Termodinamica
Vaso Dewar
SCHEDA TECNICA
INVENTARISTATO
Boccia di Dewar
Boccia di Dewar
1818Nº //
1838Nº //
P.A.Nº //
1870809
1925a493
Completo
Integro
Funzionante
Dimensioni
MATERIALI: argento, vetro
BIBLIOGRAFIA & PRESTITI
DATABASE
Datazione: 29 giugno 1915
Nel Museo A. M. Traversi - Vetrina F
Descrizione          Funzionamento: spiegazione - verifica          Testi&Curiosità


Immagine, Malfi, © D 2008
Fonti
Battelli A. - Cardani C. (1916) Vol. 3, pag. 397, fig. 201
Battelli A. - Cardani C. (1924) Vol. 3, pag. 201, fig. 201
Drigo A. (1941) pag. 348, fig. 201
Perucca E. (1937) Vol. 1, pag. 542, fig. 201
 

Questo particolare recipiente in vetro e metallo a doppie pareti riflettenti con intercapedine a vuoto venne presentato pubblicamente in una conferenza il 20 gennaio 1893 (fu probabilmente inventato nel 1892) dal chimico inglese James Dewar (1842-1923). Si tratta di un nuovo e rivoluzionario tipo di criostato. Nei laboratori in cui si svolgevano pionieristicamente e con grande fatica la ricerca per liquefare i gas idrogeno ed elio e gli studi sulla materia alle basse temperature vi erano altri criostati, inventati in precedenza, ma nessuno in grado di competere con quello ideato da Dewar, che li sostituì tutti.

Il vaso Dewar è diffuso nella vita di tutti i giorni più di quanto si creda. Però esso è meglio conosciuto col nome dell'oggetto in cui entra a far parte e del quale è l'elemento principale: il termos per conservare bevande calde o fredde. E' noto che all'interno di un qualsiasi termos le pareti sono "curiosamente" metalliche e tirate a specchio; in questo caso non si sta facendo altro che guardare dentro il vaso Dewar che è all'interno dell'involucro di plastica (in genere dal design accattivante) che lo sostiene e contemporaneamente lo protegge dagli urti.

Lo strumento consiste in un vaso di vetro soffiato a pareti doppie e dalla forma particolare. Nel caso specifico si ha una cavità entro la quale trova posto il liquido da mantenere a bassa temperatura (nell'utilizzo come criostato ovviamente). Prima di chiudere lo spazio tra le due pareti di vetro, si provvedeva a rimuovere l'aria per mezzo di una pompa a vuoto. In questa operazione si rilevarono di grande utilità i progressi raggiunti nel campo delle basse pressioni per lo studio della conduzione elettrica nei gas (Tubi di Geissler - Tubi di Crookes). Per il funzionamento del vaso era essenziale raggiungere un elevato tenore di vuoto. Dopodiché il fondo del vaso veniva chiuso alla fiamma. Tale punto di chiusura è una zona assai delicata e si deve evitare in tutti i modi di urtarla. Infine si provvedeva a depositare in modo chimico un sottile strato d'argento a specchio sia sulle pareti interne della boccia che su quelle esterne.

Oggigiorno il vaso Dewar è sostenuto per mezzo di una base in legno (da decenni è conservato così), soluzione esteticamente discutibile, ma inattaccabile dal punto di vista pratico e funzionale, ottenuta senza ombra di dubbio riutilizzando il piede d'appoggio di un dispositivo andato perduto o rotto. In questo modo il punto più delicato della boccia è protetto all'interno del legno.

La termodinamica insegna che è possibile osservare in un contenitore aperto a temperatura e pressione ambiente per esempio l'aria liquida. Tuttavia l'aria liquida, a contatto con quella ambiente, riceve da essa calore sia direttamente che attraverso le pareti del contenitore. Tale calore eleva la temperatura del fluido fino a quella di ebollizione (-190 ºC), in corrispondenza della quale avviene il passagigo di stato. In queste condizioni termodinamiche, il calore proveniente dall'esterno fa evaporare una certa frazione di liquido che rallenta il riscaldamento del liquido rimanante. La rapidità con cui l'aria liquida evapora dipende unicamente dalla rapidità con la quale l'ambiente esterno le cede calore. Ne segue che ridurre al minimo il contributo dovuto alle pareti del contenitore aumenta il tempo di permanenza dell'aria liquida nel criostato. Il vuoto è un ottimo isolante, poiché la rimozione dell'aria nell'intercapedine tra le due pareti del recipiente di vetro soffiato blocca i meccanismi di scampio termico per conduzione e convezione ovviamente per assenza del mezzo.

Dewar dimostrò chiaramente la maggiore efficienza del proprio criostato mostrando un suo vaso in solo vetro con all'interno dell'ossigeno liquido in quiete. Non appena ruppe il punto di chiusura dell'intercapedine, consentendo all'aria di occupare lo spazio che prima era vuoto, l'ossigeno liquido iniziò immediatamente a bollire violentemente. Ma nel campo delle basse temperature la realizzazione di un'intercapedine isolante tramite vuoto non è sufficiente a ridurre significativamente l'apporto di calore dato dall'ambiente esterno attraverso il contenitore, perché è presente un terzo meccanismo di trasmissione del calore, lo scambio termico per irraggiamento, che agisce anche nel vuoto (è di fatto un'onda elettormagnetica nello spettro dell'infrarosso).

Poichè il potere raggiante di un corpo dipende dalla natura della sua superficie (Radiometro di Crookes) e in particolare una superficie bianca e brillante irraggia molto meno calore che non una scura e opaca, ne segue che il meccanismo di trasmissione del calore per irraggiamento è fortemente bloccato laddove entrambe le pareti del vaso sono ricoperte da un sottile strato d'argento. In questo contesto viene affermato (Battelli - Cardani, 1916) che un vaso Dewar a pareti argentate della capacità di 5 litri è in grado di conservare ancora aria liquida dopo venti o venticinque giorni dal suo riempimento.