Как измеряют температуру воздуха и воды

Мы часто говорим: «Сегодня тепло», «Вода холодная», «На улице мороз». Но ощущения разных людей могут отличаться. Чтобы получить точный результат, используют термометр — прибор для измерения температуры. В окружающем мире особенно часто сравнивают температуру воздуха и воды, потому что от неё зависят погода, состояние водоёмов и жизнь многих организмов.

Что показывает температура

Температура характеризует тепловое состояние тела или среды. В школьных и бытовых наблюдениях в Казахстане и большинстве стран мира обычно используют градусы Цельсия и знак °C. Число на шкале или экране термометра показывает измеренное значение.

Важно не путать температуру с ощущением тепла или холода. На ветру человеку может казаться холоднее, чем в защищённом месте при той же измеренной температуре воздуха. Нагретый солнцем металл может быть значительно горячее окружающего воздуха. Поэтому для сравнимых наблюдений нужно измерять именно нужную среду и соблюдать одинаковые условия.

Какие бывают термометры

Существуют разные приборы. В жидкостном термометре изменение температуры приводит к изменению объёма специальной жидкости в тонкой трубке. Электронный термометр использует датчик и показывает результат на дисплее. На метеостанциях применяют специальные электронные датчики, которые автоматически записывают значения через заданные промежутки времени.

Нельзя погружать в воду любой электронный термометр. Для воды используют прибор, конструкция которого допускает такое измерение. Условия применения всегда зависят от конкретной модели.

Как правильно измеряют температуру воздуха

Главная задача — узнать температуру воздуха, а не температуру нагретого солнечными лучами корпуса прибора. Поэтому профессиональные метеорологические измерения проводят так, чтобы датчик был защищён от прямого солнечного излучения и при этом хорошо обдувался воздухом.

Если обычный термометр оставить под ярким солнцем, его поверхность может нагреться сильнее окружающего воздуха. Тогда показание уже не будет хорошим измерением температуры воздуха. Похожая проблема возникает возле горячей стены, асфальта, батареи отопления или работающего оборудования.

Правила школьного наблюдения за воздухом

1. Используйте уличный термометр, предназначенный для нужного диапазона температур.
2. Размещайте его в месте, защищённом от прямых солнечных лучей и сильного влияния нагретых поверхностей.
3. Не держите измерительную часть долго в руке: тепло тела тоже может повлиять на некоторые приборы.
4. Дайте показанию установиться.
5. Запишите температуру вместе с датой, временем и местом наблюдения.
6. Для сравнения дней старайтесь проводить измерения одинаковым способом.

На настоящих метеостанциях условия наблюдений стандартизируют гораздо строже. Это необходимо, чтобы данные разных дней и разных мест можно было корректно сравнивать.

Как измерить температуру воды

Температуру воды измеряют датчиком или термометром, рассчитанным на контакт с водой. Для простого опыта прибор погружают измерительной частью в воду и ждут, пока показание станет устойчивым. Если измеряют воду в сосуде, чувствительная часть не должна случайно показывать температуру сильно нагретого или холодного дна вместо самой воды.

В природном водоёме результат зависит от места и глубины. Поверхность, освещённая солнцем, может иметь одну температуру, а более глубокий слой — другую. Поэтому при научном наблюдении обязательно записывают, где, когда и на какой глубине сделано измерение.

Почему нельзя оценивать воду только рукой

Кожа помогает понять, что вода кажется холодной или тёплой, но это не точный измерительный прибор. Ощущение зависит от температуры руки и от того, к чему человек прикасался перед этим. После очень холодного предмета та же вода может казаться теплее, а после горячего — прохладнее. Термометр позволяет получить число, которое можно записать и сравнить.

