De thermometer: weten hoe warm het is

Iedereen kent ‘m wel: de thermometer. Het is één van de bekendste instrumenten om het weer te meten. Dat hij zo bekend is komt natuurlijk deels doordat hetgeen hij meet één van de meest besproken onderwerpen is in Nederland. Want is het niet weer een koude zomer? En de winter verloopt weer eens veel zachter dan normaal? Juist ja: het gaat over de temperatuur.

Auteur: Paul tk op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 4.0

In dit artikel leggen we je alles over de thermometer uit. We kijken eerst naar een stukje geschiedenis, want waar komt een thermometer nu eigenlijk vandaan?

Vervolgens kijken we naar welke thermometers er allemaal bestaan. Er is namelijk een scala aan thermometers ontwikkeld.

Tot slot behandelen we de weerhut, iets dat veel mensen vergeten waardoor ze bij hun temperatuurmeting bedrogen uitkomen.

Lees gauw verder! 🙂

Een stukje historie

Veel mensen schrijven de uitvinding van de thermometer toe aan Heron van Alexandrië, een wetenschapper uit de Griekse oudheid. Dat is echter niet waar, omdat de ontwikkeling van de thermometer door meerdere mensen tegelijk werd gedaan, vaak onafhankelijk maar soms ook in overleg met elkaar.

Heron was echter als één van de weinigen wél op de hoogte van het feit dat bepaalde stoffen, waarvan lucht er één was, uitzetten en weer inkrimpen als gevolg van de temperatuur.

Hij vond daarop een buis uit waarbij dit principe ervoor zorgde dat het waterniveau in de buis veranderde. De eerste thermometer was geboren en werd door onder andere Galilei opgepikt.

In de jaren die volgden werd er veel aan dit type thermometer gesleuteld.

Vanaf 1714 nam de ontwikkeling van de thermometer echter een vogelvlucht. Dankzij het werk van de Nederlandse wetenschapper Daniel Gabriel Fahrenheit werd de kwikthermometer populair. De kwikthermometer is een vloeistofthermometer die tot op de dag van vandaag in gebruik is – lees het zometeen maar bij het stukje over vloeistofthermometers!

Thermometers werden toen ook steeds meer gebruikt in verschillende toepassingen. Zo werden er thermometers gebruikt om de temperatuur van mensen te meten, om te ontdekken of een persoon ziek was of niet. Ook werden ze langzaam maar zeker steeds meer gebruikt om het de temperatuur van de buitenlucht te meten.

Vanaf de 20e eeuw is de ontwikkeling van de thermometer overgestapt op het ‘digitale vlak’. De analoge thermometers zoals de kwikthermometer worden steeds minder geproduceerd. Weerstations, die vroeger nog met de hand moesten worden uitgelezen, zijn nu digitaal en zenden hun gegevens om de zoveel tijd door naar een computer die ze dan verwerkt.

Een mooie ontwikkeling, maar menig weerliefhebber heeft ook nog graag een ‘ouderwetse’ thermometer in huis. Dat ‘ie bediend moet worden neemt hij of zij op de koop toe!

Welke thermometers zijn er?

In de loop der jaren zijn er door verschillende wetenschappers en uitvinders een boel verschillende thermometers uitgevonden. Welke thermometers bestaan er allemaal? Hoe werken ze? Hieronder leggen we het voor je uit!

Vloeistofthermometer

Een vloeistofthermometer. Auteur: Muns op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 3.0

De bekendste thermometer is misschien wel de vloeistofthermometer. Op de afbeelding met de gele muur zie je er één. De thermometer is een afgesloten glazen buis waarin een vloeistof zit.

Vroeger werd voor deze vloeistof vaak kwik gebruikt, omdat een kwikthermometer hogere temperaturen aankon dan bijvoorbeeld een thermometer met gekleurde alcohol.

Kwik is echter gevaarlijk voor de gezondheid als de thermometer openbarst, dus een kwikthermometer wordt vandaag de dag amper meer gemaakt.

Het is dus een echt souvenir als je nog een echte kwikthermometer thuis hebt.

Tegenwoordig worden dergelijke analoge thermometers vaak van gekleurde alcohol of een andere kleurstof gemaakt.

