I fluidi: liquidi, gas e supercritici

 

Nell’antichità il filosofo Eraclito diceva che non ci si bagna mai due volte nello stesso fiume, poiché mentre siamo in esso egli muta. Lo scorrere delle sue acque rende il fiume diverso da quello in cui inizialmente ci si è immersi siccome tutto cambia, scorre e fluisce. La parola fluire deriva dal verbo latino fluĕre, da qui fluĭdus che significa scorrere, fluire. In fisica quando si parla di fluido non necessariamente ci si riferisce a un liquido, ma per fluido sia i gas sia i liquidi.
I fluidi sono studiati dalla branca della fisica nota come fluidomeccania e trovano molte applicazioni anche nella vita quotidiana. L’impianto idrico che porta l’acqua ai rubinetti nelle case, il climatizzatore e anche solo la caffettiera con cui al mattino prepariamo il caffè sono progettati e tenendo conto delle leggi della meccanica dei fluidi quali il principio di Archimede o la legge di Torricelli. Questo ramo della fisica è inoltre usato nello studio della circolazione sanguigna, nell’aereonautica e nel campo delle energie rinnovabili come quella idrica ed eolica.

Fluidi liquidi e gassosi


In fisica generalmente è definito fluido lo stato della materia nel quale le particelle non occupano posizioni fisse ma sono in grado di muoversi più o meno liberamente le une rispetto alle altre. A tale scorrimento nei fluidi reali si oppone sempre un attrito interno definito viscosità.
I fluidi comprendono lo stato liquido e quello aeriforme. I liquidi posseggono volumi propri e densità simili a quelle dei solidi, ma non hanno una forma poiché le interazioni intermolecolari sono più deboli. Comunemente si usa dunque distinguere i fluidi dai solidi per il fatto che questi hanno una propria forma, mentre i fluidi assumono la forma del recipiente che li racchiude. La differenza tra stato liquido e lo stato aeriforme è che i gas hanno una densità bassa. Inoltre hanno scarse interazioni molecolari e ciò li rende espandibili in qualsiasi volume.
Un’eccezione ai liquidi ordinari sono alcune sostanze che presentano fasi intermedie tra quella solida e quella liquida generalmente noti come cristalli liquidi e usati in molte applicazioni tecnologiche.

I fluidi supercritici

I fluidi possono trovarsi in un ulteriore stato fisico, definito stato supercritico. Un fluido supercritico si ottiene in determinate condizioni di temperatura e pressioni superiori a quelle critiche. In queste condizioni hanno proprietà intermedie a quelle di un gas e quelle di un liquido. Lo stato del fluido può essere variato e avvicinato alle caratteristiche di un liquido o di un gas variando la sua pressione o la sua temperatura. Così facendo agisco sulla densità, sulla solubilità o sulla viscosità. Inoltre non possiedono tensione superficiale siccome i legami liquido/gas sono inesistenti.

I fluidi in stato supercritico sono usati anche come solventi industriali nei processi di estrazione. Permettono estrazioni rapide permeando come gas, ma estraendo come dei liquidi. Regolando la densità del mezzo posso avere estrazioni più o meno selettive. Il materiale estratto è facilmente recuperabile lasciando che il fluido torni in fase gassosa. L’evaporazione lascia poche tracce di solvente che è anche recuperabile. In particolare l’anidride carbonica supercritica è largamente utilizzata, ad esempio per decaffeinare i chicchi non tostati del caffè.

Un pensiero riguardo “I fluidi: liquidi, gas e supercritici

  • 20 Novembre 2018 in 16:21
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    bell’articolo.
    L’argomento è un po’ scivoloso (o dovrei dire fluido?) e mi compiaccio con l’autore per aver e evitato inesattezze che frequentemente si trovano nella divulgazione dell’argomento.

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