La candela e il recipiente
Quando si esegue l'esperimento del contenitore capovolto su una candela accesa in un recipiente che contiene acqua, questa sale lentamente all'interno del contenitore e accelera quando la candela si spegne.
Tutti i libri spiegano che la fiamma "consuma" l'ossigeno e per questo motivo l'acqua sale occupando lo spazio vuoto lasciato libero dall'ossigeno.
Questa motivazione mi pare ingenua in quanto si sa che nella combustione l'ossigeno non si consuma, ma si combina formando anidride carbonica e vapore acqueo che prendono il posto dell'ossigeno.
- Potrebbe essere che l'anidride e il vapore acqueo si sciolgano nell'acqua lasciando all'interno lo spazio libero per la salita dell'acqua del contenitore?
- C'è qualcos'altro oltre all'anidride e il vapore che lascia libero lo spazio all'interno?
- E' vero che è la contrazione dell'aria dovuta al raffreddamento, quando si spegne la candela, che lascia lo spazio libero all'acqua per salire?
- Perché allora quando ho rifatto l'esperimento con l'acqua quasi bollente e il barattolo che si capovolge sulla candela anch'esso molto caldo, l'acqua è salita ugualmente allo stesso livello?
5 aprile 2007
Trovando la problematica alquanto suggestiva, provo anch’io a cimentarmi con qualche considerazione in proposito.
Premetto che non ho mai fatto l’esperimento, né ho letto descrizioni accurate in proposito, e pertanto mi baso interamente sul rendiconto fatto dal lettore.
Non vedo alcuna spiegazione più probabile che quella del consumo di ossigeno, visto che il volume di gas che rimane – azoto - è ridotto a quattro quinti di quello iniziale.
Il volume occupato dai prodotti della combustione, CO2 e H2O, non è eguale a quello iniziale dell’ossigeno (perché il lettore non dice in quale percentuale il volume finale è ridotto rispetto a quello iniziale?), e poi entrambi questi gas possono andare almeno in parte in soluzione, finendo così per occupare volumi trascurabili - a parte il fatto, probabilmente di secondaria importanza, che si "mangiano" anche carbonio e idrogeno dal sistema.
La spiegazione contenuta nella terza domanda non è del tutto disprezzabile, ma andrebbe analizzata più in dettaglio, in particolare sul piano sperimentale.
Infatti, supponendo che la fiamma porti il gas mediamente a 500 K (gradi Kelvin), quando essa si spegne, l’azoto e gli eventuali altri prodotti gassosi della combustione scendono a 300 K.
Poiché tutto il sistema è a pressione atmosferica, per la legge di Boyle-Mariotte il volume del gas deve scendere a 3/5 di quello che era a 500 K, e questo prescindendo da ogni altra considerazione!
Contro questa versione, però, sembra porsi il fatto che l’acqua sale sempre, durante l’intero intervallo di tempo in cui la candela è accesa, salvo una rapida variazione finale.
Si dovrebbe allora ammettere che il gas si raffreddi gradualmente man mano che la fiamma perde vigore a causa della decrescente densità di ossigeno e poi si raffreddi del tutto in breve tempo a spegnimento avvenuto, generando il balzo finale.
Presumo che se tutti i libri danno la stessa interpretazione del fenomeno – come asserisce il lettore - l’esperimento sia stato effettuato con tutte le cure del caso, tenendo ben presenti anche dati quantitativi.
Premetto che non ho mai fatto l’esperimento, né ho letto descrizioni accurate in proposito, e pertanto mi baso interamente sul rendiconto fatto dal lettore.
Non vedo alcuna spiegazione più probabile che quella del consumo di ossigeno, visto che il volume di gas che rimane – azoto - è ridotto a quattro quinti di quello iniziale.
Il volume occupato dai prodotti della combustione, CO2 e H2O, non è eguale a quello iniziale dell’ossigeno (perché il lettore non dice in quale percentuale il volume finale è ridotto rispetto a quello iniziale?), e poi entrambi questi gas possono andare almeno in parte in soluzione, finendo così per occupare volumi trascurabili - a parte il fatto, probabilmente di secondaria importanza, che si "mangiano" anche carbonio e idrogeno dal sistema.
La spiegazione contenuta nella terza domanda non è del tutto disprezzabile, ma andrebbe analizzata più in dettaglio, in particolare sul piano sperimentale.
Infatti, supponendo che la fiamma porti il gas mediamente a 500 K (gradi Kelvin), quando essa si spegne, l’azoto e gli eventuali altri prodotti gassosi della combustione scendono a 300 K.
Poiché tutto il sistema è a pressione atmosferica, per la legge di Boyle-Mariotte il volume del gas deve scendere a 3/5 di quello che era a 500 K, e questo prescindendo da ogni altra considerazione!
Contro questa versione, però, sembra porsi il fatto che l’acqua sale sempre, durante l’intero intervallo di tempo in cui la candela è accesa, salvo una rapida variazione finale.
Si dovrebbe allora ammettere che il gas si raffreddi gradualmente man mano che la fiamma perde vigore a causa della decrescente densità di ossigeno e poi si raffreddi del tutto in breve tempo a spegnimento avvenuto, generando il balzo finale.
Presumo che se tutti i libri danno la stessa interpretazione del fenomeno – come asserisce il lettore - l’esperimento sia stato effettuato con tutte le cure del caso, tenendo ben presenti anche dati quantitativi.
Andrea Frova
Dipartimento di Fisica, Università di Roma "La Sapienza"
