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Quel rumore elettrico che misura la temperatura Quel rumore elettrico che misura la temperatura / contributi scientifici del direttore dell'Istituto Colonnetti da poco scomparso PARLIAMO di misure della temperatura per ricordare uno scienziato italiano, Luigi Crovini, scomparso di recente, direttore dell'Istituto di Metrologia «Colonnetti» (Cnr). Crovini ha contribuito, con la sua attività di ricerca, ad approfondire la conoscenza dei fenomeni termici nei due settori nei quali la temperatura gioca il ruolo di protagonista: la termodinamica e la tecnologia dei processi produttivi. La temperatura si presenta con due facce diverse: la prima è quella di grandezza fisica che entra nelle equazioni di modello che usiamo per descrivere i fenomeni naturali. E' la temperatura termodinamica, quella che determina l'entità e il verso degli scambi di energia tra sistemi fisici, quella che si può misurare misurando le variazioni di pressione di un volume costante di un gas (il ben noto termometro a gas), quella che ha come unità di misura nel Sistema Internazionale il kelvin (simbolo K). Crovini studiò e realizzò un metodo alternativo al termometro a gas per misurare la temperatura termodinamica: il termometro a rumore termico. Il fenomeno del rumore termico fu osservato da Johnson nel 1927 e fu interpretato da Nyquist, il quale stabilì che un resistore, per il fatto stesso di trovarsi a una temperatura diversa dallo zero assoluto, diviene generatore di fluttuazioni spontanee di tensione elettrica, la tensione di rumore, il cui valore quadratico medio è proporzionale alla temperatura termodinamica. Da qui l'idea di misurare la temperatura termodinamica misurando la tensione elettrica di rumore. Crovini prima dimostrò che le ipotesi sulle quali si basa l'equazione di Nyquist sono equivalenti a quelle sulle quali si appoggia la legge dei gas perfetti, punto di partenza per la realizzazione del termometro a gas. Poi lavorò alla realizzazione del termometro a rumore, superando brillantemente la difficoltà di misurare con gran precisione (fino a 0,1 K a 1000 K) quello che nell'elettronica delle telecomunicazioni è considerato un fastidioso disturbo da eliminare. L'altra faccia della temperatura riguarda la descrizione dell'ambiente, sia esso una stanza o un forno o una cella frigorifera, nel quale si producono o si modificano materiali d'ogni genere (alimenti, materie plastiche, acciai...). La temperatura alla quale si svolgono i processi determina le proprietà dei prodotti, condiziona la loro conservazione e il loro comportamento. Questa temperatura, che nella sostanza non è diversa dalla temperatura termodinamica, viene misurata su di una scala convenzionale di riferimento, denominata Scala di temperatura Internazionale (Sti). La scala è costruita rispettando i tre principi stabiliti da Fahreneit nel 1724 sulla base degli esperimenti eseguiti oltre un secolo prima da Galileo. Questi principi impongono di scegliere una sostanza termometrica (mercurio, resistore di platino), di attribuire valori di temperatura a punti di riferimento detti punti fissi (punto di solidificazione o di ebollizione dell'acqua) e di stabilire la legge di interpolazione tra i punti fissi (relazione tra dilatazione o resistenza elettrica e temperature). Per esprimere un valore di temperatura misurato con riferimento alla Sti, si può usare indifferentemente l'unità kelvin o l'unità grado Celsius (simbolo °C). Pur essendo uguale l'ampiezza delle due unità, l'origine della scala in gradi Celsius è posta a 273,15 K (punto di solidificazione dell'acqua), cosicché un valore di temperatura in gradi Celsius sarà più piccolo del corrispondente valore di kelvin della quantità 273,15. Crovini contribuì in modo sostanziale e originale sia alla formulazione della Scala di Temperatura Internazionale del 1990 attualmente in vigore, sia allo sviluppo e alla caratterizzazione di alcuni suoi ingredienti particolari, quali termometri a resistenza di platino e punti fissi. Di notevole originalità sono le tecniche che egli mise a punto per l'analisi dei contenuti di impurezze in sostanze pure attraverso l'analisi termica delle transizioni di fase. Ma forse il contributo più importante di Crovini sta nell'avere portato a un livello di eccellenza in campo internazionale la scuola di termometristi ereditata da Giuseppe Ruffino, fondatore della metrologia delle temperature in Italia. I ricercatori dell'Istituto di Metrologia «Colonnetti», Cnr lavorabile) abbassa drasticamente l'impermeabilità; ciò significa che nella costruzione entrerà acqua (e eventuali agenti chimici in essa disciolti) che farà arrugginire i ferri dell'armatura i quali, dilatandosi, faranno scoppiare il calcestruzzo. Si è constatato che le costruzioni in cemento armato sono esposte a uno spettro vasto e molto diversificato di aggressori ambientali: l'umidità, il gelo-disgelo, l'acqua del mare, l'uso di sali antighiaccio sulle strade, l'aria inquinata, la natura stessa del suolo in cui affondano le fondazioni, la presenza di specifiche sostanze nocive nei fabbricati industriali o nei depuratori. Si è visto che anche l'accuratezza della lavorazione può avere un'influenza decisiva sulla durata dell'opera. Tutto ciò ha portato a un miglioramento della tecnologia del calcestruzzo e del suo impiego, sicché il grande ponte di Normandia sospeso sulla Senna o il collegamento tra Danimarca e Penisola Scandinava, due opere dei nostri giorni citate dal professor Palumbo al convegno, sono ormai molto diversi dalle opere degli Anni 60. C'è ancora però un ampio margine di miglioramento, sia delle caratteristiche strutturali sia della capacità di durare nel tempo, peraltro imposto da norme di legge nazionali ed europee. La strada proposta dai ricercatori è quella della preparazione di calcestruzzi differenziati per tipo di struttura e per condizioni ambientali, «a resistenza e durabilità caratteristiche», ottenuti con additivi specifici che consentono di ridurre la quantità di acqua, con prodotti antigelo, con l'inserimento di microbolle d'aria per limitare l'effetto gelo-disgelo, con sostanze per contrastare specifici agenti aggressivi. Il costo di tutto questo incide per lo 0,5 e l'I,5 sull'opera ma, dice Mario Collepardi dell'Università di Ancona, permette di raddoppiare o addirittura triplicare la vita del manufatto. In pratica un investimento aggiuntivo di 1000 lire per avere il calcestruzzo «giusto» garantirebbe un risparmio di 5 mila lire nella fase di manutenzione, 25 mila lire nella fase di ripristino e di 125 mila lire in quella di rifacimento. Ad ascoltare queste cifre c'erano molti tecnici di enti pubblici, giustamente assai interessati. Vittorio Ravizza