Questo strumento è un igrometro ad assorbimento di don Angelo Bellani, probabilmente un igrometro a corda. Si tratta di uno strumento usato per stimare l’umidità dell’aria. Gli igrometri ad assorbimento sono così chiamati in quanto il loro funzionamento è basato sulla proprietà che hanno le sostanze organiche di assorbire l’umidità, dilatandosi in ambiente umido e restringendosi in ambiente secco [1].
Non si conosce precisamente di quale materiale igroscopico facesse uso (corda organica o capello) che risulta purtroppo mancante. Porta la firma “AB 1826” scritta con inchiostro nero su carta. È composto superiormente da un termometro a mercurio (ora con capillare rotto) avente una scala, disegnata su carta, che si estende da 12 gradi sotto lo 0 a 34 gradi sopra lo 0 (ragionevolmente si tratta di °C). In corrispondenza del valore 10 sotto lo 0 si legge scritto in corsivo con inchiostro nero la parola “Freddissimo”. Altre scritte sono in corrispondenza del valore 0 “Ghiaccio”, del valore 10 “Temperato”, del valore 20 “Caldo” e del valore 30 “Caldissimo”. Un telaio in legno sostiene il termometro ed anche, inferiormente, una scala igrometrica, circolare, graduata ed un indice in ottone. La scala circolare è su carta e porta, al centro, le seguenti scritte in corsivo “Igrometro” e “A. Bellani fecit in Milano”. È suddivisa in 100 parti con il valore 0 in alto e scorre in verso orario fino al valore 100. A particolari valori sulla scala sono associate parole esplicative delle caratteristiche ambientali associate, scritte in corsivo con inchiostro nero: al valore 0 corrisponde “Secco estremo”, al valore 25 “Secco”, al valore 50 “Adeguato”, al valore 75 “Umido” e al valore 100 “Umido massimo”. I valori e le parole associate indicano che la grandezza igrometrica che si voleva rappresentare sulla scala è quella che attualmente è indicata come umidità relativa, di norma espressa in percentuale.
Alcune definizioni delle principali grandezze igrometriche fanno parte della scheda relativa all’igrometro a condensazione di Daniell.
Breve storia della misura dell’umidità in aria
Nel tempo, sono stati realizzati molti diversi strumenti dotati di differenti sensori per determinare il contenuto di vapore acqueo in aria, e altrettanto numerosi sono stati gli ideatori dei vari modelli o anche di semplici miglioramenti. Fino alla seconda metà del XVIII secolo la maggior parte degli strumenti forniva solo risposte qualitative. Un’analisi di tutti i sensori di umidità dell’aria sarebbe troppo lunga e al di fuori dello scopo di questa breve trattazione, così, nel seguito, saranno presentati solo alcuni dei principali strumenti con lo scopo di ambientare gli igrometri della collezione UNIMORE nel lungo e complesso sviluppo della misura di umidità. Una storia più completa si può reperire in Camuffo 2019 [2] e relativa bibliografia. Nella collezione UNIMORE sono presenti: un “igrometro ad assorbimento dell’abate Bellani” probabilmente a corda, un “igrometro a capello di de Saussure”, un “igrometro a condensazione di Daniell” ed un “igrometro a condensazione di Chistoni”, le cui schede descrittive sono pubblicate in questo sito.
La storia degli igrometri inizia nel XV secolo, ad opera di studiosi come Leon Battista Alberti (1404,1472), Leonardo da Vinci (1452,1519) e Niccolò Cusano (in latino Nicolaus Cusanus) (1401,1464) . Gli igrometri (o meglio, a quel tempo, gli igroscopi) si basavano sulla variazione di peso di alcuni materiali, ad esempio semi, cotone, legno o spugne, che, per raggiungere l’equilibrio con l’aria ambiente, assorbivano o perdevano umidità. Il peso veniva determinato con una bilancia di precisione. Questa metodologia è rimasta in uso per lunghissimo tempo. Un metodo più pratico del precedente si avvaleva delle variazioni lineari o torsioni di pelle, legno, carta, budello ossia materiali igroscopici che si gonfiano quando l’umidità aumenta e si restringono quando l’umidità diminuisce. Utilizzando tale proprietà, il medico italiano, Santorio Santorio (1561,1636), inventava un igrometro costituito da una corda tenuta orizzontale e fissata agli estremi. Essa portava una palla di zavorra sospesa al centro che sollevandosi o abbassandosi segnalava l’allungamento o l’accorciamento della corda, misurato su una scala graduata. Altri esperimenti erano condotti con una corda in torsione.
