LA FORZA DEL VAPORE 

Cenni storici

Il vapore acqueo è uno degli stati di aggregazione dell'acqua. Per necessità venne studiato e, successivamente, fu utilizzata la sua forza per azionare macchine  (es. pompa di Savery e macchina di Watt). Noi, con i nostri esperimenti, abbiamo voluto costruire un modellino che imitasse, il processo di ebollizione e condensazione che avviene  nella macchina a vapore e le sue conseguenze.

Riprodurre la forza del vapore con un esperimento che mostri i fenomeni di ebollizione  e condensazione e gli effetti.

Ipotesi di lavoro

Attraverso esperienze precedenti, anche della nostra vita quotidiana abbiamo visto che durante l'ebollizione  le particelle di acqua passano da uno stato che chiamiamo liquido ad un altro che chiamiamo vapore e se questo fatto avviene in un tegame con un foglio di carta alluminata posta sopra e aderente esternamente alle pareti ne provoca il rigonfiamento; se poi poniamo il tegame rapidamente in un luogo freddo, la superficie della carta alluminata si abbassa e rientra verso l'interno del tegame. Sfruttando queste osservazioni abbiamo progettato l'apparecchiatura mostrata nella foto.

Materiale 

Assicella di legno, tubo a U rigido e trasparente, tubi di plastica con diametro compatibile con quello del tubo a U, beuta con tappo di gomma forato e tubo di vetro passante in quest'ultimo, sorgente di calore (piastra elettrica), acqua con blu di metilene oppure caffè d'orzo, acqua del rubinetto.

Fissare il tubo a U all'assicella di legno utilizzando una siringa senza ago, versare in una estremità del tubo a U il liquido colorato (caffè d'orzo oppure acqua con blù di metilene), fino a riempire metà colonna da ogni parte.

Versare 300 ml di acqua del rubinetto nella beuta, chiudere col tappo di plastica che porta inserito il tubo di vetro, collegare quest'ultimo con una estremità del tubo a U. Porre la beuta sulla piastra elettrica accesa e sostenere l'apparecchiatura a U che è fissata all'assicella di legno con un'alzata di metallo e apposite pinze di metallo o morsetti opportuni in modo che stia in posizione verticale di fianco alla beuta come si vede dalla foto.

Dopo alcuni minuti, l'acqua posta nella beuta inizia a bollire tumultuosamente  e il vapore che si sviluppa si espande nella beuta e nel tubo di raccordo. Raggiunge la superficie libera del liquido colorato posto nel tubo a U. Prima dell'inizio dell'esperimento, nel tubo a U, il liquido colorato raggiungeva lo stesso livello nelle due colonnine, come da ipotesi. (La pressione esercitata dall'aria).
Durante l'esperimento il liquido colorato scende sotto l'azione del vapore dalla parte collegata con la beuta (A), e sale di conseguenza per effetto della stessa spinta dalla parte opposta (B) fino ad uscire.
E' interessante notare che l'andamento del fenomeno è "pulsante". Se provvediamo a raffreddare la beuta , togliendola momentaneamente dalla piastra il liquido colorato scende dalla parte B e sale dalla parte A verso la beuta, ritornando lentamente verso la posizione di equilibrio.

Sulla superficie del liquido colorato agiscono la pressione atmosferica e la "forza del vapore" che possiamo definire la pressione esercitata dal vapore acqueo e dall'aria in cui esso è presente. Nella fase di ebollizione prevale la pressione del vapore e questa provoca la discesa del liquido in A e la salita in B.
Nella fase di condensazione, invece, il vapore passa allo stato liquido e precipita sotto forma di goccioline nel tubo e nella beuta, quindi diminuisce la  forza sulla superficie del liquido nella colonna A e agisce  quindi la pressione atmosferica che inverte il moto del liquido nel tubo, riportando i livelli del liquido nelle colonnine alla situazione di partenza.