termòmetro

Lessico

sm. [sec. XVII; termo-+ -metro].

1) Strumento che permette di misurare variazioni di temperatura in un corpo o in un ambiente. Nell'uso comune s'intende in genere il termometro clinico, quello a mercurio che si usa in medicina per misurare la temperatura del corpo umano: devi avere un po' di febbre, metti il termometro; il termometro sale, segna temperature più alte.

2) Fig. non comune, segno indicatore, sintomo: l'incidente è stato il termometro della tensione crescente.

Tecnica: caratteristiche

I termometri sono basati sul fatto che certe grandezze fisiche, quali volume, resistenza elettrica, indice di rifrazione ecc. variano con la temperatura e che è possibile determinare una relazione tra la temperatura e la grandezza variabile, di modo che a ciascun valore di quest'ultima corrisponda un valore ben determinato della temperatura. I diversi tipi di termometro differiscono per le scale di temperatura per le quali sono tarati, per la proprietà termometrica sfruttata, per la sostanza termometrica utilizzata. Tra i termometri che sfruttano come proprietà termometrica la dilatazione termica, si hanno i termometri a dilatazione di solido, i termometri a dilatazione di liquido e i termometri a dilatazione di gas. Tra i termometri che usano come proprietà termometrica la variazione di pressione, hanno grande importanza i termometri a gas a volume costante e i termometri a tensione di vapore. Tra i termometri che usano come proprietà termometrica la variazione di resistività elettrica, si hanno i termometri elettrici a resistenza.

Tecnica: termometro a dilatazione di solidi

Ai termometri a dilatazione di solidi appartengono i termometri a dilatazione lineare, i termometri a lamina bimetallica, o termometri bimetallici. I termostati industriali hanno la funzione specifica di mettere in atto determinati meccanismi che regolano la temperatura stessa dell'ambiente nel quale sono immersi. I termometri a dilatazione lineare permettono misurazioni di temperatura entro l'intervallo in cui il coefficiente di dilatazione lineare del materiale usato si può considerare costante in funzione della temperatura. Sono generalmente costituiti da un tubo cavo con coefficiente di dilatazione trascurabile e una sbarretta all'interno di esso; la dilatazione di quest'ultima costituisce una misura della temperatura. L'estremo libero della sbarretta, dilatandosi provoca la rotazione di un indice sulla cui scala si legge la temperatura corrispondente; all'indice è collegata una molla di richiamo. Si noti che, per una corretta misurazione, tutta la sbarra deve essere immersa nell'ambiente o nella sostanza di cui si vuole determinare la temperatura.

Tecnica: termometro a lamina bimetallica

I termometri a lamina bimetallica, detti anche, semplicemente, termometri metallici, hanno come elemento base una lamina costituita da due metalli di diverso coefficiente di dilatazione, saldati tra loro. La lamina, in condizioni di riposo, può essere diritta, a V, a elica, avvolta a spirale. Tali termometri trovano impiego molto generalizzato nell'industria e possono essere impiegati in un intervallo di temperatura abbastanza ampio (ca. tra -50 e 1000 ºC). Poiché i valori dei coefficienti di dilatazione termica sono particolarmente bassi, è necessario scegliere due metalli aventi tali coefficienti molto diversi; in particolare, fino a 250 ºC si può usare una coppia ferro-ottone, fino a 600 ºC si può usare una coppia quarzo-nichel. I termometri metallici sono poco precisi e presentano a fondo scala un errore dell'ordine del 2%.

Tecnica: termometro a dilatazione di liquido

Consta di un bulbo di vetro pieno di liquido che si prolunga in un capillare parzialmente pieno; all'aumentare della temperatura le differenti dilatazioni del vetro e del liquido fanno salire quest'ultimo nel capillare; la temperatura si determina mediante una scala incisa nel capillare o connessa a esso in corrispondenza al livello raggiunto dal liquido. Tra i termometri a liquido, il più usato è quello a mercurio, liquido che si può ottenere particolarmente puro e che ha un campo di applicazione compreso tra -38,9 ºC e 356,9 ºC, temperature rispettivamente di fusione e di ebollizione a temperatura atmosferica. Il limite superiore può giungere sino a ca. 550 ºC, se si lascia al termine del capillare un deposito di gas compresso. I vantaggi dell'uso del mercurio come sostanza termometrica consistono nel fatto che esso è opaco e quindi ben visibile, ha un coefficiente di dilatazione lineare costante nel campo di utilizzo, è buon conduttore di calore e quindi raggiunge velocemente l'equilibrio termico con il corpo con cui è a contatto. Ha una sensibilità generalmente alta: sono di uso comune termometri a mercurio che permettono di apprezzare il decimo di grado, ma si hanno termometri a mercurio con la sensibilità di 0,01 ºC e anche di 0,001 ºC. Tra i termometri a mercurio, hanno interesse particolare quelli destinati a registrare temperature massime raggiunte, per esempio, nel corso di una giornata (termometro a massima). Il termometro a massima è un comune termometro a mercurio con una strozzatura del capillare vicino al bulbo che permette al mercurio di salire in esso passando attraverso la strozzatura, ma non di tornare indietro; in questo modo, all'abbassarsi della temperatura, la colonna di mercurio si spezza e per riportarla in basso bisogna esercitare su di essa un'azione meccanica; sono termometri di massima i termometri clinici, con una scala generalmente compresa tra 32 ºC e 44 ºC e suddivisa in decimi di grado, usati per misurare la temperatura corporea. In questi termometri l'abbassamento del mercurio è ottenuto scuotendo energicamente il cannello.

