Il termometro bimetallico è uno strumento progettato per misurare la temperatura basandosi sul principio della dilatazione termica di metalli differenti; vediamone insieme i principi di funzionamento.
L’idea del termometro bimetallico emerse nel XIX secolo, in parallelo con l’avanzamento della termodinamica e della scienza dei materiali; l’utilizzo di due metalli con dilatazioni termiche differenti offre un modo semplice ed affidabile per misurare la temperatura senza l’ausilio di elettronica complessa. Questo aspetto rende il termometro bimetallico uno strumento ideale in contesti industriali, dove la robustezza e la facilità d’uso sono fondamentali.
Come suggerito dal nome, il funzionamento dei termometri bimetallici si basa sul fatto che i vari metalli hanno coefficienti di dilatazione termica diversi.
La dilatazione termica è un fenomeno fisico per cui un metallo cambia le proprie dimensioni (lunghezza, area o volume) in risposta a variazioni di temperatura; questo accade perché l’aumento di temperatura fornisce energia termica alle particelle del metallo che iniziano a vibrare con maggiore intensità. In questo modo la distanza media tra le particelle aumenta, portando a un’espansione fisica del materiale; allo stesso modo, un abbassamento della temperatura, porta ad una contrazione del materiale. Questo processo è pertanto reversibile, il che significa che il metallo può tornare alle sue dimensioni originali se la temperatura ritorna al suo valore iniziale.
Il cambiamento nelle dimensioni dovuto alla temperatura dipende da vari fattori, tra cui il tipo di metallo e il suo coefficiente di dilatazione termica, una misura numerica che indica quanto un particolare metallo si espande per ogni grado di aumento della temperatura; per esempio, a parità di differenza di temperatura e di lunghezza iniziale, l’alluminio si dilata di una quantità doppia rispetto al ferro.
Questo fenomeno viene sfruttato nella lamina bimetallica, formata da due strisce di metalli diversi, saldate insieme. Supponiamo che la lamina abbia un’estremità fissa e l’altra libera. A temperatura ambiente i due metalli hanno la stessa lunghezza ma, quando la lamina viene riscaldata, l’alluminio si allunga più del ferro, provocando una flessione della lamina.
In generale, un materiale se riscaldato si allunga, se raffreddato si restringe: il comportamento è pressoché simmetrico.
La lamina bimetallica è molto sensibile alle variazioni di temperatura; perciò, è possibile costruire un termometro sfruttando la differenza di dilatazione dei due metalli.
Nei termometri bimetallici le due strisce metalliche, solitamente acciaio e rame o acciaio e ottone, a seconda del campo di misura, sono saldate o incollate a formare una spirale o una bobina elicoidale che viene inserita nel bulbo del termometro; una parte è fissata all’estremità del bulbo mentre l’altra estremità è collegata ad un indice e consente il movimento della lancetta. Quando la temperatura aumenta, la spirale si deforma e l’indice si muove sulla scala graduata; quando la temperatura diminuisce, la spirale ritorna al suo stato d’origine riportando l’indice nella posizione iniziale.
Poiché i termometri bimetallici utilizzano metalli comuni e una semplice tecnologia meccanica, sono tra i termometri industriali meno costosi disponibili. La versatilità del termometro bimetallico è uno dei suoi maggiori punti di forza. Grazie alla struttura semplice e ai costi contenuti, è utilizzato in una vasta gamma di applicazioni. Inoltre, la sua facilità di installazione e manutenzione lo rende una scelta popolare per molte aziende che cercano soluzioni affidabili e di lunga durata. Con la sua resistenza a condizioni difficili, come temperature estreme e vibrazioni, il termometro bimetallico è una scelta robusta ed efficace. Rispetto a termometri più complessi che richiedono componenti elettronici o alimentazione esterna, il termometro bimetallico offre un metodo diretto e tradizionale per misurare la temperatura. Questo lo rende ideale anche in situazioni in cui non è possibile o pratico utilizzare dispositivi elettronici.