Controllo il fuoco. Con l’elettricità

Controllo il fuoco. Con l’elettricità

Ludovico Cademartiri, chimico di Harvard, spiega a ITALICnews i suoi esperimenti per controllare le fiamme con i campi elettrici

1 marzo 2011

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Nel numero di settembre ITALIC racconta la storia di Luodovico Cademartiri, chimico trentaduenne di Parma che fa il ricercatore ad Harvard.

Da quasi tre anni, con il gruppo di scienziati guidato dal prof. George M. Whitesides, Cademartiri studia un modo per controllare il fuoco grazie all’ellettricità, o più precisamente grazie “ai campi elettrici oscillanti”.

Ecco come ha spiegato i suoi esperimenti a ITALICnews:

 

“Il fenomeno, in linea di principio, si basa su tre pilastri ben noti.

  1. La maggior parte dei combustibili bruciano producendo cariche elettriche attraverso una reazione di chemiionizzazione.
  2. Si può esercitare una forza su cariche elettriche usando campi elettrici.
  3. L’energia trasferita dal campo elettrico alle cariche elettriche può essere ulteriormente trasferita alle altre molecole che formano il gas (l’aria attorno alla fiamma e il gas all’interno di essa) attraverso collisioni molecolari.

 

La fiamma produce cariche positive e negative in egual numero. Questi due tipi di cariche risponderanno ai campi in modo diametralmente opposto. Al tempo stesso il campo oscilla nel tempo da una polarità positiva ad una negativa. Quindi si può immaginare che le cariche positive e negative oscilleranno nello spazio e nel tempo, seppur muovendosi in direzioni opposte. La cosa controintuitiva è che questo movimento oscillante può generare un movimento di gas prevalente in una direzione.

 

Per dare una idea della straordinaria complessità di questo fenomeno si possono accennare le seguenti cose.

  1. All’interno di una fiamma ci sono centinaia di specie chimiche, decine di queste sono cariche.
  2. Queste specie chimiche cambiano continuamente attraverso reazioni chimiche (che sono centinaia).
  3. La maggior parte delle fiamme produce cenere, che non è altro che particelle di carbonio di dimensioni tra i nanometri e i millimetri.
  4. Le cariche elettriche prodotte dalle fiamme hanno masse (pesi) che variano di decine di ordini di grandezza, tra elettroni e particelle di cenere – queste differenze di massa diventano differenze di velocità quando si applica un campo elettrico.
  5. Le cariche elettriche all’interno della fiamma cambiano in modo dinamico nel campo elettrico: per esempio una carica negativa si ricombinerà molto facilmente con una negativa specie se si trova in una zona dove ci sono molto cariche negative. Le particelle di cenere accumulano facilmente centinaia di cariche dall’ambiente circostante (caricamento da bombardamento) in presenza di un campo elettrico esterno.
  6. La distribuzione delle cariche all’interno della fiamma puo’ cambiare completamente l’intensità del campo elettrico.
  7. La matematica di una fiamma è descritta da un sistema di equazioni differenziali parziali impossibile da risolvere analiticamente.
  8. I programmi di simulazione delle fiamme non considerano mai la presenza di cariche o campi elettrici.

Alla luce di tutto questo si può immaginare che ci sono diversi meccanismi che avvengono contemporaneamente quando si applicano campi elettrici ad una fiamma.

Dopo quasi tre anni di lavoro abbiamo raggiunto un punto in cui crediamo di avere identificato i principali meccanismi che governano questa interazione tra le fiamme e i campi elettrici oscillanti.

 

È sicuramente troppo immaginare che i pompieri di domani vadano in giro solo con un genratore sulle spalle, abbandonando la manichetta. Siamo ancora agli stadi embrionali di questa ricerca. Stiamo cominciando solo adesso a fare esperimenti con l’obiettivo di valutare come questi effetti cambino con la dimensione della fiamma”.

 

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