7. Минимальный термометр: особенности устройства, правила установки и наблюдения.

Минимальный термометр спиртовой служит для определения минимальной температуры за данный промежуток времени. Он имеет вставную шкалу молочного стекла с ценой деления 0.5⁰, резервуар термометра цилиндрический.

Пределы шкалы: верхний от +20(+30) до +40, нижний от -50(-60) до -70⁰. Капилляр на конце, противоположном резервуару, имеет расширение, внутри капилляра находится небольшой штифт из темного цветного стекла с утолщениями на концах в виде булавочных головок. Штифт может свободно перемещаться в капилляре внутри спирта.

При измерениях минимальный термометр устанавливается горизонтально. Перед измерениями термометр поднимают резервуаром вверх, чтобы штифт дошел до поверхности спирта в капилляре. Штифт легкий и не может прорвать поверхностную пленку спирта. При повышении окружающей температуры спирт, расширяясь, будет обтекать штифт, не сдвигая его с места. Сила трения головок штифта о стенки капилляра достаточна для удержания его на месте. При понижении температуры воздуха спирт, уменьшаясь в объеме, переходит в резервуар. При этом поверхностная пленка спирта будет перемещать штифт к резервуару, т.к. сила трения головок о стенки значительно меньше силы сопротивления поверхностной пленки на разрыв. При повышении температуры штифт останется на месте и укажет наинизшую температуру, которая наблюдалась между сроками наблюдений.

При измерениях отсчитывают не только температуру по штифту, но и температуру по положению спирта. Этот контрольный отсчет нужен для того, чтобы сравнить показания минимального и психрометрического ртутного термометров, т.к. спирт может частично испаряться, переходить в верхнюю часть капилляра и там оседать в виде мелких капель, тем самым уменьшая объем спирта в капилляре и занижая минимальную температуру. Такие сравнительные наблюдения дают возможность определить дополнительную поправку к минимальному термометру.

8. Максимальный термометр: особенности устройства, правила установки и наблюдения.

Максимальный термометр служит для определения наивысшей температуры, которая имела место за какой либо определенный промежуток времени.

Термометр имеет вставную шкалу молочного цвета, деления на которой нанесены через 0.5⁰, точность отсчетов составляет 0.1⁰, резервуар цилиндрический. Пределы шкалы: верхний от +50 до +70, нижний от -20 до -35⁰. Рабочее положения термометра горизонтальное с небольшим наклоном в сторону резервуара. Т.к. капилляр термометра достаточно широк, то ртуть в термометре может отходить от резервуара, поэтому при отсчете рекомендуется слегка приподнимать конец термометра, противоположный резервуару.

Сохранение максимальных показаний в термометрах достигается специальным приспособлением: в дно резервуара термометра впаян один конец стеклянного штифта, другой конец которого входит в капилляр, оставляя в нем очень узкое кольцеобразное отверстие. Когда температура повышается, ртуть в резервуаре начинает расширяться. Т.к. силы, вызывающие расширение ртути велики, то ртуть, несмотря на большое трения в месте сужения будет протекать между стенками капилляра и стеклянным штифтом. При понижении температуры ртуть не пройдет назад в резервуар, т.к. при горизонтальном положении термометра и вакуумом в капилляре над ртутью единственной силой, стремящейся вернуть ртуть в резервуар, является сила сцепления ртути, но она недостаточна для преодоления силы трения при прохождении ртутью места сужения. Следовательно, столбик ртути, находящийся в капилляре до начала падения температуры, остается в нем и максимальное значение температуры сохраняется.

Для подготовки термометра к работе необходимо, взяв его за середину резервуаром вниз, несколько раз резко встряхнуть, чтобы перегнать ртуть в резервуар, после чего показания максимального термометра не должны отличаться от показания срочного более чем на 0.1-0.2⁰.

9. Определение температуры и состояния подстилающей поверхности. Виды термометров.

10,12 Коленчатые термометры Савинова: особенности устройства, пределы шкал, цена делений.

Для определения температуры почвы на различных глубинах служит коленчатый термометр (Савинова).