Het principe is echter hetzelfde: bij een stijgende temperatuur zet de vloeistof uit, waardoor deze meer ruimte in beslag moet nemen. Het effect is dat de vloeistof lijkt te ‘stijgen’. Bij 30 graden zal deze hoger staan dan 20 graden. Laat dat nu net een mooi patroon zijn om een thermometer te maken!

Galileithermometer

Je hebt waarschijnlijk ooit wel van de beste man gehoord: Galileo Galilei. De Italiaanse natuur- en wiskundige is beroemd voor zijn waarnemingen dat de sterren niet om de aarde heendraaien, maar hij heeft meer gedaan. De Galileithermometer is daar een voorbeeld van!

Zo ziet hij eruit:

(afbeelding: publiek domein)

De Galileithermometer is een glazen buis met daarin een koolwaterstof. Die koolwaterstof heeft een bepaalde dichtheid: het aantal deeltjes ‘per hoeveelheid’ stof, bijvoorbeeld het aantal deeltjes stof per liter.

Nu wil het dat als de temperatuur toe- of afneemt de dichtheid van een stof verandert.

Galileo dacht: dat kan ik gebruiken. Hij ontwierp een thermometer in de vorm van een glazen buis met daarin die koolwaterstof. In de glazen buis bevinden zich bolletjes met een andere vloeistof en vaak een kleurstof. Doordat bij het toe- en afnemen van de temperatuur de dichtheid van de stof in de bolletjes verandert, ‘stijgen ze op’ of ‘dalen ze af’. Aan de bolletjes hangt een ‘plaatje’ met daarop de temperatuur. Het laagst hangende bolletje aan de bovenkant van de thermometer geeft de actuele temperatuur weer.

Erg slim bedacht!

Thermokoppel

Een thermokoppel en andere onderdelen. Fotograaf: Philip Bosma op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 3.0

Door naar de thermokoppel. Dat is een type thermometer dat je waarschijnlijk nog niet kent, tenzij je een elektriciën of anderzijds een ingenieur bent.

Het instrument bestaat uit twee metalen draden van verschillende soorten metalen die aan elkaar verbonden zijn, bij voorkeur vastgesmolten.

Als er vervolgens een temperatuursverschil ontstaat tussen beide metaalsoorten ontstaat er een kleine elektrische spanning.

Deze spanning kan vervolgens weer worden omgerekend naar de actuele temperatuur.

Het is niet makkelijk om een thermokoppel op de juiste manier in te zetten. Het apparaat is namelijk redelijk foutgevoelig. Toch zijn er manieren om de problemen te omzeilen; dat blijkt wel uit het grootschalige gebruik van thermokoppels in onder andere cv-ketels.

Infraroodthermometer

Dit type thermometer is vrij simpel. Alle objecten op aarde stralen infrarode warmte uit. De een wat meer, de ander wat minder.

Het is natuurlijk mogelijk om te meten hoeveel infraroodstraling er door een object wordt uitgezonden.

En als je dat eenmaal weet, kun je deze hoeveelheid straling omrekenen naar een temperatuur.

Dat is wat mensen doen als ze bijvoorbeeld de isolatie van een huis willen controleren.

Een persoon in infrarood licht. Bron: NASA, licentie: publiek domein.

Het is dus ook mogelijk om een infraroodthermometer te gebruiken om het weer te meten. Dat heeft wel behoorlijk wat voeten in de aarde, want wat meet je dan precies? In de praktijk wordt er daarom nooit een infraroodthermometer gebruikt.

Temperatuurgevoelige weerstand

Elektrische weerstand is een begrip dat grofweg betekent het bemoeilijken van een elektrische stroom.

Het is een begrip dat basiskennis is voor iedere natuurkundige.

Wist je dat een weerstand ook gebruikt kan worden als thermometer? Dat kan als de weerstand temperatuurgevoelig is.

Sommige materialen leveren een elektrische weerstand die afhankelijk is van de temperatuur. Bij een hoge temperatuur is de weerstand bijvoorbeeld sterker dan bij een lage temperatuur. Dit wordt een positieve temperatuurscoëfficient genoemd. Het kan ook andersom: bij een lage temperatuur wordt de weerstand steeds sterker, een negatieve temperatuurscoëfficient.

