Istruzioni per l'uso del termometro - Esperimento sul Punto di Rugiada

Laboratorio di Fisica del primo anno
Esperimento: Determinazione del Punto di Rugiada
Responsabile del Laboratorio: prof. Adriano Filipponi

Obiettivo:

Determinare la percentuale di vapor acqueo contenuto nell'aria dell'ambiente dove si esegue la misura.

Occorrente:

Termometro digitale interfacciabile a un PC
PC dotato di interfaccia seriale RS232 e del software Pt100-t illustrato nella guida Istruzioni per l'acquisizione informatizzata della temperatura
Un becker riempito con acqua
Una guaina di cotone che si possa avvolgere alla sonda del termometro

Esecuzione dell'esperimento:

Accendere PC e termometro, collegarli e attivare la connessione seriale (tramite il tasto "serial").
Applicare la guaina di cotone alla sonda del termometro e immergerlo nell'acqua contenuta nel becker.
Lanciare il programma Pt100-t per determinare la temperatura dell'acqua tipicamente termalizzata con l'ambiente.
Rimuovere la sonda dal becker avendo cura di far sgocciolare l'acqua in eccesso.
Areare la sonda (ad esempio sventolandola a mano) e osservare l'andamento della temperatura nel tempo.
Terminare il programma Pt100-t quando la temperatura raggiunge un valore asintotico, tipicamente dopo 3-4 minuti.

Descrizione del fenomeno:

Una volta estratta dall'acqua la sonda avvolta dalla guaina bagnata, quello che si osserva è una progressiva diminuzione della temperatura registrata dal termometro fino a un certo valore asintotico.
La diminuzione della temperatura misurata dal termometro sulla garza è dovuta al processo di evaporazione dell'acqua contenuta nella guaina. Questo processo raggiunge una condizione di equilibrio stazionario quando il tasso di evaporazione eguaglia quello di condensazione del vapore acqueo sulla guaina raffreddata. Questo equilibrio si stabilisce quando la temperatura della guaina è tale che la corrispondente pressione di vapore saturo eguaglia la pressione parziale di vapore acqueo nell'aria circostante. Tale temperatura viene detta Punto di Rugiada.

Suggerimenti: Il punto di rugiada permette di determinare l'umidità relativa dell'ambiente, ovvero il rapporto tra la quantità di vapore acqueo presente nell'aria e quella massima (ovvero di saturazione) che può essere presente alla data temperatura ambientale. Alla temperatura di rugiada l'umidità relativa è per definizione pari al 100 %. Questo ci permette quindi di poter calcolare l'umidità di un ambiente a partire da una misura della temperatura del punto di rugiada. Allo scopo occore utilizzare tabelle di pressione di vapore saturo di H₂O in funzione della temperatura fornito per esempio da relazioni empiriche (come l'approsimazione di Magnus-Tetens riportata a lato) che legano la temperatura di rugiada e l'umidità relativa. Le postazioni informatiche del Laboratorio sono dotate di un programma "H2OvapP" che utilizza questa relazione calcolando la pressione di vapor saturo e l'umidità relativa a partire dalla temperatura dell'ambiente e di quella di rugiada.
È importante areare la sonda (punto 5 della sequenza di esecuzione dell'esperimento) per evitare di ottenere una misura falsata del valore di temperatura di rugiada. Quello che si otterrebbe senza sventolare il termometro, sarebbe un valore più alto della temperatura che corrisponderebbe a un valore più alto della pressione di vapore acqueo nell'aria circostante alla sonda. Questo avverrebbe perché, non essendoci ventilazione, attorno alla sonda e nei pori della garza si avrebbe un'aria più umida di quella del resto dell'ambiente. Quindi si andrebbe a misurare il punto di rugiada di un sistema che non è quello voluto. Il grafico seguente mette in evidenza questo aspetto: è evidente infatti come la curva rugiada0, ottenuta senza ventilazione, tenda a un valore molto divero rispetto a quello a cui tendono le curve ricavate areando il sistema.
	L'andamento di queste curve, ottenute applicando una ventola al sistema e variandone la potenza, cambia al variare dell'efficenza della ventilazione ma il valore asintotico finale rimane lo stesso (entro ±0.2ºC di incertezza). Questo ci permette di stabilire che ventilazioni con diversa efficacia non alterano il risultato dell'esperimento, purché ci sia un ricambio minimo dell'aria attorno alla sonda. rug00 è il caso della sonda non areata, mentre rugA, rugB, rugC e rugD sono curve ottenute per valori crescenti dell'efficienza dell'areazione.

Documentazione realizzata dallo studente Michele Reticcioli nell'ambito della borsa lavoro delle 150 ore nell'A.A. 2009/2010