Почему воздух и вода нагреваются по-разному

Летом можно заметить: днём воздух уже сильно нагрелся, а вода в большом озере всё ещё сравнительно прохладная. Осенью бывает наоборот — воздух быстро остывает, а водоём дольше сохраняет тепло. Одна из причин состоит в том, что вода обладает высокой удельной теплоёмкостью: для заметного изменения её температуры требуется много энергии.

Кроме того, воду перемешивают волны и течения, тепло распределяется по слоям, а часть энергии расходуется на испарение. Поэтому температура природного водоёма зависит не только от температуры воздуха в данный момент.

Зачем учёные измеряют температуру воды

Температура воды влияет на живые организмы и на свойства самой водной среды. Разным видам рыб, насекомых, водных растений и микроорганизмов подходят разные температурные условия. USGS указывает, что температура существенно влияет на биологическую активность, химические процессы и количество растворённого в воде кислорода.

Поэтому температуру измеряют при наблюдении за реками, озёрами, водохранилищами и другими водными объектами. Одного значения обычно недостаточно: важно видеть изменения во времени и сравнивать их с другими показателями.

Что может исказить результат измерения

• Прямое солнце. Оно может нагреть корпус воздушного термометра сильнее воздуха.
• Слишком близкая поверхность. Горячая стена, асфальт или отопительный прибор меняют условия рядом с датчиком.
• Неподходящий термометр. Прибор должен быть предназначен для нужной среды и диапазона.
• Слишком быстрый отсчёт. Некоторым приборам нужно время, чтобы показание установилось.
• Разные места измерения. Сравнение теряет смысл, если сегодня измеряли в тени, а завтра на солнце.
• Прикосновение к стенке или дну. При измерении воды это может изменить показание относительно самой жидкости.

Небольшой опыт: сравнение воздуха и воды

Для школьного наблюдения можно выбрать прозрачный сосуд с водой и безопасный термометр, подходящий для этой задачи. Одновременно измеряют температуру воздуха в защищённом от прямого солнца месте и температуру воды. Затем повторяют наблюдение через одинаковые промежутки времени, не меняя способ измерения.

Получается простая таблица:

Здесь не нужно заранее придумывать, какое значение окажется выше. Цель наблюдения — получить настоящие данные и затем объяснить их. Если опыт проводят несколько дней, уже можно увидеть, насколько быстро меняется температура каждой среды.

Почему одинаковые условия важны для науки

Представим, что два ученика хотят сравнить температуру воздуха. Первый положил термометр на освещённый солнцем подоконник, второй разместил его в тени. Даже если они находятся рядом, результаты могут отличаться из-за условий, а не из-за настоящей разницы температуры воздуха.

Наука старается уменьшить такие ошибки. Поэтому наблюдатели описывают метод измерения, используют проверенные приборы и повторяют измерения по одинаковым правилам. Благодаря этому числам можно доверять больше.

Факты, которые полезно запомнить

• Температуру записывают числом и единицей измерения, например в градусах Цельсия.
• Для температуры воздуха важно защитить датчик от прямого солнечного нагрева.
• Температура воды может различаться у поверхности и на глубине.
• Большие водоёмы обычно нагреваются и остывают не так быстро, как окружающий воздух.
• В научном дневнике вместе с температурой записывают время, место и условия измерения.

Краткий план доклада

1. Что такое температура и чем её измеряют.
2. Основные виды термометров.
3. Как правильно измерять температуру воздуха.
4. Как измеряют температуру воды.
5. Почему рука не заменяет точный термометр.
6. От чего зависят результаты измерений.
7. Почему температура воздуха и воды важна для наблюдений за природой.

Вывод

Температуру воздуха и воды измеряют термометрами и датчиками, но точность зависит не только от прибора. Нужно правильно выбрать место, защитить воздушный датчик от прямого солнечного нагрева, использовать подходящий для воды прибор и записывать условия наблюдения. Числовые измерения позволяют сравнивать разные дни и места гораздо точнее, чем ощущения человека. Именно поэтому температура — один из основных показателей при изучении погоды и состояния водоёмов.