Si tratta di un igrometro, uno strumento utilizzato per stimare l’umidità atmosferica ossia la quantità di vapore acqueo presente nell’aria. Fa parte degli igrometri ad assorbimento, così chiamati in quanto il loro funzionamento è basato sulla proprietà delle sostanze organiche di dilatarsi per l’umidità e di restringersi in ambiente secco. Molti furono gli igrometri ad assorbimento ideati ma quello più diffuso è l’igrometro a capello o di de Saussure, dal nome del fisico che l’ha ideato attorno al 1780: Horace-Bénédict de Saussure (1740,1799). Il suo ideatore lo definisce nella sua opera “Essai sur l’Hygrometrie” del 1783 come un igrometro portatile [1]. Il registro inventariale (Fig.1) del R. Gabinetto di Fisica descrive lo strumento facente parte della collezione dell’Università di Modena e Reggio E. come identico a quello descritto da de Saussure e specifica che “è stato copiato esattamente da un (uno) fatto sotto gli occhi dell’autore”, quindi è probabile che sia stato costruito presso il Gabinetto di Fisica stesso, in cui prestavano la loro opera valenti macchinisti.
La figura 2, tratta dal libro “Essais sur l’hygrométrie” scritto da de Saussure [1], è il disegno originale dell’igrometro come ideato dal suo autore, mentre nella figura 3 è mostrato per confronto lo strumento della collezione dell’Università di Modena e Reggio E.
L’igrometro si compone di un telaio in ottone sul quale è teso un capello (ora mancante), preventivamente sottoposto ad una operazione per sgrassarlo accuratamente [2]. Un capello contenente sostanze grasse assorbirebbe poco vapore acqueo e la sua lunghezza sarebbe poco sensibile all’umidità. Secondo de Saussure i capelli biondi sono quelli che più si prestano all’uso negli igrometri. Il capello è trattenuto superiormente da una piccola vite ed avvolto inferiormente attorno a una puleggia a cui è fissato anche un piccolo contrappeso per tenerlo teso. Il centro della puleggia porta una lancetta che si muove su un quadrante ricurvo, argentato e graduato da 0 a 100, suddiviso in 100 parti uguali. Due viti trattengono una piccola ganascia che, quando sollevata, blocca l’indice nella posizione raggiunta durante la misura. Il quadrante porta incisa alla estremità inferiore della scala la scritta in italiano “Secco estremo” e la scritta “Umido estremo” a quella superiore in corrispondenza del valore 100. L’allungamento o l’accorciamento del capello è trasmesso alla lancetta così che le variazioni nello stato igrometrico dell’aria possono essere lette sulla scala graduata. Il valore 0 corrisponde alla minima lunghezza del capello in aria completamente secca ed il valore 100 corrisponde al massimo allungamento in aria satura. Questi valori indicano che lo strumento misura una grandezza attualmente chiamata umidità relativa ed espressa frequentemente in percentuale. Una possibile procedura di taratura della scala è descritta in [2]: il punto 0 si determina ponendo l’igrometro sotto una campana di vetro unitamente a sostanze igroscopiche, mentre il 100 si ottiene bagnando l’interno della campana con acqua distillata e lasciandola evaporare. L’operazione richiede parecchi giorni affinché l’indice diventi stazionario. La scala sarà quindi suddivisa in altrettanti intervalli.
Due variazioni sono state introdotte nello strumento della collezione dell’Università di Modena e Reggio E. e annotate nel registro inventariale (Fig.1):
“1. Si è unito alla parte inferiore dell’igrometro un telaretto di metallo, che fa da piede alla macchina per poterlo sostenere verticale sopra una tavola, questo telaretto o piede è però mobile a cerniera per potere riporre comodamente la macchina in una scattola di trasporto.
2. Si è unito al castello dell’igrometro un termometro sopra tavoletta di ottone, che può però levarsi comodamente per mezzo di due viti.
Lo strumento facente parte della collezione dell’Università di Modena e Reggio E. è integro, ad eccezione del capello mancante e del termometro asportabile citato nel registro inventariale, che però non faceva parte fissa della apparecchiatura. È completo di “un fulcro quadrato di legno” e coperto da una teca di lastre di cristallo riunite da filetti di ottone (Fig.3).
