Criostato Hofman
per esperimenti a temperature criogeniche dell'elio liquido (circa 269 °C sotto zero)
Descrizione e caratteristiche fisiche
Il criostato Hofman consente di raggiungere temperature dell'ordine di 4.2 K (-269 °C) con elio liquido. Esso è realizzato in acciaio inossidabile ed è costituito da una doppia camera: una esterna per l'azoto liquido (77 K), che ha il principale scopo di ridurre drasticamente il passaggio di calore radiativo dall'esterno, l'altra interna per contenere l'elio liquido. L'azoto liquido, infatti, riesce a mantenere la temperatura di ebollizione per lungo tempo a 77 K grazie al suo elevato calore latente di evaporazione. Le due camere, esterna e interna, sono dotate di due camicie in cui viene fatto il vuoto permanente in quella esterna e un vuoto variabile in quella interna. Un sensore (vacuometro) sulla parete esterna permette di rilevare il livello di vuoto nella camicia interna. Una base in ottone munita di due finestre a sezione circolare, è adibita a contenere il campione e ha la funzione di termalizzare il campione stesso. La sequenza di operazioni per un corretto funzionamento del vaso prevede la realizzazione di un contatto termico tra le due camere e successivamente l'immissione dell'azoto liquido nella camera esterna. Una volta stabilizzata la temperatura a 77 K è necessario creare il vuoto nella camicia interna e travasare quindi l'elio liquido nella camera interna. Nella parte superiore, anche essa in acciaio inossidabile saldata al corpo del vaso, sono presenti quattro tubi: due laterali collegati alla camera esterna per il travaso dell'azoto liquido, uno centrale connesso con la camera interna per il travaso dell'elio liquido e uno in cui è montato un sensore di temperatura. Una targetta su un lato riconduce la produzione del criostato ai laboratori Hofman, Hillside N.J. U.S.A. collocandoli tra il 1950/1960.
Notizie storiche e uso dello strumento
Il criostato fu inventato nel 1892 dal chimico-fisico James Dewar (1842-1923), che lo presentò pubblicamente in una conferenza il 20 Gennaio del 1893, da cui prende il nome di vaso dewar. L'invenzione del criostato consentì di liquefare tutti i gas, come l'idrogeno e l'elio e consentì quindi di raggiungere temperature sempre più vicine allo zero assoluto (-273.15 °C). Esso è recipiente termoisolante, poiché mantiene il suo contenuto isolato termicamente dell'ambiente esterno. Il primo criostato era costituito da un vaso di vetro soffiato a pareti doppie. Nell'intercapedine tra le due pareti veniva realizzato il vuoto per mezzo di una pompa pneumatica e successivamente il vaso veniva chiuso alla fiamma; un sottile rivestimento di argento depositato sulla parete esterna ed interna crea uno specchio e minimizza la trasmissione di calore per irraggiamento. L'eccellente isolamento termico del criostato fa sì che l'ebollizione del liquido criogenico contenuto al loro interno sia molto lenta e quindi il liquido può rimanere in tale stato per un lungo intervallo di tempo.
Bibliografia & sitografia
Blundell S.J. (2009). Superconduttivity, a very short introduction, Oxford, pp. 14-17
Nerini L. & Salandin, G.A. (1996). Duecento anni di Fisica a Padova, Università degli studi di Padova, Dipartimento di Fisica "Galileo Galilei", p. 131
Collezione Liceo Scientifico Alessandro Serpieri Rimini: Vaso dewar, www.liceoserpieri.it/museo/documenti/Vaso%20Dewar.pdf
Enciclopedia Treccani: www.treccani.it/enciclopedia/sir-james-dewar/
Wikipedia: it.wikipedia.org/wiki/Vaso_di_Dewar