1.

Introduzione

Pressione Grandezza fisica scalare definita come il rapporto tra la forza esercitata perpendicolarmente a una superficie e l’area della superficie stessa.

Nel Sistema Internazionale (SI), l’unità di misura della pressione è il pascal, che equivale alla pressione esercitata perpendicolarmente dalla forza di un newton su una superficie di 1 m². Comunemente usata è anche l’atmosfera (atm), definita come la pressione esercitata da una colonna di mercurio liquido alta 760 mm. Un’atmosfera corrisponde a 101,325 kilopascal (kPa) ed è approssimativamente uguale al valore della pressione atmosferica sul livello del mare.

Alcuni effetti della pressione sono familiari; ad esempio, quando si gonfia un palloncino, la pressione esercitata sulla superficie interna dal gas che vi viene introdotto è maggiore della pressione atmosferica esterna: le pareti di gomma quindi si tendono e il palloncino si dilata. Una volta gonfio e chiuso, il palloncino è un sistema in equilibrio: la pressione esercitata dall’interno verso l’esterno è uguale a quella esercitata dall’esterno dall’aria circostante.

Anche l’organismo umano può costituire un esempio di equilibrio tra pressione interna e pressione esterna: infatti, la pressione atmosferica lo distruggerebbe se non fosse controbilanciata dalla pressione dei fluidi presenti all’interno del corpo. Per questo i sommozzatori, che in immersione sono soggetti a pressioni molto più alte rispetto a quella atmosferica, devono indossare tute particolari che proteggono l’organismo.

2.

Misura della pressione

Lo strumento utilizzato per la misura della pressione è il manometro. La maggior parte dei manometri funziona registrando la differenza tra la pressione di un fluido noto e quella atmosferica. Per piccole differenze si usa un tubo trasparente a forma di U, di cui un’estremità è collegata con il contenitore di cui si vuole misurare la pressione interna e l’altra è aperta. Il tubo viene riempito di un determinato liquido, come olio, acqua o mercurio, e la differenza di livello raggiunto dal liquido nei due bracci del tubo fornisce la differenza tra la pressione della colonna di liquido, pari a quella interna del contenitore, e la pressione atmosferica locale.

Per differenze di pressione di maggiore entità si usa il manometro a molla tubolare, o manometro di Bourdon, dal nome del suo inventore, il francese Eugène Bourdon. Consiste di un tubo metallico cavo a sezione ellittica piegato a uncino: un’estremità del tubo è chiusa, l’altra è aperta. Se si applica a quest’ultima una pressione (in aggiunta a quella atmosferica), la sezione ellittica si deforma leggermente, avvicinandosi sempre più alla forma circolare, e nello stesso tempo il tubo si allunga leggermente. All’estremità chiusa si ottiene un movimento, proporzionale alla pressione applicata, che si può misurare su una scala opportunamente calibrata. I manometri progettati per registrare rapide fluttuazioni di pressione sfruttano generalmente sensori piezoelettrici o elettrostatici, che riescono a seguire le variazioni con una risposta pressoché istantanea.

Per ottenere il reale valore assoluto di pressione da una misura effettuata con un manometro – che indica la differenza tra la pressione del fluido e la pressione atmosferica – bisogna sommare il valore della pressione atmosferica locale al valore indicato dallo strumento. Un valore negativo corrisponde a un parziale vuoto.

Per misurare bassi valori della pressione di un gas (fino a 10^-6 mm di mercurio) si usa il manometro di McLeod: si comprime un volume noto di gas – di cui si vuole determinare la pressione – con una trasformazione isoterma, che ne riduca notevolmente il volume; se ne misura la pressione con un comune manometro, e si risale alla pressione iniziale incognita utilizzando la legge di Boyle. Per pressioni ancora minori, si usano manometri che sfruttano fenomeni che coinvolgono radiazione, ionizzazione o effetti molecolari.

3.

Intervalli di variabilità

In generale, i valori di pressione possono variare da 10^-8 a 10^-2 mm di mercurio per l’alto vuoto, fino a migliaia di atmosfere per le presse idrauliche. A scopi sperimentali, tuttavia, sono state ottenute pressioni di milioni di atmosfere; nel caso specifico della preparazione di diamanti artificiali sono richieste pressioni di circa 70.000 atm, oltre a temperature superiori a 2770 °C.

Per quanto riguarda la pressione atmosferica, essa varia al variare della quota rispetto al livello del mare: all’aumentare dell’altitudine, infatti, si riduce l’altezza della colonna d’aria che esercita il proprio peso sul suolo: di conseguenza, il valore della pressione atmosferica passa da un valore medio di 101,325 kPa, al livello del mare, all’89% di questo valore a un 1 km di altezza, per scendere fino al 26% a 10 km di altezza.

Nel caso di una miscela di gas, si è soliti definire le pressioni parziali dei singoli costituenti come il contributo di ciascun gas alla pressione totale del composto. Così, la pressione atmosferica totale è la somma delle pressioni parziali dei costituenti dell’aria (azoto, ossigeno, anidride carbonica e gas nobili).