Torricelli

Torricelli, Evangelista

Torricelli, Evangelista (Faenza 1608 - Firenze 1647), matematico e fisico italiano. Studiò a Roma, presso il Collegio della Sapienza. Dopo la pubblicazione della sua prima opera riguardante il moto dei gravi (Del moto dei gravi che cadono secondo il moto naturale e dei proietti, 1641), divenne segretario e aiutante di Galileo Galilei fino all'anno in cui questi morì (1642), succedendogli poi come professore di matematica e filosofia naturale nello Studio fiorentino. Scienziato poliedrico, Torricelli si occupò di idrodinamica, di geometria (Opera geometrica, 1644) e di balistica. In fisica, dimostrò l'esistenza della pressione atmosferica e inventò il barometro (1643). Il torr, una delle unità di misura utilizzate dai fisici per i valori di densità atmosferica e pressione barometrica in condizioni prossime al vuoto, ha preso da lui nome.

Evangelista Torricelli

Matematico e fisico italiano, esperto di idraulica, al tempo era noto anche per la sua abilità nella lavorazione delle lenti da cannocchiale, che gli venivano richieste da tutto il mondo. Deve la sua fama all'esperimento che dimostrò l'esistenza del vuoto e della pressione atmosferica, da lui misurata per la prima volta nel 1643 con il Tubo di Torricelli, prototipo dell'attuale barometro.

G. Giovannetti/Effigie

Barometro di Torricelli

Una ricostruzione del barometro di Evangelista Torricelli. Lo strumento è costituito da un tubo di vetro lungo circa 1 m contenente mercurio, con l'estremità superiore chiusa e quella inferiore aperta e immersa in un recipiente riempito della stessa sostanza. Quando il sistema è in equilibrio, la pressione che la colonnina di mercurio esercita sulla superficie del liquido nel recipiente è la stessa esercitata dall'aria sul pelo libero del recipiente. Dall'altezza della colonnina di mercurio, dunque, previa taratura dello strumento, è possibile risalire alla misura della pressione atmosferica.

David Lees /Corbis

Barometro

Barometro Strumento impiegato per misurare la pressione atmosferica, cioè la forza esercitata dall'atmosfera su una superficie di area unitaria. Benché tale forza si trasmetta con uguale intensità lungo tutte le direzioni, la misurazione viene generalmente condotta per mezzo di un confronto tra la pressione esercitata dall'atmosfera e quella dovuta al peso di una colonna di liquido.

Si definisce pressione atmosferica normale o standard la pressione di 760 torr, corrispondente al peso di una colonna di mercurio alta 760 mm, ed equivalente a 101,35 kPa (1 kPa, o kilopascal, è la pressione esercitata dalla forza di 1000 N su un metro quadrato di superficie).

Un normale barometro a mercurio è costituito da un tubo di vetro alto circa 1 m, chiuso all'estremità superiore e aperto a quella inferiore. Quando il tubo è riempito di mercurio e l'estremità aperta è immersa in un contenitore riempito con lo stesso liquido, il livello scende a un'altezza di circa 760 mm (rispetto al contenitore), lasciando un vuoto quasi perfetto nella parte superiore del tubo. Variazioni della pressione atmosferica fanno salire o scendere il liquido di poco, raramente sotto ai 737 mm o sopra ai 775 mm a livello del mare. Il risultato ottenuto con un barometro a mercurio, preciso entro un errore di circa 0,1 mm, deve sempre essere corretto per tener conto delle variazioni della forza di gravità con l'altitudine e la latitudine, e della dilatazione termica del liquido (vedi Temperatura); importante è anche la scelta del diametro del tubo, per evitare l'insorgere di fenomeni di capillarità.

Altrettanto usato è il barometro aneroide, in cui la pressione atmosferica incurva la parete elastica di un tubo metallico in cui è fatto il vuoto totale; dalle variazioni della forma del tubo è possibile risalire al valore della pressione esterna. Poiché la pressione diminuisce rapidamente con l'aumentare dell'altitudine, questo strumento è spesso usato come altimetro (strumento atto a misurare l'altitudine).

