Dispensa n.4b - (termografo,
capannina meteorologica)
Sommario:
Nella prima parte, abbiamo visto l'utilizzo di liquidi come il
mercurio o l'alcool per la costruzione di termometri. Vi sono
però altri tipi di termometri, basati sempre sulla dilatazione,
ma questa volta sul diverso coefficiente di dilatazione termica subita da materiali
differenti saldamente vincolati l'uno accanto all'altro. Si
chiamano lamine bimetalliche. Questi termometri sono molto diffusi sia in
ambito industriale che domestico come termostati. A parità di calore fornito,
una lamina si dilaterà maggiormente dell'altra, a cui peraltro
è vincolata, determinando l'incurvatura della lamina stessa.
Questo movimento incurvante impresso dalla diversa dilatazione
può essere sfruttato per valutare la temperatura dell'aria, ed
inoltre, collegato un pennino scrivente alle lamine, si può far
tracciare una linea su un diagramma (termogramma) avvolto intorno ad un tamburo
rotante. Tale tamburo, munito di dispositivo ad orologeria,
ruoterà intorno a se stesso, consentendo al pennino di tracciare
una linea continua che rappresenterà l'andamento della
temperatura in un determinato periodo di tempo.
Tale apparecchiatura prenderà il nome di termografo a lamina
bimetallica.
I termometri a lamina bimetallica vengono inoltre usati negli strumenti per
la misura della radiazione solare (piranografi).
La temperatura ha importanti implicazioni su tutti i fenomeni
vitali, e, per quanto ci riguarda aeronauticamente parlando, sul
rendimento e sull'efficienza di un velivolo.
La scorsa volta abbiamo visto come la lunghezza del decollo
sia in relazione con la temperatura.
Se la temperatura è elevata, l'aereo non riuscirà più a
sviluppare la medesima potenza dei motori rispetto a quando la
temperatura era più bassa. In alcune situazioni, dove
l'escursione termica è molto elevata (si dice escursione termica
la differenza tra massima e minima), come ad esempio, in
aeroporti posti all'interno di aree continentali, un aereo con un
determinato carico potrebbe riuscire a decollare durante le ore
notturne e non riuscirvi, col medesimo carico, a decollare
durante le ore più calde del giorno. E questo accade perché la
potenza dei motori è diminuita a causa della elevata temperatura
(che ha fatto diminuire la densità dell'aria).
Un altro importante uso delle temperature è quello ai fini previsionistici.
L'andamento della temperatura al suolo può essere d'aiuto per
capire il movimento delle masse d'aria.
Riassumendo, abbiamo visto i seguenti strumenti:
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termometro a mercurio
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termometro ad alcool
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termografo a lamine bimetalliche
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Esiste un altro sistema per misurare la temperatura: esso
sfrutta la variazione di resistenza di un corpo. Con l'aumentare
della temperatura, aumenta la resistenza opposta da un corpo
all'attraversamento della corrente elettrica. Ovviamente, anche
in questo caso, si tratta di una misura indiretta del calore
posseduto da un corpo, in quanto, legata la variazione ad un
sistema di riferimento, leggeremo su una scala il valore indicato
da un indice mobile opportunamente tarato.
Quasi tutte i termini specifici usati nelle Scienze derivano
da parole greche e latine.
Si suole far terminare una parola con il suffisso -metro,
quando ci si riferisce ad una misurazione osservata a vista.
Quando ad una parola si aggiunge il suffisso -grafo, si vuole
dire che la misurazione viene scritta su carta (dal greco grapho
= scrivo). Infine, le cartine di registrazione prendono il suffisso -gramma.
Riassumendo, tutte le parole che finiscono con -metro, stanno
ad indicare una misurazione, quelle che finiscono con -grafo,
oltre alla misurazione implicano la scrittura del dato osservato
su carta. Esempi: Termometro e termografo: col primo strumento osserviamo
la temperatura al momento dell'osservazione, con il secondo la
temperatura viene tracciata su carta che assume il nome di termogramma. Barometro = strumento per
la misurazione della pressione atmosferica. Barografo = come
sopra, con riporto su carta diagrammale della pressione atmosferica, e che
chiameremo barogramma. Igrometro e igrografo = strumenti per la misura
dell'umidità relativa dell'aria, di cui il secondo con
tracciatura su carta. Un termoigrografo riunirà in un unico
apparato, le misurazioni scritte della temperatura e
dell'umidità relativa.
Quanto abbiamo esaminato intorno alla rilevazione della
temperatura non è tuttavia sufficiente a valutazioni utili su
scala più ampia se non si adottano opportuni accorgimenti.