Nel 1657, a Firenze, Leopoldo de’ Medici (1617,1675) costituiva una nuova società scientifica chiamata Accademia Fiorentina del Cimento il cui scopo primario era lo sviluppo e la diffusione della metodologia sperimentale galileiana. Il motto, infatti, era “provando e riprovando”. Giovanni Francesco Folli (1624,1685) e Vincenzo Viviani (1622,1703), due studiosi dell’Accademia del Cimento, sviluppavano attorno al 1664 altri strumenti simili a quello di Santorio basati sull’allungamento di corde, carta o pergamena. In alcuni modelli la pergamena veniva avvolta attorno a un sistema di carrucole e collegata con un filo a un puntatore. La pergamena aveva il vantaggio di essere resistente e di sostenere zavorre più pesanti della carta ma aveva lo svantaggio che quando la pergamena si asciugava troppo, era addirittura impossibile ritornare alle condizioni originarie inumidendola.
Altri igrometri si ispiravano alla struttura di un termometro; erano strumenti dotati di un bulbo contenente mercurio. Nel 1687, il fisico francese Guillame Amotons (1663,1705) applicava sul fondo di un sottile tubo di vetro una borsa di pelle piena di mercurio. Quando l’aria era umida, la borsa di pelle si espandeva e il mercurio scendeva nel tubo. Successivamente, per disporre di un contenitore per il mercurio più resistente, Amontons sostituiva alla borsa di pelle un corno con il risultato svantaggioso di aumentare il tempo di risposta dello strumento. Il problema principale, però, era che il mercurio nel bulbo e nel tubo risentiva dell’effetto della temperatura come in un termometro. Circa un secolo dopo, l’igrometro precedente fu migliorato utilizzando prima un contenitore di avorio, poi ossa di balena e anche una penna d’oca. Nonostante i miglioramenti le misure dipendevano dal tipo di penna usata e risentivano dell’effetto della temperatura, rendendo le osservazioni non confrontabili con quelle di altri strumenti. Vincenzo Chiminello (1741,1815), professore all’Università di Padova studiò come potere disporre di letture di umidità oggettive, confrontò misure effettuate da differenti igrometri e mise a punto una correzione per la temperatura da applicarsi all’igrometro a penna d’oca [3].
Attorno al 1780 Horace Benedict de Saussure (1740,1799) costruiva il suo igrometro a capello basato sulla tradizionale metodologia delle variazioni dimensionali di una sostanza igroscopica. Lo strumento era di facile uso, economico e pratico rispetto agli igrometri a piuma d’oca e alla correzione delle misure di Chiminello, ma non venne subito apprezzato, solo dopo parecchio tempo ebbe una grande diffusione. In forme diverse, più moderne, è ancora utilizzato.
Il funzionamento di un altro tipo di igrometro si basava sulla condensazione del vapore acqueo su una superfice fredda. Nella metà del Seicento un igrometro a condensazione era ideato da Ferdinando II de’ Medici (1610,1670) insieme con Evangelista Torricelli (1608,1647). Il vapore acqueo presente in aria era fatto condensare sulla superficie di un cono di ottone riempito di ghiaccio. L’acqua condensata era raccolta in un vasetto graduato e dal volume d’acqua raccolto nell’unità di tempo se ne deduceva la minore o maggiore umidità dell’aria. Nei primi anni dell’Ottocento, con un maggiore sostegno teorico legato agli sviluppi delle conoscenze e agli studi su gas e vapori, erano realizzati nuovi igrometri: gli igrometri a condensazione e gli psicrometri. È del 1820 l’igrometro a condensazione di John Frederic Daniell (1790,1845) (vedi scheda relativa pubblicata in questo sito), migliorato nel 1845 da Henry Victor Régnault (1810,1878), entrambi incorporavano termometri per la misura del punto di rugiada (la temperatura a cui il vapore acqueo presente in aria inizia a condensare, a pressione costante e con un contenuto costante di vapore acqueo).
Lo psicrometro ha avuto vari miglioramenti, a partire dall’idea di base attribuita a John Leslie (1766,1832) ma applicata ad uno strumento dall’inventore tedesco Ernst Ferdinand August (1795,1870), per il quale coniò nel 1818 la parola psicrometro. Era composto da due termometri identici, uno col bulbo asciutto e uno col bulbo costantemente inumidito mediante un tessuto di mussola bagnata con acqua che evaporando abbassava la temperatura del bulbo umido. Confrontando le temperature segnate dal termometro a bulbo asciutto con quelle del termometro a bulbo umido era possibile calcolare l’umidità relativa con l’aiuto di diagrammi, tabelle o formule. Successivamente erano introdotte una ventola per la ventilazione dei bulbi ed una guaina di protezione dalla radiazione esterna. La realizzazione dello psicrometro costituiva un notevole avanzamento negli strumenti di misura dell’umidità, anche se esistevano limitazioni nel suo uso. In primo luogo, non era possibile il suo uso in condizioni di basse temperature per evitare che la mussola gelasse, inoltre erano necessarie tabelle, formule, diagrammi per risalire al valore delle variabili igrometriche. I moderni psicrometri possono effettuare misure in automatico con sensori di temperatura avanzati, ad es. termocoppie, termistori.