L'uso del barometro è fondamentale per formulare previsioni meteorologiche accurate, possibili solo individuando dimensioni, forma e movimento delle masse d'aria continentali, mediante simultanee osservazioni barometriche in punti di osservazione distinti. Vedi anche Meteorologia.

Barometro a mercurio

Il barometro a mercurio consente di determinare il valore della pressione atmosferica in modo semplice e accurato. Al livello del mare, per effetto della pressione, il mercurio sale di 760 mm all’interno del tubo di vetro. A quote più elevate invece, dove la pressione atmosferica è minore, la colonna di mercurio è più bassa.

Barometro aneroide

Nel barometro aneroide un tubo di metallo, in cui è fatto il vuoto, si espande o si contrae al variare della pressione atmosferica. Un sistema di molle e leve trasforma il movimento verso l’alto o verso il basso della parte superiore del cilindro, nel moto circolare delle lancette del barometro.

Altimetro aneroide

L'altimetro è uno strumento che misura l'altezza di un luogo rispetto al livello del mare. Nell'immagine, un altimetro installato a bordo di un aeroplano.

Jim Sugar /Corbis

Vuoto

Vuoto Termine che rigorosamente denota uno spazio privo di materia, ma che è usato, nell'accezione più generale, per indicare una regione di spazio in cui la pressione è molto più bassa rispetto alla pressione atmosferica (760 mm di mercurio). Dal punto di vista scientifico una condizione di totale assenza di materia è assolutamente irrealizzabile, dal momento che perfino nelle più remote regioni dello spazio intergalattico si possono trovare tracce di gas.

Per creare il vuoto in laboratorio si utilizza generalmente una pompa per vuoto, cioè uno strumento che aspira l'aria dal locale fino a che la pressione all'interno di esso risulti notevolmente ridotta. Le camere a vuoto devono avere pareti molto resistenti per far fronte alla forza esercitata dalla pressione atmosferica esterna, non più bilanciata dalla pressione interna. Con le moderne tecnologie si producono vuoti di pressione pari a circa 10^{-14
mm di mercurio; tuttavia anche a
pressioni così basse in 1 cc di gas si trovano ancora migliaia di molecole.}

Il vuoto è di grande utilità in diverse situazioni pratiche. Applicazioni quotidianamente sotto i nostri occhi sono, ad esempio, il vuoto che viene creato nella camera dell'aspirapolvere, affinché l'aria esterna, carica di polvere, sia 'aspirata' per effetto della differenza tra la pressione atmosferica esterna e quella interna; o quello interno alle lampadine, che serve ad evitare che le molecole d'aria reagiscano con il filamento incandescente danneggiandolo. I thermos, infine, sono costruiti con un'intercapedine di vuoto che, garantendo un perfetto isolamento, evita le dispersioni di calore.

Sistema da vuoto

La tecnologia del vuoto è necessaria al funzionamento di svariati sistemi, dal comune aspirapolvere domestico ai complessi acceleratori di particelle. Un tipico sistema da vuoto consiste di una camera di lavoro, di pompe da vuoto e di una attrezzatura accessoria. Inizialmente la pressione nel sistema viene abbassata a circa 10-4 bar da una pompa meccanica; successivamente, per portare la pressione al valore desiderato, interviene una pompa a diffusione. Con speciali pompe a turbina e valvole criogeniche è possibile raggiungere valori di pressione di circa 10-15 bar.

Pompa rotativa a olio

La pompa da vuoto rotativa aspira il gas da evacuare, lo comprime e lo indirizza alla valvola di scarico. La compressione avviene per azione di un sistema di palette che ruotano con il rotore, riducendo il volume a disposizione del gas. Il funzionamento della pompa è facilitato dall'olio lubrificante.

Pompa di scarico

La pompa di scarico è un tipo di pompa a vuoto che rimuove il gas da un contenitore facendo passare vapore o acqua ad alta velocità attraverso una camera comunicante. La valvola di ingresso connette la pompa al contenitore da evacuare e nella camera di miscelazione convivono il gas del contenitore e il vapore dell'acqua.