La Macchina Di Erone

LA MACCHINA DI ERONE Notizie storiche La macchina di Erone fu inventata in Grecia nel I secolo d.C. da Erone il vecchio. La si può considerare come uno dei primi esempi di macchina a vapore della storia. Essa veniva utilizzata per l'apertura scenografica delle porte di un tempio e di cui siamo a conoscenza grazie al trattato di Erone sulla Pneumatica. Questa macchina provocava l'apertura automatica delle porte del tempio quando il sacerdote accendeva il fuoco sull'altare antistante. Il fuoco infatti scaldava l'aria all'interno dell'altare, provocandone l'espansione nel serbatoio sottostante ripieno d'acqua. Mediante un sifone, l'acqua veniva spinta in un secchio appeso ad una fune collegata ai

cardini delle porte. Il peso crescente dell'acqua provocava l'abbassamento del secchio e quindi, attraverso l'azione di un contrappeso, si aveva l'apertura delle porte. Il tubo del sifone si estendeva fin quasi al fondo del secchio per cui, quando il fuoco veniva spento e l'aria si contraeva raffreddandosi, l'acqua veniva risucchiata nel serbatoio e l'azione del contrappeso faceva chiudere le porte. Funzionamento: Al posto del fuoco tradizionale utilizzato dallo stesso Erone abbiamo utilizzato, come sorgente di energia termica un recipiente colmo d’acqua sopra un fornellino che ne mantiene elevata la temperatura; 1) Processo diretto. all’ interno del recipiente verrà inserito un condensatore pieno d’aria, collegato ad un primo recipiente (pallone codato chiuso ermeticamente) tramite un tubicino; in questa prima fase aumenta la pressione all’interno del primo recipiente pieno d’acqua, la quale, non avendo altri sbocchi è spinta a salire attraverso un secondo tubicino, andando ad accumularsi all’interno di un secondo recipiente (o secchio). Quest’ultimo in un primo momento era sospeso in equilibrio grazie all’azione di un contrappeso; adesso, man mano che va aumentando la sua massa, tende a scendere provocando

l’apertura delle porte grazie ad un sistema di cardini cui sono collegati i due pesi. 2) Processo inverso. estraendo il condensatore dalla sorgente calda accade che l’acqua accumulatasi nel secondo recipiente tende a risalire per il tubo con una rapidità pari alla differenza di temperatura tra la sorgente calda (che raggiunge circa i 100 °C, cioè la temperatura dell’acqua bollente) e l’ambiente esterno ( circa 22°C); se addirittura mettiamo il condensatore a contatto col ghiaccio (0 °C circa), l’ acqua risalirà per il tubo velocissima andando a ristabilire la situazione d partenza. Spiegazione del processo fisico: Ciò è dovuto alla stretta connessione tra calore e pressione: una certa quantità di calore provoca l’aumento della temperatura del sistema all’interno del quale è stata immessa e secondo la legge dei gas perfetti un aumento di temperatura provoca anche una variazione di pressione e/o volume(dipende dalle situazioni). PV = nRT Nel nostro caso l’aumento di volume è possibile, anzi necessario per raggiungere un nuovo equilibrio ma provoca la risalita dell’acqua all’interno del tubicino (secondo principi fisici noti fin dai tempi di Archimede). Nel processo inverso, invece, il calore è negativo e pressione e volume diminuiscono innescando un effetto contrario a quello precedente.

Perché le porte non si richiudono? Per quanto riguarda la parte termodinamica la nostra macchina funziona perfettamente e il processo è reversibile; i problemi sorgono nella parte meccanica perché, sebbene la massa del primo recipiente arrivi ad essere nuovamente uguale a quella del contrappeso, la forza d’attrito è di un ordine di grandezza di gran lunga superiore a quello delle differenze di massa che siamo in grado di raggiungere col processo termodinamico. Inoltre mentre nel processo diretto noi applichiamo una forza via via più intensa con l’aumentare dell’ acqua nel recipiente (e quindi della sua massa), e quindi un impulso, nel percorso inverso manca proprio questo impulso che inneschi il risalire del secondo recipiente. A cura di: Liceo Scientifico Cannizzaro

Scuola secondaria di secondo grado Fisica Temperatura e calore