Atmosfera
atm — unità fuori SI · grandezza: pressione · 101 325 Pa esatti
I pozzai fiorentini si lamentavano che nessuna pompa alzasse l'acqua oltre i dieci metri e mezzo, per quanto ci si sforzasse. Galileo scherzò dicendo che alla natura sembrava finire l'orrore del vuoto. Il suo allievo Torricelli volle verificarlo sul serio e sostituì l'acqua con il mercurio: quattordici volte più pesante, dunque la colonna sarebbe stata più corta e sarebbe stata su un tavolo. Il mercurio nel tubo sigillato si fermò a settantasei centimetri, e sopra restò un vuoto che non avrebbe dovuto esserci. La pompa, dunque, non aspira nulla: è l'aria che spinge l'acqua nel tubo, e la spinge esattamente con la forza che quella colonna riesce a bilanciare. Viviamo, scrisse Torricelli, immersi in fondo a un oceano d'aria.
01 · Definizione
L'atmosfera è un'unità di pressione fuori SI pari esattamente a 101 325 pascal. Il numero non è misurato ma fissato: è la pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm a zero gradi con l'accelerazione di gravità normale, calcolata una volta e stabilita come definizione dal 1954.
Si noti che cosa è successo alla logica. Dapprima l'unità era un oggetto: una colonna di mercurio che si poteva versare, misurare con un righello e vedere con gli occhi. Poi l'oggetto fu calcolato attraverso la densità del mercurio e la gravità, ne uscì un numero a cinque cifre — e si dichiarò unità il numero stesso. Il mercurio divenne superfluo: se domani la sua densità sarà nota un po' meglio, l'atmosfera non si muoverà, perché non parla più di mercurio.
L'inganno di questa unità sta solo nella seconda metà del nome. L'atmosfera «normale» non dice nulla di ciò che accade fuori dalla finestra: la pressione reale al suolo oscilla da 870 ettopascal nell'occhio di un tifone a 1085 sulla Siberia invernale, ed esattamente un'atmosfera capita, a rigore, per caso. È un punto di riferimento, non una misura: a essa si riconducono i volumi dei gas, da essa si contano le temperature di ebollizione, con essa si tarano i manometri — e per abitudine la si chiama «pressione normale», benché in natura una pressione normale non esista.
Dal numero fissato discende tutta l'aritmetica di questa scheda: l'atmosfera vale esattamente 760 millimetri di mercurio, 1,013 25 bar e 1,033 atmosfere tecniche — quella «at», il chilogrammo-forza per centimetro quadrato, che ancora si confonde con quella vera. La differenza è del tre per cento: abbastanza per rovinare un calcolo, troppo poco per accorgersi dell'errore al manometro.
Un'atmosfera sono dieci tonnellate e trecentotrenta chilogrammi d'aria appoggiati su ogni metro quadrato: circa seicento chilogrammi sulle spalle di un adulto, centocinquanta sul palmo della mano. Non ci schiaccia perché preme da fuori e da dentro — ma basta togliere metà da un lato e la differenza diventa una forza ben percepibile. La ventosa, la cannuccia, il sollevatore a vuoto per il vetro e la gabbia toracica durante l'inspirazione funzionano allo stesso modo: abbassare un poco la pressione da un lato e lasciare che sia l'atmosfera a fare il lavoro.
02 · Conversione
Inserisci un valore e la scheda lo converte nelle altre unità
Tre famiglie: la scala delle pressioni stessa, oggetti familiari sotto questa pressione e le condizioni standard fissate dall'atmosfera.
La trappola principale non sta nei coefficienti, ma nel punto da cui si conta. Un manometro domestico — per pneumatici, per compressori, qualunque con la lancetta — indica la pressione relativa, cioè la differenza rispetto all'aria circostante; «due e mezzo nella ruota» significa tre e mezzo assoluti. Le formule delle leggi dei gas, le temperature di ebollizione e le solubilità richiedono quella assoluta. Da qui le due lettere nei cataloghi inglesi, psig e psia, e da qui anche metà dei calcoli rovinati: confonderle significa sbagliare di esattamente un'atmosfera, che alle basse pressioni è più della grandezza misurata stessa.