La meteorologia, scienza giovane, ha avuto un impulso notevole
nel momento in cui è stato possibile, da parte delle stazioni
meteorologiche disseminate nel mondo, far convergere in tempo
reale le osservazioni presso un centro comune di raccolta.
Quanto abbiamo detto, lega indissolubilmente il progresso
della meteorologia alle telecomunicazioni (TLC). Migliori sono le
telecomunicazioni, più efficace risulta la distribuzione e la
raccolta delle osservazioni meteorologiche.
Ma allora, se c'è questa necessità di scambio, e quindi di
capirsi, che ha portato a creare un unico sistema di riferimento
per le misurazioni, come si sviluppa in questo campo tale
esigenza ?
Innanzitutto fissando per tutto il mondo un riferimento orario
inequivocabile, chiamato ora UTC o, in termini aeronautici, ora Z (zulu time). L'ora Z fa riferimento all'ora del meridiano
fondamentale di Greenwich. L'adozione di un'ora valida per tutto
il mondo, svincolata, quindi, dall'ora del proprio fuso, fa si
che le osservazioni effettuate nel mondo possano essere confrontate tra loro in quanto rilevate tutte nel medesimo
momento. Non importa che ora locale sia in Italia o in Nuova
Zelanda (notoriamente agli antipodi della nostra penisola):
un'osservazione fatta alle 12/z sarà effettuata nello stesso
momento sia qui che in Nuova Zelanda, che in qualsiasi altra
parte del globo.
Questa contemporaneità di misurazioni mi darà, quindi, la
possibilità di tracciare su un carta riportante una
rappresentazione grafica di un'area (ad esempio, l'Europa), le
temperature di una data ora, e di effettuare delle valutazioni su
come quei valori misurati sono distribuiti in quella determinata
area.
Le temperature, per poter essere confrontate, devono essere
rilevate con un certo criterio. Se non si seguono le opportune norme, le misure
effettuate anche con strumenti di buon livello, non solo possono risultare del
tutto fallaci, ma anche indurre lo sperimentatore a conclusioni gravemente
errate.
Innanzitutto, secondo voi, è la
stessa cosa se il termometro lo espongo al sole, o lo metto in
tasca oppure in un contenitore per nasconderlo ai raggi solari
diretti ? Avrò in tutti i casi la medesima misurazione?
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Certamente no. Perché ?
Perché esponendolo ai raggi del Sole, lo strumento assorbirà
le radiazioni solari e finirà per misurare soltanto la propria
temperatura. A questo proposito, ovvero in merito a fallaci
misurazioni di temperatura, si può citare il caso di quei
pannelli giganti che mostrano con cifre luminose l'ora
alternandola con la misura di temperatura. Si trovano spesso
sulla sommità di palazzi in città. Se il sensore che rileva la
temperatura non è stato ben isolato dai raggi del sole, e posto
lontano dalle murature, la temperatura rilevata sarà falsata
dall'irraggiamento della costruzione stessa, per cui il valore di
temperatura mostrato potrà risultare superiore a quella
effettivo dell'aria.
Chi il termometro se l'è infilato in tasca, otterrà una
misurazione della temperatura corporea, e perciò non ancora la
temperatura dell'aria, che è ciò che noi vogliamo.
Se invece avremo cura di non esporre il termometro ai raggi
del sole, ponendolo in una posizione ben ventilata, il dato che
andremo a leggere sul termometro approssimerà abbastanza
fedelmente la reale temperatura dell'aria.
Adottando tutta una serie di accorgimenti, potremo avvicinarci
ancora di più alla realtà.
Proprio per questo l'Organizzazione Meteorologica Mondiale
(OMM), ha stilato delle norme per la corretta rilevazione dei
dati di temperatura dell'aria. Innanzitutto, tutti gli strumenti
destinati a questo tipo di misurazioni devono essere ospitati
nella cosiddetta capannina meteorologica. E' un
contenitore di legno, dotato di un tetto spiovente. La scelta del
legno, invece che, ad esempio, di un metallo, è dovuta alle
caratteristiche isolanti di questo materiale naturale. Il legno,
infatti, è un cattivo conduttore di calore. Sapete come ci si
accorge molto naturalmente di questa caratteristica, ovvero se un
materiale è isolante o meno ?
