ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Méret: px
Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK"

Átírás

1 ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK Termodinamika Az adatgyűjtés, állapothatározók adattovábbítás mérése nemzetközi Hőmérséklet hálózatai

2 Alapfogalmak Hőmérséklet: a testek hőállapotára jellemző intenzív fizikai állapotjelző a részecskék mozgási energiájával kapcsolatos mennyiség (intenzív állapothatározók: két termodinamikai rendszer egyesítésekor kiegyenlítődik, ill. átlagolódik)

3 Alapfogalmak Hőmérséklet mérése: Különböző típusú hőmérők (folyadékos, fém, elektromos) A hőmérséklet mérése azon alapul, hogy a hőmérséklet változásakor két termodinamikai rendszer egyensúlyba kerül A két termodinamikai rendszer: - a mérendő közeg (pl. levegő) és - a hőmérőként használt eszköz

4 A hőmérsékletmérés elvei Hőmérséklet változáskor a testek különböző fizikai tulajdonságai megváltoznak: térfogatváltozás (hőtágulás) az elektromos tulajdonságok megváltozása sugárzási és akusztikai tul. megváltozása bizonyos fázisváltozások

5 A hőmérsékletmérés története ötlet: Leonardo da Vinci 1592: Galilei: termoszkóp - gázhőmérő - borszesz szintje változott 1611: Santorio: gázhőmérő skálával látta el 1632: Jean Rey: első folyadékhőmérő - termoszkóp megfordítása - hiba: nyomásváltozásra is reagált 1644: II. Medici Ferdinánd: - első légmentesen lezárt hőmérő folyadékhőmérő őse - különleges hőmérők - meteorológiai mérések kezdete 1643: Kircher: gázhőmérő Empirikus skálák között nincs összhang 1665: Huygens, Hooke: 2 alappont: víz fagyás-, forráspontja 1709: Fahrenheit-skála 1737: Celsius-skála 1848: Kelvin-skála (abszolút hőmérséklet)

6 Hőmérsékleti skálák

7 Hőmérsékleti skálák Celsius-skála (1742) [ C] Az a rendszer, amely termikus egyensúlyban áll az ,25 hpa normál nyomáson lévő tiszta víz és jég keverékével, t = 0 C ,25 hpa normál nyomáson lévő forrásban lévő víz feletti gőzzel t = 100 C (Celsius skála definíciója) Egysége: ezen intervallum 1/100-ad része Fahreneit-skála (1714) [ F] (Réaumur-skála [ R]) C = 5/9*( F 32) = 5/4* R, F = (9/5* C)+32 = 9/4* R+32, Abszolút hőmérsékleti skála: T = t + 273,15 [K] A termodinamikai, vagy Kelvin-skála alappontja a hőmozgás megszűnésének elméleti határa: 273,15 C = 0 K.

8 Mit mérünk? Léghőmérséklet a felszín közelében különböző szinteken Felszínhőmérséklet Talajhőmérséklet különböző mélységekben Tengerek és tavak felszínének hőmérséklete Magaslégköri hőmérséklet

9 A felszínközeli léghőmérséklet mérése Mérés: a mérőhely környezetének minél nagyobb területére reprezentatív legyen Felszín közelében nagy vertikális hőmérséklet gradiens lehet Mérés a felszín felett specifikus magasságban Optimális mérőhely: nyílt terület, akadályozó tényezők nélkül Mérés városokban: jóval erősebb lokális hatások, mint külterületen

10 A felszínközeli léghőmérséklet mérése Mérése a meteorológiában: különböző hőmérők (folyadék, fém, elektromos) Műszer elhelyezése: közvetlen hatásoktól védett helyen Védelem -sugárzás, szél, párolgás ellen: hőmérőház, v. árnyékolás Mérési magasság: a felszín felett 2 m a felszín felett 5 cm (fűszinti)

11 A felszínközeli léghőmérséklet mérése

12 Hőmérők Térfogatváltozáson alapuló hőmérők sűrűségváltozás (Galilei-hőmérő) - nem terjedt el, kiterjedés (folyadék hőmérők), deformáció (bimetall hőmérők) Elektromos hőmérők

13 Hőmérők A folyadék hőmérők: Kiterjedés változik meg. A rendszer egy nagy térfogatú tartályból és egy hozzá kapcsolódó vékony csőből áll. A tartályban lévő anyag a hőváltozáskor csak a csőben tud kiterjedni, ami megfelelő beosztással számszerűsíthető. Elvileg bármelyik folyadék alkalmas hőmérő készítésére, alkalmazási lehetőségüket az anyag fagyás, ill. forráspontja szabja meg. Hg. forráspontja magas (357 ), de 39 -nál megdermed, alacsonyabb hőmérsékleten alkoholos hőmérőket használnak ( 100 -ig jó). Ezért a minimum hőmérők anyaga alkohol. Az alkoholos hőmérők ugyanakkor magas hőmérsékleten nem alkalmazhatók, mert az alkohol párolog, átgőzölög a cső falára, így a folyadékoszlop megrövidül.

