Le sensazioni di caldo e freddo sono fondamentali per l'esperienza umana, ma trovare il modo di misurare la temperatura ha rappresentato una sfida per molte menti brillanti. Non è chiaro se gli antichi greci o cinesi disponessero di metodi per misurare la temperatura, quindi, per quanto ne sappiamo, la storia dei sensori di temperatura ha avuto inizio durante il Rinascimento.
La sfida della misurazione
Robert Hooke 
Ole Roemer Il calore è una misura dell'energia presente in un corpo o in un materiale: maggiore è l'energia, maggiore è il calore. Tuttavia, a differenza delle proprietà fisiche della massa e della lunghezza, è difficile da misurare. La maggior parte dei metodi utilizzati sono indiretti e consistono nell'osservare l'effetto del calore su qualcosa e dedurne la temperatura.
Anche la creazione di una scala di misurazione ha rappresentato una sfida. Nel 1664, Robert Hooke propose di utilizzare il punto di congelamento dell'acqua come punto zero, da cui misurare la temperatura. Nello stesso periodo, Ole Roemer intuì la necessità di due punti fissi, che consentissero l'interpolazione tra di essi. I punti che scelse furono il punto di congelamento di Hooke e il punto di ebollizione dell'acqua. Questo, ovviamente, lascia aperta la questione di quanto possano diventare calde o fredde le cose.
La risposta fu data da Gay-Lussac e da altri scienziati che lavoravano sulle leggi dei gas. Nel corso del XIX secolo, mentre studiavano l'effetto della temperatura sui gas a pressione costante, osservarono che il volume aumenta di una frazione di 1/267 per grado Celsius (successivamente rivista a 1/273,15). Ciò portò al concetto di Zero assoluto a -273,15 °C.
Osservare l'espansione: liquidi e bimetalli
Si dice che Galileo abbia costruito un dispositivo che mostrava i cambiamenti di temperatura intorno al 1592. Sembra che questo dispositivo utilizzasse la contrazione dell'aria in un recipiente per aspirare una colonna d'acqua, la cui altezza indicava il grado di raffreddamento. Tuttavia, questo dispositivo era fortemente influenzato dalla pressione atmosferica e non era altro che una curiosità.
Il termometro come lo conosciamo oggi fu inventato nel 1612 nell'attuale Italia da Santorio Santorii. Egli sigillò del liquido all'interno di un tubo di vetro, osservando come questo salisse lungo il tubo espandendosi. Una scala graduata sul tubo rendeva più facile vedere i cambiamenti, ma il sistema mancava di unità di misura precise.
Daniel Gabriel Fahrenheit lavorava con Roemer. Iniziò a produrre termometri, utilizzando sia alcol che mercurio come liquido. Il mercurio è ideale, poiché ha una risposta molto lineare alle variazioni di temperatura su un ampio intervallo, ma le preoccupazioni relative alla sua tossicità ne hanno ridotto l'uso. Sono stati sviluppati altri liquidi per sostituirlo. I termometri a liquido sono ancora ampiamente utilizzati, anche se è importante controllare la profondità di immersione del bulbo. L'uso di un pozzetto termometrico aiuta a garantire un buon trasferimento di calore.
Il sensore di temperatura bimetallico è stato inventato alla fine del XIX secolo. Esso sfrutta la dilatazione differenziale di due strisce metalliche unite tra loro. Le variazioni di temperatura creano una flessione che può essere utilizzata per attivare un termostato o un indicatore simile a quelli utilizzati nei barbecue a gas. L'accuratezza è bassa, forse più o meno 2 gradi, ma questi sensori sono economici, quindi hanno molte applicazioni.
Galileo Galilei 
Santorio Santorii 
Targa funeraria di Daniel Gabriel Fahrenheit Effetti termoelettrici
All'inizio del XIX secolo, l'elettricità era un campo di ricerca scientifica molto interessante e gli scienziati scoprirono ben presto che i metalli presentavano resistenze e conduttività diverse. Nel 1821, Thomas Johann Seebeck scoprì che quando le estremità di metalli diversi vengono unite e poste a temperature diverse si crea una tensione. Peltier scoprì che questo effetto Termocoppia è reversibile e può essere utilizzato per il raffreddamento.
