STEP #28 - La sintesi finale

Il pirometro è uno particolare termometro atto principalmente alla misurazione di elevate temperature, anche superiori all’incandescenza. Lo strumento riesce a misurare la temperatura di un corpo grazie alla radiazione elettromagnetica (STEP #4) nella gamma dell'infrarosso emessa dal corpo. Il suo funzionamento è basato sulla Legge di Planck (STEP #5). Il calore, o più precisamente la radiazione termica è una radiazione elettromagnetica emessa dalla superficie di un oggetto ed è causata dalla sua temperatura. Durante la dispersione è possibile misurare l’energia portata da queste onde elettromagnetiche permettendo quindi di misurare la temperatura senza toccare il corpo interessato.

 Il nome (STEP #1) deriva dalla funzione che esso svolge, il termine infatti discende dal greco, che tradotto letteralmente significa: misura del fuoco (STEP #7). Con l’ausilio di Google Ngram Viewer, motore di ricerca che permette di scoprire con quale frequenza una parola o più parole legate tra loro compaiono nell’insieme di libri (STEP #10) pubblicati tra il 1500 e il 2019(per ora) e presenti in Google Books, si è in grado di tracciare la frequenza storica di utilizzo della parola pirometro e dei termini relativi ad esso. Dopo un’accurata ricerca si nota come la parola pirometro compaia intorno alla metà del ‘700, periodo di grandi rivoluzioni ed invenzioni. E' proprio in questi anni che si colloca l'inizio della Prima Rivoluzione Industriale e l'invenzione del primo pirometro. Relativamente al grafico presente allo STEP #24, il termine ha il suo picco massimo nel 1751, anno in cui era molto diffuso in Inghilterra, luogo di nascita dell’inventore Josiah Wedgwood (STEP #9). Egli inventò il pirometro ad argilla, il primo tipo di termometro a irraggiamento per misurare le temperature delle fornaci da ceramica. Nel 1901, invece, il fisico tedesco Ferdinand Kurlbaum , inventò  il primo pirometro con filamento a scomparsa, ovvero un pirometro ottico in grado di misurare temperature comprese tra i 600 e i 3000 C°. Circa 20 anni dopo a Milano, fu fondata la Allocchio Bacchini & C.  dai due soci , l'ing. Antonio Allocchio e l'ing. Cesare Bacchini, fu una delle prime aziende dell'industria elettronica (STEP #11) nazionale sviluppatasi nel primo dopoguerra. Una delle poche aziende italiane a realizzare il pirometro elettrico in quel periodo. Negli anni si diffusero ditte produttrici in tutto il mondo, ognuna con il proprio marchio(STEP #20), per la produzione di pirometri differenti. Tra le case costruttrici vi fu anche la multinazionale statunitense General Electric Company, fondata nel 1892, che promuoveva i suoi pirometri tramite l’utilizzo di poster e slogan pubblicitari (STEP #13).

Rispetto ai primi modelli, il pirometro si è evoluto molto, sia esteticamente sia nelle sue componenti interne (STEP #16). Basti pensare che i primi pirometri non erano elettronici ma erano strumenti artigianali e realizzati con materiali (STEP #8) molto costosi. Ne sono una testimonianza le immagini storiche presenti allo STEP #2. Ai giorni nostri la situazione è totalmente cambiata, non esiste infatti pirometro infrarosso che non sia totalmente elettronico. Anche la normativa (STEP #23) è stata aggiornata dato il diffuso utilizzo di questo strumento.

E’ molto utilizzato in ambito medico, soprattutto in questo periodo di pandemia (STEP #27), è una di quelle cose personali (STEP #25) di cui non si può fare a meno. Esistono, infatti, differenti tipologie di pirometro e vari impieghi. Tra questi, la gamma di pirometro più utilizzata è forse quella del pirometro ottico o termometro a radiazione o ancora a raggi infrarossi che può essere sia di tipo portatile, simile ad una pistola, sia uno strumento progettato per essere impiegato in applicazioni dette “Fisse”. E’ composto da diverse parti (STEP #3) ma l’elemento principale è la parte ottica (STEP #26) necessaria per catturare e concentrare la radiazione infrarossa emessa dal corpo che stiamo misurando. Una delle caratteristiche principali di questo strumento, oltre ai brevi tempi di risposta (STEP #15), è la sua estrema precisione, nonostante le misurazioni delle temperature vengano eseguite a distanza, cioè senza che vi sia contatto tra il pirometro e il corpo in esame. L'impiego della misurazione della temperatura senza contatto aumenta la sicurezza (STEP #6) e riduce il rischio in caso di misurazioni effettuate su sostanze chimiche pericolose e serbatoi. E' uno strumento apparentemente semplice da utilizzare, in ambito industriale, però, è consigliabile avvalersi di un manuale d'uso (STEP #22) per evitare misurazioni erronee e possibili danni.