| Notazione | Che cosa significa | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| atm | atmosfera normale | 1,0000 | chimica, immersioni |
| Pa | pascal, l'unità SI | 101325 Pa | norme e calcoli |
| kPa | kilopascal | 101,325 | pneumatici, tecnica in SI |
| bar | bar | 1,01325 | idraulica, immersioni |
| hPa | ettopascal, ossia millibar | 1013,3 | bollettini meteo |
| mmHg | torr | 760,00 | medicina, tecnica del vuoto |
| at | tecnica, kgf/cm² | 1,0332 | documentazione vecchia |
| psi | libbra per pollice quadrato | 14,696 | tecnica anglosassone |
| mmHg | Pressione arteriosa | 101325 Pa | 120 mm — sistolica in un adulto sano |
| bar | Pneumatico d'auto | 101325 Pa | 2,5 bar al manometro |
| atm | Bombola da sub | 101325 Pa | 200 atmosfere in una d'acciaio |
| hPa | Bollettino meteo | 101325 Pa | 1013 hPa al suolo |
| atm | Condizioni standard IUPAC | 101325 Pa | 1 bar dal 1982; prima, l'atmosfera |
| kPa | Condizioni normali | 101325 Pa | 101,325 kPa e 0 °C |
| mmHg | Verifica barometrica | 101325 Pa | 760 mm a 0 °C e g₀ |
Le conversioni sono esatte: tutte queste unità sono definite attraverso il pascal con coefficienti interi e nessuna è soggetta a revisione sperimentale. L'unico numero vivo della tabella è l'ettopascal: coincide con il millibar, e per questo la meteorologia ha cambiato unità senza riaddestrare gli osservatori né ridisegnare le carte.
03 · Ordini di grandezza
logaritmo decimale della pressione, atmosfereL'intervallo abitabile e la tecnica di ogni giorno
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura l'atmosfera
Un tubo di vetro lungo un metro, sigillato a un'estremità, riempito di mercurio e rovesciato in una vaschetta: il mercurio scende finché non si ferma all'altezza di equilibrio, e sopra resta il vuoto torricelliano, il primo vuoto fatto con le mani. Lo strumento è impeccabilmente esatto e del tutto scomodo: pesa, teme l'inclinazione e richiede correzioni per la temperatura del mercurio e per la gravità locale. In compenso non ha bisogno di taratura: il righello è la scala.
Lo stesso principio portato alla metrologia: la vaschetta è chiusa in basso da un sacchetto di cuoio e, con una vite, il suo livello viene ogni volta portato allo zero della scala — una punta d'avorio che deve appena sfiorare il proprio riflesso nel mercurio. Solo allora si legge la sommità della colonna con il nonio, al decimo di millimetro. Con barometri simili si fissava la pressione sui banchi di verifica fino alla metà del Novecento, e proprio dalle loro letture, riportate a zero gradi e alla gravità normale, è nato il numero 101 325.
Al posto del mercurio, una capsula piatta e ondulata da cui è stata tolta l'aria: si appiattisce un poco quando la pressione sale e si distende quando scende. La sua parete si muove di decimi di millimetro, e tutta l'astuzia dello strumento sta nelle leve che amplificano questo movimento fino all'escursione della lancetta. Un aneroide si può trasportare, far cadere e appendere in ingresso, ma con il tempo mente: la molla si affatica e bisogna confrontarlo con quello a mercurio. Così una stessa grandezza ha ottenuto uno strumento «giusto» e uno «comodo».
Nel telefono vive una membrana di silicio grande come un granello di sabbia: si flette sotto la pressione e con la flessione cambiano la capacità o la resistenza degli estensimetri sul suo bordo. La sensibilità è di circa dieci pascal, cioè meno di un metro di quota, e per questo il navigatore distingue il primo piano dal terzo. Nel mondo i barometri sono ormai più dei termometri, e le loro letture, raccolte da milioni di telefoni, alimentano già i modelli di previsione meteorologica.
05 · Regole di scrittura
Tre minuscole e un'avvertenza
L'unità non porta il nome di una persona, perciò il simbolo si scrive in minuscolo; non le si aggiungono prefissi.
