Dispensa n.4b - (termografo, capannina meteorologica)

Sommario:

Termografo a lamine bimetalliche.

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).

Importanza della misurazione della temperatura dell'aria.

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:

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.

Cenni sulla formazione dei termini scientifici.

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. 

La necessità di regole comuni per tutti.

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.

La capannina meteorologica.

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:

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)

Questa pagina è stata realizzata da Vittorio Villasmunta

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