Tecnica: termometro di Beckmann

Un altro termometro a mercurio, a scala arbitraria e graduata in centesimi di grado, è il termometro di Beckmann, usato principalmente nei crioscopi. È questo un termometro speciale nel quale parte del liquido, A, può essere asportata e depositata in una vaschetta ausiliaria, B, in modo da permettere misurazioni di temperatura con la precisione suddetta in un ampio intervallo. La scala del termometro di Beckmann, infatti, pur estendendosi per soli pochi gradi, non definisce infatti qual è l'intervallo e quest'ultimo può essere modificato togliendo al bulbo più o meno liquido. Altri termometri a liquido sono utilizzati per misurare temperature non raggiungibili con il termometro a mercurio; si hanno pertanto termometri ad alcol etilico, termometri a pentano, termometri a toluolo, termometri a etere etilico ecc. Gli intervalli di utilizzazione dipendono dai punti di fusione e di ebollizione delle varie sostanze, punti che d'altra parte possono essere modificati, in una certa misura, modificando la pressione a cui si opera. I termometri a minima sono particolari tipi di termometro ad alcol, o a toluolo, in cui l'indice è costituito da un cilindretto di smalto mobile lungo il capillare. Attraverso il foro del cilindretto il liquido può passare quando la temperatura si alza e il liquido si dilata, ma il cilindretto viene trascinato in basso dal menisco liquido quando la temperatura diminuisce.

Tecnica: termometro di massima e di minima

Un termometro ad alcol di uso analogo è il termometro di massima e di minima, particolarmente usato in meteorologia per determinare contemporaneamente le temperature massime e minime toccate durante un certo lasso di tempo, per esempio durante una giornata. Esso è costituito da un capillare a U che contiene una certa quantità di mercurio nella parte inferiore. Sopra il mercurio vi sono, nei due rami, due anelli di ferro smaltato che fanno da indici; essi hanno entrambi un filetto di vetro che preme sulla parete del cannello e impedisce la discesa per azione della sola forza di gravità. Uno dei due rami del capillare termina in un'ampolla con un relativamente grande deposito, A, completamente pieno di alcol; l'altro ramo termina in un deposito più piccolo, B, solo parzialmente pieno. All'aumentare della temperatura, l'indice del ramo terminante in B viene sollevato dal mercurio in modo da indicare la temperatura massima raggiunta; al diminuire della temperatura, invece, l'indice che viene spinto in alto è quello del ramo terminante in A: tale indice fa da riferimento alla temperatura minima raggiunta.

Tecnica: termometro a rovesciamento

Un tipo di termometro molto usato in oceanografia è il termometro a rovesciamento: questo strumento serve per misurare la temperatura delle acque profonde; viene calato in mare in posizione verticale e, quando raggiunge la profondità alla quale si desidera eseguire la misura, viene capovolto mediante un dispositivo comandato dalla superficie. Le particolarità costruttive del capillare del termometro fanno sì che, in seguito al rovesciamento, si verifichi l'interruzione della colonnina del mercurio contenuta nel capillare stesso; la lettura del termometro rimane fissa sul valore misurato al momento del rovesciamento e non viene alterata, durante la risalita, dal passaggio attraverso strati d'acqua a temperatura diversa.

Tecnica: termometro a gas a pressione costante

Alla categoria dei termometri a dilatazione di gas appartengono i termometri a gas a pressione costante, nei quali la grandezza termometrica è il volume V_t che varia in funzione della temperatura t, secondo la legge V_t=V₀ (1+αt), in cui V₀ è il volume a 0 ºC e α il coefficiente di dilatazione termica dei gas. Gli accorgimenti per tenere costante la pressione rendono però poco conveniente l'uso di questi termometri rispetto a quello dei termometri a gas a volume costante.

