Sono stati sviluppati molti metodi per misurare la temperatura. La maggior parte di questi si basa sulla misurazione di qualche proprietà fisica di un materiale di lavoro che varia con la temperatura. Uno dei dispositivi più comuni per misurare la temperatura è il termometro di vetro. Questo consiste in un tubo di vetro riempito di mercurio o di qualche altro liquido, che agisce come fluido di lavoro. L’aumento della temperatura fa espandere il fluido, quindi la temperatura può essere determinata misurando il volume del fluido. Questi termometri sono di solito calibrati in modo che si possa leggere la temperatura semplicemente osservando il livello del fluido nel termometro. Un altro tipo di termometro che non è molto usato nella pratica, ma è importante da un punto di vista teorico, è il termometro a gas.
Altri dispositivi importanti per misurare la temperatura sono:
- Termocoppie
- Termistori
- Rilevatore di temperatura a resistenza (RTD)
- Pirometro
- Sonde di Langmuir (per la temperatura degli elettroni di un plasma)
- Termometro a infrarossi
- Altri termometri
Si deve fare attenzione quando si misura la temperatura a garantire che lo strumento di misura (termometro, termocoppia, ecc.) sia davvero alla stessa temperatura del materiale che si sta misurando. In alcune condizioni il calore dello strumento di misura può causare un gradiente di temperatura, per cui la temperatura misurata è diversa dalla temperatura reale del sistema. In tal caso la temperatura misurata varierà non solo con la temperatura del sistema, ma anche con le proprietà di trasferimento del calore del sistema.
Il comfort termico che gli esseri umani, gli animali e le piante sperimentano è legato a più della temperatura indicata su un termometro di vetro. I livelli di umidità relativa nell’aria ambiente possono indurre più o meno raffreddamento evaporativo. La misurazione della temperatura del bulbo umido normalizza questo effetto dell’umidità. Anche la temperatura media radiante può influenzare il comfort termico. Il fattore di raffreddamento del vento fa sentire il tempo più freddo in condizioni di vento che in condizioni di calma, anche se un termometro di vetro mostra la stessa temperatura. Il flusso d’aria aumenta il tasso di trasferimento di calore da o verso il corpo, risultando in un cambiamento maggiore nella temperatura del corpo per la stessa temperatura ambientale.
La base teorica dei termometri è la legge zero della termodinamica che postula che se si hanno tre corpi, A, B e C, se A e B sono alla stessa temperatura, e B e C sono alla stessa temperatura allora A e C sono alla stessa temperatura. B, ovviamente, è il termometro.
La base pratica della termometria è l’esistenza dei punti tripli. I punti tripli sono condizioni di pressione, volume e temperatura tali che tre fasi sono contemporaneamente presenti, per esempio solido, vapore e liquido. Per un singolo componente non ci sono gradi di libertà in un punto triplo e qualsiasi cambiamento nelle tre variabili comporta la scomparsa di una o più fasi dalla cella. Pertanto, le celle del punto triplo possono essere usate come riferimenti universali per la temperatura e la pressione (vedi regola della fase di Gibbs).
In alcune condizioni diventa possibile misurare la temperatura attraverso un uso diretto della legge di Planck della radiazione di corpo nero. Per esempio, la temperatura del fondo cosmico a microonde è stata misurata dallo spettro dei fotoni osservati da osservazioni satellitari come il WMAP. Nello studio del plasma di quark-gluoni attraverso le collisioni di ioni pesanti, gli spettri delle singole particelle servono talvolta come termometro.
Termometria non invasivaModifica
Negli ultimi decenni, sono state sviluppate molte tecniche termometriche. Le tecniche termometriche non invasive più promettenti e diffuse in un contesto biotecnologico si basano sull’analisi di immagini di risonanza magnetica, immagini di tomografia computerizzata ed ecotomografia. Queste tecniche permettono di monitorare la temperatura all’interno dei tessuti senza introdurre un elemento sensibile. Nel campo dei flussi reattivi (ad esempio, combustione, plasmi), la fluorescenza indotta dal laser (LIF), CARS, e la spettroscopia di assorbimento laser sono state sfruttate per misurare la temperatura all’interno di motori, turbine a gas, tubi d’urto, reattori di sintesi, ecc. La capacità di tali tecniche basate sull’ottica include la misurazione rapida (fino a tempi di nanosecondi), nonostante la capacità di non perturbare l’oggetto della misurazione (ad esempio, la fiamma, i gas riscaldati da shock).