Al momento della pubblicazione di questo lavoro (1912) la legge di Stefan-Boltzmann era nota da tempo, perdurava tuttavia una certa dispersione circa le misure del valore della costante. Puccianti propone due metodi di misurazione, uno termometrico e uno bolometrico, con l’idea dichiarata di arricchire le tecniche possibili, fidando in un futuro addensarsi di valori in un intorno sufficientemente stretto. L’apparato `e simile per i due metodi e presenta la particolarit`a di consentire esperienze a temperature basse, intorno alla temperatura ambiente, contrariamente ai tentativi di misura precedenti. A fronte di maggiori difficolt`a costruttive permette una migliore determinazione delle temperature di esercizio.
10.5.1
Metodo bolometrico
[23] Si faccia riferimento alla figura10.13. Il corpo nero a temperatura maggiore `e costituito da tre corpi due simmetrici, B1 e B2, composti da un cono e un tronco di cono in rame
10.5. POTENZA IRRAGGIATA DAL CORPO NERO 49 uniti per la base (diametro 4cm) attaccati alle basi di un cilindro in rame. La superficie esterna `e annerita con nerofumo. B1 e B2 sono percorsi da due spirali: una in ferro ed una in manganina. La prima `e una resistenza sensibile al calore, la seconda una resistenza riscaldante.
Il corpo nero a temperatura minore `e il bulbo in vetro N, annerito internamente.
10.5.2
Circuito elettrico
Figura 10.12: Schema del circuito. A sinistra il ponte di Wheatstone, al centro le spirali sui corpi neri.
In riferimento alla figura10.12 1 V1(rosso), V2(verde), V3(blu), V4(giallo) sono I vertici del ponte di Wheatstone. R `e scelta in modo da avere l’equilibrio grossolano del ponte, da regolare in modo fine spostando V3 lungo FF misurando la variazione di resistenza del ramo bolometrico. G `e il galvanometro.
10.5.3
Disposizione generale
Si faccia riferimento alla figura10.13. Il bolometro B1B2 `e inserito nell’ambiente ON te- nuto sotto vuoto5. La zona CC in rame, rivestita in ottone `e immersa in acqua mantenuta
in movimento dall’agitatore A. La temperatura di questa zona si legge sul termometro T. La zona inferiore `e un bulbo immerso in neve di CO2 o aria liquida e la sua temperatura `e
monitorata tramite una termocoppia. Tra D1 e D2 `e posto un diaframma S che consente di intercettare la radiazione tra i due bagni termici.
Figura 10.13: In basso il bulbo da tenere alla temperatura pi`u bassa, nel mezzo i corpi neri, in alto a destra (G) il collegamento alla pompa a vuoto di Gaede.
Puccianti riporta una breve giustificazione del fatto che la variazione di resistenza di uno dei rami bolometrici dipende solo dall’ammontare complessivo dell’energia acquistata o perduta dal corpo nero e non dalla sua distribuzione sulla superficie del corpo stesso. Siano ρ la resistenza per unit`a di lunghezza del filo di ferro, α il coefficiente della sua variazione con la temperatura, ∆t la variazione di temperatura e dl il segmento di filo, allora si avr`a
∆R = Z
(l)
10.5. POTENZA IRRAGGIATA DAL CORPO NERO 51 Riscrivendo pdl=dσ, dove p `e il passo dell’elica e ∆t=e/c con e l’energia assorbita e c il calore specifico per unit`a di superficie si ha
∆R = Z
(σ)
αρe
pc dσ (10.4)
A questo punto ”se l’apparecchio `e costruito con esattezza e con lamine e fili uniformi”6 si
considerano α, ρ, p, c costanti e li si porta fuori dal segno di integrale. Puccianti incontra principalmente la difficolt`a di garantire che lo scambio sia solo radiante. Una delle princi- pali cause d’errore `e indicata nei gas trattenuti dal carbone del nerofumo che diffondono da un corpo all’altro. Il problema venne in parte risolto aggiungendo un canale in comu- nicazione con la tromba di Gaede e con l’apparecchio contenente carbone di noce di cocco: questa sostanza veniva prima isolata e portata sotto vuoto, poi raffreddata nella neve di anidride carbonica o in aria liquida ed infine messa in comunicazione con l’apparecchio. Poich`e il carbone di noce di cocco ha la propriet`a di assorbire molto efficacemente le sostanze dall’ambiente agiva come trappola per quanto rilasciato dal nerofumo.
10.5.4
Procedimento di misura
-Ponte in equilibrio, S chiusa e N posizionato nel bagno freddo. Circuito riscaldante aperto.
-Apertura del diaframma e chiusura del circuito riscaldante. Il ponte non `e pi`u in equilibrio -Si regola il potenziometro finch`e il ponte torna all’equilibrio
Adesso, nota la differenza di potenziale ai capi della resistenza in manganina tale da compensare l’effetto radiante, si conosce l’energia irraggiata verso il bulbo N.
10.5.5
Utilizzo dei dati e stima
Chiamiamo R ed E i valori della resistenza in manganina e della tensione di compensa- zione. La stima di σ `e:
σ = E
2
KR(Θ4− θ4) (10.5)
K `e un coefficiente geometrico determinabile con formule note per la geometria scelta mentre Θ e θ sono le temperature di esercizio. La stima ottenuta da Puccianti `e di 5, 96 10−12cmW2C4 con errore dell’unit`a sull’ultima cifra.
10.5.6
Metodo termometrico
[24]
In questo caso il corpo N1 `e costituito da un doppio guscio di ottone, l’intercapedine `
e riempita di toluolo (metilbenzene) ed `e collegata tramite A al tubicino in vetro B dal quale si pu`o osservare il menisco con il microscopio M. Attorno ad N1 `e avvolta la spirale riscaldante in manganina nella quale passa una corrente nota (ramo E nella figura10.14). Il bulbo N2 `e immerso in aria liquida o neve di anidride carbonica ed
`
e annerito internamente. L’intero volume RR `e portato sotto vuoto. La misurazione avviene confrontando l’andamento del termometro con il circuito aperto e l’otturatore chiuso e con il circuito chiuso e l’otturatore aperto. Tramite microscopio si osservava il menisco di toluolo (metilbenzene) nel capillare B. La sensibilit`a del termometro `e molto inferiore a quella del bolometro e ci`o si traduce in una maggiore incertezza su quindi anche su σ. La stima `e 6, 00 < σ < 6, 30 10−12cmW2C4
Figura 10.14: Disegno dell’apparato per la misura termometrica. In alto a destra il microscopio per la visione del menisco.