L’igrometro a condensazione di Daniel è l’antenato dei più tardi strumenti a specchio raffreddato, come l’igrometro di Ciro Chistoni (1852,1927). Il principio di funzionamento dell’igrometro di Chistoni (vedi scheda relativa pubblicata in questo sito) consisteva nel raffreddare, tramite evaporazione di etere, una lamina metallica per provocare su di essa la condensazione del vapor d’acqua presente nell’aria. La temperatura di appannamento, misurata accuratamente, era la temperatura del punto di rugiada.
Attualmente sono in uso una varietà di strumenti basati su differenti principi:
– igrometri basati sulla condensazione, ossia ad es. sulla accurata rilevazione della temperatura di uno specchio raffreddato nel punto in cui si forma la condensa (temperatura del punto di rugiada).
– igrometri con aggiunta o rimozione di vapore acqueo, ad es. psicrometri
– igrometri ad assorbimento con vari sensori, ad es. igrometri meccanici con sensori di capello umano o di pergamena; igrometri elettrici con sensori a film sottile, igrometri a resistenza elettrica.
L’abate Angelo Bellani
Angelo Bellani (1776, 1852) è stato sacerdote, inventore, costruttore di strumenti e studioso di fisica. Realizzò nuove tipologie di aerometri per misurare la densità dell’aria [4], termometri di precisione e vari strumenti per la meteorologia, fra cui un atmometro per la misura dell’intensità di evaporazione atmosferica e un termometrografo ossia un termometro a massima e minima che permetteva di “registrare” le temperature massime e minime raggiunte durante un esperimento o un periodo di osservazioni. Lo strumento, ideato dallo scienziato inglese James Six (1731,1793) verso la fine del XVIII secolo, fu perfezionato all’inizio del XIX secolo da Bellani che gli attribuì il nome di “termometrografo” per evidenziare che questo tipo di termometro era in grado di fornire le misure senza la presenza costante di un osservatore. Fondò anche la prima industria italiana produttrice di termometri a mercurio. La sua attività scientifica fu molto varia. In particolare, è ricordato per l’opposizione alla teoria di Alessandro Volta sulla formazione della grandine [5], inoltre sosteneva l’inutilità dei paragrandini per la prevenzione dei danni da grandine e dei sistemi di prevenzione contro fulmini.
Bellani, con il suo testamento datato 6 agosto 1849 e successivi codicilli, costituì suo erede il Comune di Monza affinché con il reddito del patrimonio lasciato venisse istituito “uno stabilimento perpetuo” a beneficio dei “veri poveri” della città e dei suoi borghi [6]. Esiste tuttora la Fondazione don Angelo Bellani [7]. Inizialmente vennero istituiti e mantenuti due orfanotrofi a Monza, uno femminile, inaugurato nel 1859 e l’altro maschile. Nel tempo, passando attraverso differenti personalità giuridiche e differenti destinatari, poveri, orfani, pensionato femminile, si è arrivati all’attuale finalità di sostegno ed ospitalità per anziani non autosufficienti.
Bibliografia
[1] A. Ganot, Trattato elementare di Fisica Sperimentale ed Applicata e di Meteorologia, versione del dott. Gemello Gorini, 1861, Francesco Pagnoni, Milano,364. https://books.google.it/books?vid=IBNF:CF005788103&redir_esc=y. Provenienza dell’originale: Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze, digitalizzato: 2 ago 2013
[2] D. Camuffo, Microclimate for Cultural Heritage, Third Edition, Elsevier Science, 2019, Chapter 18 – Measuring Air Humidity
[3] D. Camuffo, C. Bertolin, A. Bergonzini, C. Amore, C. Cocheo, Early hygrometric observations in Padua, Italy, from 1794 to 1826: the Chiminello goose quill hygrometer versus the de Saussure hair hygrometer, Climatic Change, 2014, 122, 217-227 DOI 10.1007/s10584-013-0988-9
[4] A. Bellani, Descrizione dell’areometro universale a cilindro inventato dall’Abate Angelo Bellani comunicata all’editore, in Annali di chimica e storia naturale: ovvero raccolta di memorie sulle scienze, arti, e manifatture ad esse relative, 22, Capelli editore, 1805, 45
[5] P. Riccardi, Sulle opere di Alessandro Volta, Società Tipografica (Antica Tipografia Soliani), Modena, 1877, Dagli Atti della R. Accademia di Scienze, Lettere ed Arti in Modena Tomo XVII.
[6] Opera pia Angelo Bellani, https://www.lombardiabeniculturali.it/archivi/soggetti-produttori/ente/MIDB00181E/
[7] La fondazione don Angelo Bellani, https://fondazionebellani.it/
Autore: Prof.ssa Sandra Morelli, Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio Emilia.