Door vervolgens de weerstand zelf te meten kun je achterhalen welke temperatuur het is.

Deze vorm van temperatuurmeting wordt veelal gebruikt in de elektrische weerstations die we hier op WeerstationInfo reviewen.

Thermometer van Six-Bellani

De thermometer van Six-Bellani, die ook wel maximum-minimumthermometer wordt genoemd, is een voor de natuurkundige simpele maar voor de ‘gewone Nederlander’ complexe thermometer. Althans, het werken ervan, want de meetwaarden zelf zijn goed uit te lezen: de maximumtemperatuur in een bepaalde hoeveelheid tijd, net als de minimumtemperatuur.

Het ontwerp van de thermometer is natuurkundig behoorlijk elegant.

Fotograaf: Lumos3 op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 3.0

De thermometer bestaat uit een U-vormige gesloten buis. In het midden en aan de onderkant bevindt zich een laagje kwik. Deze laag kwik scheidt twee laagjes alcohol, één in de linker- en één in de rechterbuis. Eén kant van de buis is volledig gevuld met alcohol terwijl de andere kant slechts deels gevuld is.

In beide buizen zijn twee ijzeren plaatjes gemonteerd. Aan de achterkant van de thermometer bevindt zich een magneet die de ijzeren plaatjes op zijn plek houdt.

Stoffen zijn geneigd om uit te zetten als de temperatuur stijgt. De alcohol zet uit, maar in het geval van de volledig gevulde buis kan deze nergens naar toe. Wat gebeurt er dan? Het kwik wordt ‘opzij’ geduwd, waardoor het kwik aan de andere kant stijgt. Omdat kwik zwaarder is dan ijzer, wordt het ijzeren plaatje ‘omhoog’ geduwd – zelfs terwijl de magneet hem tegen probeert te houden.

Op deze manier komt het ijzeren plaatje bij de hoogste temperatuur uit.

Als de temperatuur weer begint te dalen, krimpt de alcohol weer. Het kwik daalt, maar het ijzeren plaatje niet. Dat blijft door de magneet hangen op de hoogste temperatuur. Zo valt de maximumtemperatuur uit te lezen.

Voor de minimumtemperatuur geldt bijna hetzelfde, maar het proces is dan omgekeerd. Als de temperatuur namelijk nog verder daalt, krimpt de alcohol nog verder. Het ‘kwik’ komt dan hoger waarna het het ijzeren plaatje voor de minimumtemperatuur omhoog duwt.

Als de temperatuur dan weer begint te stijgen, begint het proces opnieuw… maar door de magneet blijft het plaatje hangen op de minimumtemperatuur.

Dankzij dit proces zijn de schalen op de thermometer precies ‘omgekeerd’ aan elkaar.

Resetten van deze thermometer is makkelijk. Dat betekent simpelweg het ontkoppelen van de magneet van de thermometer. De ijzeren plaatjes zakken dan weer tot het kwik.

Bimetaalthermometer

Bij een bimetaalthermometer wordt er een plaatje van twee metalen gemonteerd. Eén van de metalen of beide metalen zetten uit naarmate de temperatuur toeneemt of afneemt. Het gevolg is dat het zogeheten ‘bimetaal’ (vrij vertaald als ‘twee metalen’) kromtrekt:

Een bimetaalthermometer. Auteur: 1-1111 op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 3.0

Auteur: Bemoeial op Wikipedia (geen wijzigingen), licentie: CC BY-SA 3.0

En dat kan natuurlijk ook in een thermometer worden gebruikt! Het kromtrekkende metaal kan een ‘wijzer’ voortbewegen. Tegenwoordig wordt het niet veel meer gebruikt omdat de meeste thermometers digitaal zijn. Je ziet vaak dat oude thermostaten bimetaalthermometers zijn.

Gasthermometer

Net als de dichtheid van de stof die in de Galileithermometer zit, hebben we nog een grootheid die met de temperatuur verandert: de druk van een gas. Door een gas in een thermometer te stoppen en vervolgens de druk te meten kan er bepaald worden wat de temperatuur is.

Dat is de gasthermometer.