Nello stesso anno, Humphrey Davey dimostrò come la resistività elettrica di un metallo sia correlata alla temperatura. Cinque anni dopo, Becquerel propose di utilizzare una termocoppia platino-platino per la misurazione della temperatura, ma ci volle fino al 1829 perché Leopoldo Nobili creasse effettivamente il dispositivo.
Il platino è utilizzato anche nel rilevatore di temperatura a resistenza inventato nel 1932 da C.H. Meyers. Questo misura la resistenza elettrica di un filo di platino e è generalmente considerato il tipo più accurato di sensore di temperatura. I RTD che utilizzano fili sono per loro natura fragili e non adatti alle applicazioni industriali. Negli ultimi anni sono stati sviluppati i RTD a film, meno precisi ma più robusti.
Il XX secolo ha visto anche l'invenzione dei dispositivi di misurazione della temperatura a semiconduttori. Questi rispondono ai cambiamenti di temperatura con una buona accuratezza, ma fino a poco tempo fa mancavano di linearità.
Radiazione termica
Samuel Langley 
William Herschel I metalli molto caldi e fusi brillano, emanando calore e luce visibile. Irradiano calore anche a temperature più basse, ma con lunghezze d'onda più lunghe. L'astronomo inglese William Herschel fu il primo a riconoscere, intorno al 1800, che questa luce "oscura" o infrarossa provoca il riscaldamento. In collaborazione con il suo connazionale Melloni, Nobili trovò un modo per rilevare questa energia irradiata collegando in serie delle Termocoppie per formare una Termopila.
A questo seguì nel 1878 il bolometro. Inventato dall'americano Samuel Langley, utilizzava due strisce di platino, una delle quali era annerita, disposte a ponte di Wheatstone. Il riscaldamento causato dalla radiazione infrarossa provocava una variazione misurabile della resistenza.
I bolometri sono sensibili alla luce infrarossa in un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Al contrario, i dispositivi di tipo fotodetector sviluppati a partire dagli anni '40 tendono a rispondere solo agli infrarossi in una banda d'onda limitata. I rilevatori al solfuro di piombo sono sensibili a lunghezze d'onda fino a 3 micron, mentre la scoperta della lega ternaria HgCdTe nel 1959 ha aperto la strada a rilevatori su misura per lunghezze d'onda specifiche.
Oggi sono ampiamente utilizzati pirometri a infrarossi economici e le termocamere stanno trovando sempre più applicazioni grazie al calo dei loro prezzi.
Today, inexpensive infrared pyrometers are used widely, and thermal cameras are finding more applications as their prices drop.
Scala temperatura
Lord Kelvin 
Anders Celsius In occasione in cui Fahrenheit stava realizzando i termometri, si rese conto che aveva bisogno di una scala temperatura. Stabilì il punto di congelamento dell'acqua salata a 30 gradi e il suo punto di ebollizione a 180 gradi in più. Successivamente, si decise di utilizzare l'acqua pura, che congela a una temperatura leggermente superiore, dandoci il congelamento a 32 °F e l'ebollizione a 212 °F.
Un quarto di secolo dopo, Anders Celsius propose la scala da 0 a 100, che oggi porta il suo nome. In seguito, vedendo il vantaggio di un punto fisso a un'estremità della scala, William Thomson, poi Lord Kelvin, propose di utilizzare lo Zero assoluto come punto di partenza del sistema Celsius. Ciò portò alla scala Kelvin, utilizzata oggi in campo scientifico. Oggi, le scale di misurazione della temperatura sono definite in un documento intitolato International Temperature System 90, abbreviato in ITS-90. I lettori che desiderano verificare o comprendere meglio le loro unità di misura dovrebbero procurarsene una copia.
Today, temperature measurement scales are defined in a document titled International Temperature System 90, or ITS-90 for short. Readers that would like to check or better understand their measurement units should obtain a copy.
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