Semplicemente toccandolo. Se al tatto il materiale appare
caldo, significa che è un cattivo conduttore di calore, se
invece ci trasmette la sensazione di freddo, allora ci troviamo
al cospetto di un materiale buon conduttore di calore. Provate a
toccare il marmo. Il marmo, come le rocce in genere, è un buon
conduttore di calore, ovvero possiede una elevata capacità
termica. Toccandolo, il calore corporeo passa rapidamente dal
dito al marmo, per cui la sensazione che ne consegue è di un
raffreddamento del dito stesso. Provate, invece, a toccare un
pezzo di polistirolo. Sembrerà caldo, poiché è un materiale
isolante, ma quel calore avvertito sarà solo e soltanto quello
proprio del polpastrello. La contiguità col materiale isolante
impedirà all'aria di disperdere il calore corporeo, e questo
comporterà un lieve innalzamento della temperatura del
polpastrello.
Un contenitore in legno, pertanto, esposto ai raggi del sole,
si riscalderà comunque ma solo esternamente, mentre all'interno
quel calore assorbito verrà trasmesso con difficoltà.
Per favorire la circolazione dell'aria all'interno del
contenitore, le pareti dello stesso dovranno essere costituite da
persiane.
Inoltre, tutta la capannina dovrà essere verniciata di
bianco, ma non per motivi estetici. Perché il bianco è
preferibile agli altri colori?
Perché il bianco assorbe meno le radiazioni solari, e ci
appare bianco proprio perché evidenzia un'alta riflettività.
Per questo motivo d'estate sono prevalenti nell'abbigliamento i
colori chiari, mentre d'inverno prevalgono i colori scuri. Nel
sud dell'Italia, molti paesi assumono un abbagliante aspetto
bianco proprio perché le pareti esterne delle abitazioni vengono
accuratamente biancheggiate per meglio difendersi dall'elevata
insolazione estiva. Pensate ad Ostuni.
In montagna, per il motivo esattamente opposto, prevalgono
invece i colori scuri.
Riassumendo, la nostra capannina deve:
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essere di un materiale isolante
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consentire la libera circolazione dell'aria al suo
interno mediante fenditure sulle pareti
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essere tinteggiata di bianco.
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Ma non basta.
Deve essere posta ad un'altezza di circa 2 metri rispetto al
suolo, costituito da un prato con erba bassa e non da cemento o
asfalto, che per il loro elevato assorbimento di calore
potrebbero influenzare dal basso gli strumenti contenuti in
capannina.
Un accorgimento fondamentale è rappresentato
dall'orientamento della capannina rispetto ai punti cardinali.
L'apertura della capannina deve essere orientata verso il nord:
così facendo eviteremo che al momento della lettura, il sole
possa direttamente colpire gli strumenti, considerato che il suo
moto apparente nel cielo si compie da est verso ovest, ove
tramonta.
Al fine di evitare che gli strumenti possano essere
influenzate da fonti di calore, l'osservatore dovrà compiere
l'operazione di lettura il più rapidamente possibile, essendo
egli stesso un generatore di calore.
Come vedete, si adotta un insieme di accorgimenti con il
preciso scopo di avere una misurazione della temperatura
dell'aria più fedele possibile. Detto in una parola, una
misurazione che sia rappresentativa della massa d'aria
giacente sul luogo di osservazione.
Talvolta, ascoltando in televisione le temperature registrate,
ci sembra che siano discordanti dalle nostre sensazioni. Una
calda giornata estiva ci è sembrata insopportabilmente afosa,
mentre le temperature riportate in tivù non erano poi così
mostruosamente elevate. Questo accade proprio perché in città
la presenza dell'asfalto e del cemento contribuisce ad elevare la
temperatura dell'aria, anche a causa di una scarsa ventilazione
dovuta alla presenza di costruzioni. Le temperature che invece
sono state diffuse dal mezzo televisivo sono quelle registrate in
capannina, lontana da ogni influenza esterna, e quindi
scientificamente valide ed effettivamente rappresentative della
massa d'aria insistente su quell'area.
In inverno, accade invece che le temperature rilevate in
città risultino più elevate di quelle registrate in capannina,
proprio perché le nostre città sono abbondantemente riscaldate,
ed è giocoforza che l'aria ne risulti in qualche modo
influenzata.
E' ovvio che non potrò mai ricavare una temperatura corretta dal termometro appeso in casa, in quanto quel termometro
riporterà solo e soltanto la temperatura dell'aria in casa.
Se voglio ottenere una lettura approssimata dell'aria, dovrò
posizionare il termometro all'esterno della casa, rivolto
preferibilmente verso il nord per evitarne l'esposizione diretta
ai raggi solari. Solo così facendo potrò ottenere una
temperatura che si avvicina a quella reale dell'aria.
Nella prossima lezione cominceremo a parlare delle
caratteristiche che gli strumenti di misurazione della
temperatura devono possedere per essere affidabili.
(rev.2001/02)
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