(A cura di Adriano Nardi, INGV)
Oggetto: bollitore di Franklin o “termoscopio”.
Esperienza: al contatto della mano, il calore corporeo causerà l’ebollizione di un liquido.
Commento divulgativo: Toccando con la mano l’ampolla di vetro, il calore della mano scalderà il liquido facendolo espandere nel tubicino come accadrebbe in un termometro. State sperimentando la dilatazione termica di un materiale. Dopo qualche istante si osserverà che il calore della mano ha aumentato la temperatura del liquido fino a farlo bollire. State sperimentando una transizione di fase da liquido a vapore. Si osserverà anche l’evaporazione del liquido nell’ampolla inferiore che (come avviene in una moka) produce una pressione che spingerà il liquido verso l’alto. Nell’ampolla superiore il liquido continuerà visibilmente a bollire. Lo stato iniziale dell’esperimento si ripristina da sé con il tempo, man mano che il liquido si raffredda. Per un rapido “reset” basta toccare l’ampolla superiore invertendo la circolazione.
Il “termoscopio” produce questi fenomeni col solo calore corporeo perché l’ambiente al suo interno è a bassissima pressione. Anche nell’ambiente terrestre l’acqua varia il suo punto di ebollizione al variare della pressione atmosferica. Al livello del mare l’acqua non bolle finché non raggiunge i 100 gradi centigradi. In alta montagna però l’aria è più rarefatta e l’acqua bolle prima. Per questo motivo in montagna la pasta cuoce troppo al dente! Immaginiamo di stare su Marte. Nella sua tenue atmosfera, qualora sussistesse acqua liquida, questa resisterebbe al massimo fino a 7°C prima di bollire. Bollirebbe certamente al semplice calore della mano… come accade in questo liquido verde!
Tornando sulla Terra, anche i minerali che compongono le rocce possono subire delle transizioni di fase tra solido liquido e vapore. Lo vediamo molto bene nei vulcani. Anche queste trasformazioni dipendono dalla temperatura e dalla pressione che, sotto la crosta, raggiungono valori enormi. Così come sulla superficie terrestre esiste un ciclo dell’acqua, per lo stesso motivo (cioè a causa di variazioni di temperatura e pressione) la crosta terrestre è interessata da un vero e proprio “ciclo delle rocce”, noto come ciclo litogenetico.
Curiosità storica: questo termoscopio ha preso il nome di “bollitore di Franklin” perché la sua invenzione è stata attribuita a Benjamin Franklin (1706-1790), lo scienziato statunitense noto per l’invenzione del parafulmini. Tuttavia va ricordato che il matematico e astronomo fiorentino Vincenzo Viviani nel 1654 documentò[1] uno strumento simile ideato a Pisa nel 1597 da Galileo Galilei.
[1] Vincenzo Viviani, Racconto istorico della vita di Galileo Galilei, in Le opere di Galileo Galilei, XIX, 1938 [1654].
Bollitore di Franklin o “termoscopio
(fig1)
(fig2)
Ciclo dell’acqua sulla superficie terrestre (fig1) e ciclo delle rocce nella litosfera (fig2). Il grafico del ciclo litogenetico mette in relazione i tre fondamentali tipi di roccia della crosta terrestre: rocce Ignee (derivate dal raffreddamento del magma), rocce sedimentarie (formate da processi che si svolgono sulla superficie terrestre) e rocce metamorfiche (trasformazioni delle prime due a causa di intense variazioni di pressione e temperatura che si svolgono al di sotto della superficie).