Het is uiteraard geen praktische toepassing voor in een weerstation.

Welke thermometer zit in mijn weerstation?

Vraag is: heb je een analoge of digitale thermometer?

Analoge thermometer

Als je een analoge thermometer hebt, dan is de kans groot dat je een vloeistofthermometer hebt (voor de normale temperatuur) of een Six-Bellani-thermometer (voor de minimum- en maximumtemperatuur).

Digitale thermometer

Als je een digitale thermometer hebt, dan zit in de sensor waarschijnlijk een temperatuurgevoelige weerstand gebouwd. Die zijn relatief goedkoop, bestendig tegen weersomstandigheden, zijn vrij makkelijk te vertalen van ‘elektriciteit’ naar ‘temperatuur.

Een thermometer moet in een weerhut

Een voorbeeld van een weerhut: de witte platen aan de onderkant van dit Davis-weerstation beschermen de thermometer van zonneschijn. Fotograaf: J.-H. Janßen, licentie: publiek domein.

Veel mensen denken zodra ze een weerstation kopen: opstellen & gaan met die banaan!

Het is natuurlijk afhankelijk van het tijdstip, maar waarschijnlijk komen ze er dan de volgende ochtend achter dat er iets niet klopt.

De temperatuur die wordt aangegeven door het weerstation is ineens veel hoger dan dat het daadwerkelijk moet zijn.

Soms zelfs wel 5 graden hoger dan het volgens het weerbericht zou zijn.

Wat is er dan gebeurd?

De thermometer hangt waarschijnlijk in de zon.

Moderne weerstations worden meestal niet geleverd met een weerhut. Zo’n weerhut, waarvan op de afbeelding een voorbeeld te zien is, bestaat uit een verzameling verticaal gestapelde platen. In het midden zit een ruimte waar de sensor ‘in’ kan worden gelegd (of, in het geval van de Davis op de afbeelding, wordt hij er al ‘in’ geleverd).

Het gevolg is dat de temperatuursensor beschermd is van direct zonlicht. Bovendien kan de wind door de weerhut heenwaaien, want hij is niet volledig afgesloten.

Met een redelijk betrouwbare temperatuurmeting als resultaat.

Het is daarom van het grootste belang om je temperatuursensor in een weerhut te hangen. Zo’n weerhut is echter duur – en het is ook de reden waarom 85% van alle weerstations zonder weerhut geleverd wordt. Maar het maakt echt het verschil. Het is aan te raden om er een aan te schaffen.

Lukt dat echter niet? Dan hebben we een redelijk betrouwbare tip voor je: hang de thermometer in de schaduw. Zo voorkom je dat er direct zonlicht op schijnt waardoor de temperatuur niet meer zo hoog oploopt. Het enige ‘probleem’ dat dan ontstaat is dat ’s ochtends de zon natuurlijk wel voor enige opwarming zorgt. Het lijkt daardoor ’s ochtends iets ‘koeler’ dan het daadwerkelijk is. Maar dat effect is niet zo sterk als het omgekeerde: de vele graden te veel.

De thermometer moet niet beschut op 1,5 meter boven de grond

Naast de weerhut, die niet verplicht is maar toch wel behoorlijk handig, zijn er ook nog een aantal andere richtlijnen die relevant zijn voor je thermometer.

Allereerst moet de thermometer op 1,5 meter boven de grond worden geïnstalleerd. Dat is ongeveer het gemiddelde leefklimaat voor de wereldbewoner. De Nederlanders steken daar iets bovenuit, maar 1,5 meter is de wereldwijde afspraak.

Verder moet je het weerstation zo veel mogelijk in de wind plaatsen. Gebouwen en beschoeiing moeten zo ver mogelijk uit de buurt staan.

We hopen dat je enigszins op de hoogte bent van wat er in thermometerland zoal bestaat. In het menu vind je de collectie weerstations waar we een review voor geschreven hebben. Bekijk ze eens, want wie weet zit er wel iets voor jou bij! 🙂

Bedankt voor het delen

Wat vind je van dit artikel? Laat je reactie achter!

We nodigen je uit om de positieve en negatieve punten te noemen. Een onderdeel van onze partner Bliksemdetectie.nl