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