici di altri dispositivi di misurazione della temperatura.
- Sono maneggevoli e comodi da usare.
- A differenza dei termometri elettrici, non necessitano di alimentazione o batterie per la ricarica.
- Possono essere applicati frequentemente in aree dove c’è un problema di elettricità.
- Forniscono una buona ripetibilità e la loro calibrazione rimane inalterata.
Limitazioni
L’uso dei termometri a liquido in vetro include anche le seguenti limitazioni:
- Sono considerati inadatti per applicazioni che coinvolgono temperature estremamente alte o basse.
- Non possono essere applicati in regioni dove sono desiderabili risultati altamente accurati.
- In confronto ai termometri elettrici, sono molto deboli e delicati. Pertanto, devono essere maneggiati con molta cura perché rischiano di rompersi.
- Inoltre, non possono fornire risultati digitali e automatici. Quindi, il loro uso è limitato a settori in cui solo la lettura manuale è adeguata, per esempio, un termometro domestico.
- “Le letture della temperatura devono essere annotate immediatamente dopo la rimozione perché un termometro di vetro può essere influenzato dalla temperatura ambientale, dal calore prodotto dalla mano che lo tiene, dalla pulizia, ecc. Questa temperatura dovrebbe essere registrata perché un termometro di vetro non offre un richiamo della temperatura misurata.”
- La lettura della temperatura tramite termometri a liquido in vetro richiede una vista brillante.
- L’elemento liquido contenuto in un termometro di vetro può essere pericoloso o rischioso per la salute a causa delle loro potenziali fuoriuscite chimiche.
- Questi termometri visualizzano la temperatura sia in scala Celsius che Fahrenheit. Quindi, la conversione della temperatura sarebbe necessaria se la lettura della temperatura è voluta in qualche altra scala.
Tipi di termometri a liquido in vetro
Ci sono due tipi principali di termometri a liquido in vetro che sono menzionati sotto:
- Termometri a mercurio
- Termometri ad alcool
Termometri a mercurio
Questo tipo di termometro fu sviluppato da un fisico tedesco di nome Daniel Gabriel Fahrenheit.
Si tratta di mercurio come liquido riempito in un tubo di vetro. Sul corpo del tubo di vetro, sono forniti segni calibrati che facilitano la lettura della temperatura.
Un bulbo è formato ad un’estremità del termometro che contiene la maggior parte del mercurio.
L’espansione e la contrazione di questa dimensione di mercurio è poi ulteriormente aumentata nel foro estremamente sottile del tubo di vetro. Questo aiuta ad aumentare la sensibilità del termometro.
In generale, la zona sopra il mercurio è riempita di gas inerti come l’azoto. Tuttavia, anche questa zona può essere lasciata evacuata.
Sono disponibili vari tipi di termometri a mercurio in vetro. “Un termometro massimo è un tipo unico di termometro a mercurio che funziona avendo una costrizione nel collo vicino al bulbo.
Il mercurio è costretto a salire attraverso la costrizione dalla forza di espansione quando la temperatura aumenta. Quando c’è una diminuzione della temperatura, la colonna di mercurio si rompe alla costrizione e non può tornare al bulbo e rimarrà ferma nel tubo.”
Per mezzo di un termometro di massimo, si può misurare la temperatura massima in un arco di tempo predeterminato.
L’azzeramento del termometro di massimo è un processo molto semplice che richiede solo una brusca oscillazione del termometro.
Il punto di congelamento del mercurio è – 38,83°C a cui si solidifica. Tuttavia, non provoca un’espansione al momento della solidificazione e quindi non ci sarà pericolo di rottura del vetro del tubo del termometro.
Ogni volta che c’è un aumento della temperatura, il gas azoto riempito sopra il mercurio nel tubo di vetro di solito scende la colonna e si blocca lì.
Questa intera azione può influenzare il funzionamento del termometro. Per evitare questa difficoltà, si deve riuscire a far entrare i termometri a mercurio quando la temperatura scende a – 37°C.
Nelle zone in cui il limite superiore della temperatura è di – 38,83°C, si può impiegare un termometro in lega di mercurio e gallio che ha un punto di congelamento cioè di solidificazione di – 61°C.e. punto di solidificazione di – 61.1°C.
Termometri ad alcool
I termometri ad alcool stanno sostituendo i termometri a mercurio in molte applicazioni.
Impiegano alcool come liquido riempito in tubi di vetro. La gamma di misurazione della temperatura dei termometri ad alcool varia da 115°C a 785°C, dove il primo è il punto di congelamento dell’alcool e il secondo è il punto di ebollizione dell’alcool.
Un tipico termometro per ottenere letture di temperatura ambientale è richiesto per avere una gamma di temperatura da -20°F a 120°F cioè.Cioè da -30°C a 50°C.
L’alcool, essendo una sostanza volatile, può provocare la separazione della colonna del termometro a causa di uno shock meccanico.
La colonna può quindi essere nuovamente unita facendo cadere il termometro su una superficie di legno avvolta da molti fogli di carta. “Tenere il termometro in posizione verticale, con il bulbo verso il basso, da 4 a 6 pollici sopra la superficie di legno coperta di carta, e poi farlo cadere.
Dopo che il bulbo del termometro colpisce la carta, prendere il termometro con l’altra mano per evitare la rottura. Piccole quantità di alcool possono aggrapparsi alla porzione di tubo capillare sopra la colonna di alcool.”
La porzione ad alta temperatura del termometro può essere riscaldata sotto una lampada ad incandescenza che porterà l’alcool giù alla colonna.
Si può anche montare il termometro verticalmente per tutta la notte, il che permetterà il richiamo dell’alcool nella colonna.
Questo termometro non dovrebbe mai essere impiegato con una colonna di fluido divisa, poiché porta generalmente a misure di temperatura errate.
Si legga anche: Che cos’è la temperatura?