Il pirometro è uno strumento molto diffuso, non solo in ambito industriale, medico, casalingo e alimentare ma anche in ambito artistico. Lo vediamo infatti nel cinema (STEP #12), come ad esempio in una scena del film Fast and Furious- Hobbs & Shaw. Non mancano nemmeno citazioni in alcune vignette (STEP #21) e riviste, tra cui quella di  Hector Cademartori.

In conclusione, all’interno di questo blog, oltre agli step già citati, si potranno ritrovare alcuni brevetti (STEP #17) relativi allo strumento. Inoltre, per rendere più chiaro e immediato il concetto di pirometro si è cercato di classificare l’oggetto attraverso un albero tassonomico (STEP #14), di trovare collegamenti letterari e culturali  attraverso l’utilizzo di francobolli (STEP #18) e la redazione di un abbecedario (STEP #19).

STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

Una delle parti fondamentali del pirometro è la parte ottica costituita da lenti di vetro ottico. La parte ottica è sempre stata di fondamentale importanza per un termometro infrarosso, essendo necessaria per catturare e concentrare la radiazione infrarossa emessa dal corpo che intendiamo misurare, fino a convogliarla sul sensore del pirometro.

A seconda del tipo e dell’applicazione del pirometro, le ottiche possono essere diverse, in particolare possono permettere allo strumento di operare ad una distanza più o meno grande tra strumento e punto di misura, oppure possono permettere di effettuare una misura su una superficie più o meno ampia a parità di distanza. L’ottica serve solo per permettere al termometro di andare a prendere la radiazione quindi a poter effettuare la misura su di un area più o meno piccola ad una distanza più o meno grande, tra il termometro e il corpo o la superficie da misurare.

Il principale componente del vetro con cui sono fatte lenti è la sabbia silicea (SiO2). Il suo punto di fusione si situa nell'intorno dei 1700°C e la sua consistenza a questa temperatura è simile a quella del miele liquido. La struttura cristallina del silicio ha la forma di un tetraedro, al cui centro vi è un atomo di silicio, collegato simmetricamente ai quattro vertici di atomi di ossigeno: la formula chimica è quindi SiO4 ed ha una carica negativa.

Raffreddando velocemente la silice fusa, si forma una struttura casuale di tetraedri, uniti tra di loro agli angoli, che dà luogo ad un materiale amorfo, conosciuto come silice vetrosa.

Struttura cristallina del silicio, 
immagine tratta da: www.chimica-online.it/composti/silice

Il campo delle lenti è molto vasto ed esistono anche lenti particolari adeguatamente trattate, che oltre ad assorbire una quantità di energia (quindi operare da attenuatore) possono anche essere utilizzate da filtro ottico, lasciano passare solo una ben precisa banda di frequenze. In pratica operano come occhiali da sole dove le lenti scure per proteggere gli occhi, filtrano alcune radiazioni pericolose come ultravioletti ed anche infrarossi ma lasciano passare quelle visibili pur attenuandole, grazie a questo fenomeno riusciamo a vedere bene senza danneggiare gli occhi anche sotto il sole pieno. Le lenti per pirometri funzionano esattamente nello stesso modo. 

Quando parliamo di lenti non intendiamo solo quelle che vengono usate sul pirometro, ma il concetto deve essere esteso anche a tutto quello che viene interposto tra strumento e corpo da misurare. Non è raro dover effettuare delle misure all’interno di macchine o anche dentro stanze attraverso delle finestrelle o oblò di protezione, in questo caso è sempre necessario verificare se lo strumento che stiamo usando è compatibile con il materiale della finestra che desideriamo attraversare.

Lenti oftalmiche, immagine tratta da:www.occhiali24.it

In alcune applicazioni, come materiale per le lenti, è possibile utilizzare anche alcune plastiche, chiaramente sempre prima verificando la loro effettiva trasparenza e ovviamente se sono compatibili con le condizioni dell’applicazione.