14 Hőmérők Állomási hőmérő Hg-os Mérési tartomány: ( 30 ) (+50) C Beosztás: 0,2 C Maximum-hőmérő (leolvasása napi egyszer: 18 UTC) A nap folyamán bekövetkezett legmagasabb hőmérsékletet mutatja Lázmérőhöz hasonlóan működik: a higanyos üveggömb végén leszűkíti egy kis üvegcső a nyílást, így csak kiáramolni tud a folyadék, visszafelé elzárja az útját Minimum-hőmérő (leolvasása napi egyszer: 6 UTC) alkohol töltésű (fagyáspontja alacsonyabb) ( 40 C) és (+40 C) között használható Az érzékelő villás formájú, alkoholszál belsejében pálcika, ami mellett áramlik a folyadék, de a hőmérséklet csökkenésekor a pálcikát magával húzza.

15 Folyadék hőmérők (maximum-minimum)

16 Folyadék hőmérők (talaj) Talajhőmérő Régebben: Hg-töltésű, hajlított végű hőmérők Ma: elektromos hőmérők csak az érzékelő érintkezik a talajjal Felszíni hőmérők: 5, 10, 20, 40 cm Mélységi hőmérők: 50, 100, 150 és 200 cm Kis mélységű talajhőmérők: napi hőingás (kb. 40 cm-ig jut le) Nagyobb mélységű talajhőmérők: szezonális és évközi változások

17 Fém hőmérők

18 Fém hőmérők Deformációs hőmérő bimetál hőmérő (kétféle fémből áll) 2 különböző hőtágulási tulajdonsággal rendelkező fém összeragasztásával 0,5 C pontosság, lassú reakcióidő, de olcsóbb a Hg-nál használata: termográfban magaslégköri méréseknél is használható

19 Ellenállás hőmérő Legelterjedtebb Tiszta fémek ellenállása és a hőmérséklet között lineáris kapcsolat Pl.: Fe, Ni, Cu, Pt Meteorológiai gyakorlatban: Pt 100-as hőmérő Előnyök: Gyors válaszidő Lineáris kapcsolat Olcsó Elektromos hőmérők

20 Ellenállás hőmérő Legelterjedtebb Tiszta fémek ellenállása és a hőmérséklet között lineáris kapcsolat -R 0 : ellenállás t 0 referencia hőmérsékleten -a: hőmérsékleti együttható Pl.: Fe, Ni, Cu, Pt Meteorológiai gyakorlatban: Pt 100-as hőmérő Előnyök: Gyors válaszidő Lineáris kapcsolat Olcsó Elektromos hőmérők R T R 0 1 a(t t0)

21 Ellenállás hőmérők Pt 100 ellenálláshőmérő hőmérsékletfüggése

22 Ellenállás hőmérők

23 Ellenállás hőmérők Vaisala HMP45A ellenállás hőmérő (Pt 100) pontossága

24 Elektromos hőmérők Termisztor Félvezetőből készült ellenálláshőmérő Ellenállás nem lineáris függvénye a hőmérsékletnek Hőmérséklet nő - ellenállás csökken -a, b: állandók -T: hőmérséklet Kelvinben R a exp(b / T) Előny: Gyors válaszidő Pontosabb, különösen alacsony hőmérsékleten Kis méret

25 Elektromos hőmérők Termoelem Ha két kül. fémszálat összeforrasztunk, s a két pont között hőm. kül. jön létre, akkor áram indul be, ami mérhető. Az egyik pontot állandó hőmérsékleten kell tartani (fix pont). Seebeck (1821)-effektus: Két fém végpontja között hőmérsékletkül. hatására termofeszültség keletkezik. (fordítva is igaz: Peltier-effektus) A másik pont (aktív pont) hőmérsékletváltozása mérhető. Elekromos erő (E): E a( T T 2 1 T2 ) b( T1 2) -a, b: állandók -T 1, T 2 : a két végpont hőmérséklete

26 Elektromos hőmérők Termoelem Leggyakrabban alkalmazott fémek: réz-konstantán, ezüst-konstantán, platina+platina irídium ötvözet, wolfram-molibdén, réz-nikkel. Előny: Kis hely Nagyon nagy pontosság érhető el Nagyon gyors válaszidő (mikrometeorológiai mérések) Hátrány: Fix pont állandó hőmérsékletének biztosítása nehéz

27 Elektromos hőmérők