Tecnica: termometro differenziale

Termometri a dilatazione di gas sono anche i termometri differenziali, utilizzati nella misurazione di piccole differenze di temperatura. Un termometro differenziale consiste in un tubo capillare piegato ad angolo retto con gli estremi terminanti in due ampolle. Tra i due rami, e immerso in aria, vi è un liquido che si muove verso un lato o verso l'altro in dipendenza della differenza tra le temperature alle quali si trova l'aria nelle due ampolle.

Tecnica: termometro a gas a volume costante

È sostanzialmente costituito da un bulbo di vetro contenente il gas unito a un manometro a mercurio aperto. Al variare della temperatura nel bulbo B, il volume del gas viene mantenuto costante abbassando o alzando il tubo D, in modo che la superficie del mercurio a contatto del gas si mantenga sempre in corrispondenza alla tacca di zero, 0. Il dislivello Δp, in millimetri, tra le superfici del mercurio nei due rami, sommato alla pressione atmosferica, dà la pressione del gas nel bulbo in millimetri di mercurio. In queste condizioni, variazioni di temperatura nel gas si traducono in variazioni della sua pressione. Se p₀ è la pressione del gas nel bulbo, in equilibrio termico con ghiaccio fondente, e p₁₀₀ la temperatura quando è in equilibrio termico con i vapori d'acqua in ebollizione, l'espressione lega la temperatura t nel bulbo alla pressione p misurata con il manometro. I termometri a gas a volume costante permettono di definire una scala assoluta di temperature, in quanto la temperatura da loro indicata può essere resa indipendente dalla particolare sostanza termometrica, cioè dal particolare gas usato. I termometri a gas a volume costante sono molto precisi e sensibili, ma hanno anche gli inconvenienti di una scarsa prontezza e sono poco maneggevoli. Per questa ragione il loro uso è limitato alla ricerca scientifica nei laboratori specializzati. Termometri a gas perfetto a volume costante (v. temperatura) permettono misurazioni di temperature molto basse: quelli a idrogeno permettono di giungere sino a -250 ºC, quelli a elio a -270 ºC; per le temperature tra -270 ºC e -273 ºC la pressione dell'elio deve essere mantenuta tra 100 e 2 mmHg per evitarne la condensazione.

Tecnica: termometro a tensione di vapore

È basato sul fatto che la tensione del vapore saturo varia con la temperatura; l'elemento fondamentale di tali termometri è pertanto un manometro che misura la tensione di vapore della sostanza termometrica (cioè del vapore in presenza del suo liquido). La scala di questi termometri è una scala non lineare in quanto la tensione del vapor saturo dipende dalla temperatura con una legge del tipo: p=kT^a con α>2 per i vapori più comuni. Schematicamente, in un termometro a tensione di vapore, T è un liquido non vaporizzabile, contenuto nel tubo flessibile C, molto sottile; attraverso tale tubo trasmette la pressione del vapore V del liquido L, non miscibile con T, al manometro M. La scala del manometro, naturalmente, non è lineare. Termometri a tensione di vapore, più sensibili di quelli a gas, sono utilizzati per la misurazione di temperature comprese tra 2K e 4K.

Tecnica: termometro elettrico a resistenza

Sfrutta il fenomeno per cui la resistività elettrica dei conduttori metallici varia con la temperatura. La dipendenza della resistività ρ dalla temperatura può essere espressa in generale da una relazione del tipo ρ₀(1+αt+βt²+...) che nella maggior parte dei casi, in intervalli abbastanza piccoli di temperatura, diventa una relazione di linearità: ρ=ρ₀(1+αt), in cui ρ₀ è la resistività del conduttore a 0 ºC e α è una costante detta coefficiente di temperatura. Nei termometri a resistenza più usati, si utilizza una resistenza R costituita da un filo di platino puro con diametro dell'ordine del decimo di millimetro, avvolto in un cilindretto di mica e rinchiuso in una guaina G. Il filo di platino costituisce un ramo di ponte di Wheatstone il cui galvanometro permette di misurare variazioni di resistenza corrispondenti a misure di temperatura comprese tra -250 ºC e 1100 ºC. L'uso dello strumento viene fatto precedere dalla determinazione di un opportuno grafico di taratura. Per misurazioni di alta precisione, l'intervallo di temperatura utilizzabile va da -180 ºC a 660 ºC. Per temperature non superiori a 300 ºC si può usare il nichel al posto del platino. Esistono anche altri termometri particolari, quali i pirometri ottici, termocoppie, ecc.

Bibliografia

D. M. Considine, Process Instruments and Controls Handbook, New York, 1957; F. Din, A. H. Cockett, Low-temperature Techniques, New York, 1960; F. Bellomo (a cura di), Strumenti di musica, Milano, 1990.