Fonti:

https://www.sensorstore.it/files/Manuali/CEAM-Infra-1_IT_N1.compressed.pdf

https://www.pilkington.com/it-it/it/architetti/il-vetro/aspetti-chimici-del-vetro

STEP #19 - L'abbecedario

A come  Allocchio Bacchini & C. sul finire degli anni '30 fu una delle poche case costruttrici italiane a realizzare il pirometro elettrico.

B come Burslem (Inghilterra) luogo di nascita dell'inventore Josiah Wedgwood.

C come Camicia di protezione e/o di raffreddamento serve a protegge lo strumento da elevate temperature, polvere e umidità.  

D come Digitale, ai  giorni nostri la maggior parte dei pirometri è completamente digitale.

E come Elettrico, è una categoria di pirometri.

F come Forno Bassini, luogo di ritrovamento di un pirometro risalente agli anni della Seconda Guerra Mondiale.

G come General Electric Company, nota multinazionale statunitense e una delle case costruttrici del pirometro.

H come Hitzemesser, pirometro in tedesco.

I come Infrarosso, Il pirometro riesce a misurare la temperatura di un corpo grazie alla radiazione elettromagnetica nella gamma dell'infrarosso emessa dal corpo.

L come Laser, usato per tracciare il punto di misura dello strumento.

M come Max Planck, il funzionamento dello strumento si basa sulla Legge di Planck.

N come Nessun contatto, le temperature vengono misurate senza che vi sia contatto tra lo strumento e il corpo in esame.

O come Ottica,  componente  che permette allo strumento di funzionare ad una distanza più o meno grande dal punto di misura.

P come Pirometria, tecnica relativa alla misurazione delle alte temperature.

Q come Qualità nelle misurazioni che garantisce la rilevazione delle temperature in modo reale e preciso.

R come Rivoluzione industriale, è  nel periodo della Prima Rivoluzione Industriale che si colloca l'invenzione del primo pirometro.

S come Sensore, componente elettronico del pirometro che capta la radiazione infrarossa che arriva allo strumento. 

T come Temperatura, il pirometro è un particolare termometro  atto alla misurazione delle temperature ,anche superiori all'incandescenza.

U come Usb, quei pirometri con interfaccia e cavo usb.

V come Velocità nella rilevazioni delle temperature.

Z come Zero, temperatura minima dei pirometri da forno.

STEP #18 - Il francobollo

 

Francobollo vintage stampato in Germania intorno al 1994 , mostra la radiazione del corpo nero, scoperta della teoria quantistica, da parte di  Max Planck,  fisico teorico tedesco e Premio Nobel per la fisica nel 1918.Francobollo strettamente collegato allo strumento in esame, infatti, come già detto il pirometro sfrutta il calore o più precisamente le radiazioni termiche emesse dal corpo  per rilevare la reale temperatura del corpo stesso. Il livello di radiazione di un corpo, può essere espressa infatti dalla Legge di Planck definita dallo stesso Max Planck.

 

Immagine tratta da: https://www.shutterstock.com/it/image-photo/madrid-spain-march-1-2020-vintage-1726596016

STEP #04 - La scienza

Il funzionamento del pirometro  si basa sullo  sfruttamento    delle  radiazioni elettromagnetiche  emesse dai corpi in esame. Questo strumento, trova quindi applicazione nell'elettromagnetismo.

L'elettromagnetismo è la branca della fisica che studia i fenomeni di natura elettrica e magnetica e le loro correlazioni come ad esempio i campi magnetici.

Intorno al 1873 il fisico scozzese James Clerk Maxwell studiando i fenomeni elettrici e magnetici, scoprì che una carica elettrica oscillante produce un campo elettrico e un campo magnetico tra loro perpendicolari, che si propagano in forma di onda trasportando energia. Successivamente affermò che la luce è costituita da onde elettromagnetiche ( o radiazioni elettromagnetiche) formate dalla contemporanea propagazione di un campo magnetico e di un campo elettrico tra loro perpendicolari. 

Nel 1887 tramite una serie di esperimenti Heinrich Hertz dimostrò l'esistenza delle onde elettromagnetiche validando le ipotesi fatte da Maxwell e spianando la strada ai futuri lavori di Marconi.

Onda elettromagnetica, immagine tratta da: 
andreaminini.org