Goccioline fluttuanti

E’ conosciuta con i nomi di calefazione o effetto Leidenfrost, dal nome del  fisico tedesco che lo studiò nel 1756, ed è un fenomeno fisico molto noto a cuochi e rosticcieri che lo sfruttano per stabilire se una piastra o una griglia è abbastanza calda per la cottura. Lo si può sperimentare facilmente anche scaldando una piastra elettrica e spruzzandovi delle gocce d’acqua: quando la temperatura del metallo raggiunge i 100°C le goccioline evaporano crepitando, ma quando si raggiungono i 200°C ecco che le goccioline, piuttosto che dissolversi in vapore, cominciano a rotolare qua e là per alcuni secondi.

Se si riesce a fotografare il fenomeno con la tecnica stroboscopica, si può notare che le gocce più grandi hanno movimenti più lenti ed assumono una forma irregolare, mentre le più piccole hanno forma sferica.

La spiegazione è nel fatto che quando la goccia d’acqua è in contatto con un corpo che ha una temperatura molto più alta del suo punto di ebollizione, il suo strato esterno evapora formando uno strato gassoso che la mantiene integra e sferica se è piccola (a causa della tensione superficiale); questo cuscinetto di vapore riduce l’attrito tra la goccia e il metallo consentendole di muoversi talvolta anche per qualche decina di secondi.

Occorre un po’ di tempo perché lo strato di vapore si esaurisca: infatti, l’evaporazione della goccia è rallentata perché il suo riscaldamento ora avviene per convezione attraverso il vapore e per irraggiamento da parte del metallo, mentre se il contatto col metallo fosse diretto evaporerebbe istantaneamente. 

L’effetto Leidenfrost ha qualcosa a che fare con la vecchia abitudine di toccare la piastra del ferro da stiro con un dito umido di saliva prima di iniziare a stirare; il dito non si ustiona pur toccando il metallo incandescente. E ancora questo effetto giustifica parzialmente la buona riuscita delle camminate sui carboni ardenti e delle dita bagnate immerse nel piombo fuso.

Tra l’Ottocento e il Novecento, infatti, nelle fiere di paese si poteva assistere all’esibizione di energumeni ardimentosi che dopo aver bagnato le mani le immergevano nel piombo fuso a 450 gradi! Chi cammina sui carboni ardenti approfitta invece della sudorazione dei propri piedi e fa una camminata sull’erba umida prima di affrontare la prova. 

Lo scrittore americano Robert Ruark ha fatto riferimento all’effetto Leidenfrost nel suo famoso romanzo “Qualcosa che vale”, pubblicato nel 1955, in cui una tribù obbliga due uomini a leccare un coltello incandescente per scoprire quale dei due dice il vero: colui che mente avrà la lingua secca e si brucerà mentre colui che dice il vero avrà la lingua umida e resterà indenne. Diverse sono state le critiche all’autore sia per le somiglianze del suo modo di scrivere e di vivere con Hernest Hemingway, sia per la violenza che caratterizza i suoi romanzi africani. Nonostante ciò la sua opera ha superato la prova del tempo.

Parenti strette delle goccioline d’acqua per l’effetto Leidenfrost sono le goccioline di azoto liquido, che possiede una temperatura di -196°C, e quindi a contatto con una qualunque superficie evapora sostenendo il liquido restante, che perciò fluttua tutt’attorno. Un effetto Leidenfrost inverso, infine, si ha quando un pezzo di metallo incandescente cade nell’acqua: il vapore prodotto circonda il metallo rallentandone il raffreddamento fino a che la sua temperatura scende al di sotto dei 200°C e l’acqua, a contatto con la sua superficie, bolle e quindi evapora.
 

Note bibliografiche

Scritto da Elena Stante

Laureata in Matematica nel 1981 presso l’Università degli Studi di Bari, dal 1987 insegna Matematica e Fisica presso il Liceo Ginnasio Aristosseno di Taranto .

Ha partecipato ai progetti ESPB, LabTec, IMoFi con il CIRD di Udine e a vari concorsi nazionali e collabora, con la nomina di Vice Direttore, alla rivista online Euclide, giornale di matematica per i giovani.

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