La «A» maiuscola compare nei cataloghi di apparecchiature importate e indica sempre trascuratezza, non un'altra unità. Il bar differisce dall'atmosfera dell'1,3 per cento e fu introdotto proprio per avere un numero tondo di pascal; la meteorologia abbandonò l'atmosfera a suo favore già negli anni Trenta, e i bollettini vanno in ettopascal, numericamente uguali ai millibar. L'«at» tecnica è il chilogrammo-forza per centimetro quadrato: è più piccola di quella vera del tre per cento e nella vecchia documentazione compare più spesso di atm. L'ultima riga a destra riguarda ciò che manca: senza l'indicazione «assoluta» o «relativa» un valore di pressione è incompleto, ed è l'unica avvertenza che non si può omettere.
07 · Sezione storica
Come il vuoto è diventato un'unità
L'esperimento durò un minuto e se ne discusse vent'anni: sopra il mercurio nel tubo si trovò un vuoto che, per convinzione comune, non poteva esistere. Torricelli spiegò tutto in una volta: la colonna è sorretta dal peso dell'aria, e la sua altezza non è costante — cambiava di giorno in giorno. Uno strumento ideato per una disputa filosofica si rivelò subito un previsore del tempo, ed è l'unico caso in cui la meteorologia è nata dal vuoto.
Blaise Pascal ragionò: se è l'aria a sorreggere la colonna, in montagna l'aria è meno e la colonna deve abbassarsi. Egli stesso era troppo malfermo in salute, e sul Puy de Dôme salì suo cognato Florin Périer con due tubi: uno lo lasciò ai piedi, sotto la custodia di un monaco, l'altro lo portò in cima. In vetta il mercurio scese di tre pollici e una linea. La disputa era chiusa: l'aria pesa, e pesa meno via via che si sale.
Otto von Guericke, borgomastro di Magdeburgo, unì due emisferi di rame, ne estrasse l'aria con la sua pompa e propose a delle pariglie di separarli. Otto cavalli per parte non ce la fecero; su mezzo metro di diametro l'atmosfera teneva insieme la sfera con una forza di circa due tonnellate. Il calcolo è chiaro a chiunque sappia moltiplicare superficie per pressione, ma lo spettacolo lo spiegò meglio di qualsiasi dimostrazione — ed entrò nei manuali per quattro secoli.
Verso la metà del Novecento emerse un inconveniente: la definizione tramite 760 millimetri di mercurio si trascinava dietro la densità del mercurio e la gravità locale, e entrambe le grandezze venivano via via precisate. La decima Conferenza generale dei pesi e delle misure tagliò il nodo dichiarando l'atmosfera pari a 101 325 pascal per definizione. L'unità perse il legame con una sostanza e divenne un semplice fattore — lo stesso espediente con cui più tardi si staccarono dagli oggetti il metro e poi il chilogrammo.
L'unità che è stata abolita e non si è riusciti a togliere
L'atmosfera non fa parte del SI e il suo uso non è raccomandato: per la pressione c'è il pascal e, per i valori grandi, i suoi prefissi. Eppure l'unità resiste là dove conta non il numero, ma il confronto con l'aria fuori dalla finestra. Il chimico scrive «reazione a 3 atm» perché gli importa quante volte supera quella atmosferica; il subacqueo conta la profondità in atmosfere perché ogni dieci metri d'acqua ne aggiungono esattamente una ed è il conto più comodo del suo mestiere; il manometro per pneumatici è graduato in bar e atm, poiché la differenza tra i due è minore dell'errore dello strumento. Il paradosso metrologico sta nel fatto che, dopo il 1954, l'atmosfera ha cessato di essere una misura ed è diventata un fattore esatto: cioè proprio ciò che è comodo usare e proprio ciò che non si può verificare per esperimento. Si può verificare un barometro, non un'unità; e un barometro tarato in pascal segnerà un'atmosfera solo per rara coincidenza. Sorte simile è toccata alle sue parenti: il millimetro di mercurio è anch'esso definito attraverso il pascal ed è anch'esso vivo — in medicina, dove con esso si misura la pressione del sangue, e nessuna raccomandazione lo ha cambiato.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e unità fuori SI senza le quali non se la cavano né la tecnica né la vita quotidiana. Ognuna è una scheda a sé: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 36 lingue.
La pressione: le unità e le loro ragioni
una grandezza, una decina di scaleUnità di base del SI
chilogrammo, metro, secondoLingua della scheda
36 lingue. Il simbolo atm è internazionale, ma le scale abituali non lo sono: nella traduzione le tabelle sono adattate alla pratica locale.