L’ igrometro a capello è stato uno strumento molto popolare, di ampia diffusione e facile utilizzo ma bisognoso di periodica manutenzione e calibrazione. Moderni igrometri a capello sono ancora in vendita. Tuttavia, l’igrometro di de Saussure è stato oggetto di critiche severe. Alcune di queste affermano che: non tutti i capelli si comportano allo stesso modo, ci sono incertezze nella preparazione, inoltre in uno stesso igrometro l’uso produce un allungamento del capello indipendentemente dall’umidità dell’aria, il piccolo peso si oppone alla contrazione del capello, esiste il pericolo di deterioramento del capello per polvere. Importanti fisici come Gay-Lussac e Regnault, dopo attente analisi, erano giunti alla conclusione che lo strumento fosse poco affidabile e in grado di fornire indicazioni più qualitative che quantitative. Potevano essere evidenziate le variazioni di umidità e approssimativamente se l’aria era più o meno umida ma non era molto preciso nel fornire un’indicazione della quantità di vapore acqueo presente in aria. Tuttavia, nonostante i tanti problemi, questo igrometro è ritenuto il miglior strumento per la misura dell’umidità sviluppato nel XVIII secolo, in grado di fornire una lettura ragionevolmente corretta [3].
Nella collezione UNIMORE sono presenti, oltre all’“igrometro ad assorbimento di de Saussure”, un “igrometro ad assorbimento dell’abate Bellani” probabilmente a corda, un “igrometro a condensazione di Daniell” ed un “igrometro a condensazione di Chistoni”, le cui schede descrittive sono pubblicate in questo sito.
Una breve storia della misura dell’umidità dell’aria è pubblicata nella scheda relativa all’”igrometro ad assorbimento dell’abate Bellani”, mentre alcune definizioni delle principali grandezze igrometriche fanno parte della scheda relativa all’igrometro a condensazione di Daniell.
L’umidità relativa
L’umidità relativa fa parte delle grandezze igrometriche ed è una misura della quantità reale di vapore acqueo in un volume d’aria confrontata con la quantità di vapore massima che può esistere nel volume alla sua reale temperatura. È definita come il rapporto non dimensionale tra la massa del vapore acqueo realmente presente in un volume di aria e la massima quantità (in termini di massa) possibile alla stessa temperatura nello stesso volume. Frequentemente espressa in percentuale. Il valore più basso ammonta allo 0 %, il valore massimo, pari al 100 %, corrisponde alla situazione di saturazione. L’umidità relativa è proporzionale alla quantità di vapore acqueo realmente presente e dipende dalla temperatura. Più l’aria è calda, più vapore acqueo può essere presente in un volume dato.
Horace-Bénédict de Saussure [4]
Horace-Bénédict de Saussure (1740,1799) è stato un alpinista e scienziato svizzero. È considerato uno dei più importanti scienziati svizzeri del XVIII secolo e il fondatore dell’alpinismo. Fu professore di filosofia sperimentale all’Accademia di Ginevra. Influenzato dal padre e dallo zio materno, giovanissimo inizia a dedicarsi alla botanica. Questo suo interesse lo porterà ad intraprendere numerosi viaggi sulle Alpi e a studiarne la geologia. Condusse anche studi sul clima montano ed effettuò osservazioni meteorologiche, spesso sulle cime delle Alpi. Fornì inoltre originali contributi nel campo dell’igrometria, inventando numerosi strumenti scientifici, fra i quali un igrometro a capello, un anemometro, un elettrometro, un eudiometro per la misura delle variazioni di volume di un gas soggetto a combustione. Descrisse i suoi esperimenti sull’umidità dell’aria nel libro “Essai sur l’hygrométrie”, pubblicato nel 1783. Fu membro della Royal Society di Londra, della Reale Accademia Svedese di Scienze, dell’Académie des sciences di Parigi.
Bibliografia
[1] H.B. de Saussure, Essais sur l’hygrométrie, 1783, Neuchatel, Samuel Fauche pere et fils, https://wellcomecollection.org/works/dnrb7drr
[2] 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
[3] D. Camuffo, Microclimate for Cultural Heritage, Third Edition, Elsevier Science, 2019, Chapter 18 – Measuring Air Humidity
[4] Horace-Bénédict de Saussure, https://it.wikipedia.org/wiki/Horace-Benedict_de_Saussure
Autore: Prof.ssa Sandra Morelli, Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio E.