Термометр ртутный со вставной шкалой молочного цвета, цена деления шкалы 0.5⁰, резервуар цилиндрический.

Термометр немного выше резервуара изогнут под углом 135⁰, диапазон измерений от минус 10 до плюс 50⁰.

Нижняя часть стеклянной защитной оболочки термометра от резервуара до начала шкалы сначала засыпается теплоизоляционным порошком, а над ним заполняется ватой, которая в нескольких местах разгораживается вклеенными перемычками. Это делается для лучшей теплоизоляции резервуара от верхней части термометра, которая находится в иных температурных условиях, чем резервуар.

Эти термометры выпускаются комплектом для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см.

Основным источником нагревания нижних слоев атмосферы является тепло, получаемое от деятельной поверхности. Днем деятельная поверхность нагревается и тепло передается от нее воздуху. Ночью путем излучения деятельная поверхность теряет тепло и становится холоднее воздуха. Воздух отдает тепло почве, т.е. сам охлаждается. Передача тепла от почвы прилегающим слоям воздуха происходит с помощью следующих процессов:

1. Молекулярная теплопроводность. Воздух обменивается теплом с деятельной поверхностью путем молекулярной теплопроводности.

2. Турбулентное перемешивание. Атмосферный воздух находится в постоянном неупорядоченном, хаотическом движении. Такое движение называется турбулентным перемешиванием или турбулентностью. Теплообмен между земной поверхностью и атмосферой путем турбулентного перемешивания происходит интенсивнее, чем теплообмен за счет молекулярной теплопроводности воздуха.

3. Тепловая конвекция. Тепловой конвекцией называется упорядоченный перенос отдельных объемов воздуха в вертикальном направлении. Теплые порции воздуха как более легкие поднимаются, освобождая место холодным, которые затем тоже нагреваются и поднимаются вверх. В результате возникающих восходящих и нисходящих потоков происходит обмен тепла между нижними и верхними слоями тропосферы.

4. Радиационная теплопроводность. В передаче тепла от почвы к атмосфере играет роль излучение деятельной поверхностью длинноволновой радиации, которое поглощается нижними слоями атмосферы.

5. Испарение влаги с деятельной поверхности и последующая конденсация (сублимация) водяного пара в атмосфере. При конденсации (сублимации) выделяется теплота, которая идет на нагревание окружающего воздуха.

Из пяти перечисленных процессов обмена теплом между деятельной поверхностью и атмосферой значительная роль принадлежит турбулентному перемешиванию и тепловой конвекции.

Температура в определенном месте может изменяться в результате перемещения воздуха в горизонтальном направлении, т.е. адвекции. Адвекция тепла (или холода) является важным фактором местного изменения температуры не только в тропосфере, но и в стратосфере.

11. Условия теплообмена между почвой и воздухом. Процессы передачи тепла от почвы воздуху.

При теплообмене изменение температуры термометра тем больше, чем меньше масса термометра и удельная теплоемкость вещества термометра.

Термометр, помещенный в какую-либо среду для измерения ее температуры, принимает температуру среды не мгновенно. Время, необходимое для этого, будет зависеть от интенсивности теплообмена между средой и термометром. Один и тот же термометр при прочих равных условиях быстрее примет температуру движущегося относительно него воздуха, чем неподвижного, и температуру воды, чем воздуха. Количество тепла, которое за каждый отрезок времени термометр получает от среды, будет пропорционально этому отрезку времени, разности температуры термометра и среды, а также будет зависеть от размеров поверхности термометра, через которую осуществляется теплообмен со средой.

Коэффициент инерции термометра определяется как время, за которое первоначальная разность температуры термометра и среды уменьшается. Зная от каких величин зависит коэффициент инерции, можно заранее задать его значение, выбирая массу термометра, изготовляя его с соответствующей поверхностью резервуара, и получить термометр необходимой инерционности. Но не всегда нужно пользоваться малоинерционными термометрами. При измерениях средних значений температуры используют термометр с большим коэффициентом инерции, чтобы термометр не давал заметных отклонений показаний при кратковременных отклонениях температуры.