Denis Papin

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Denis Papin (Chitenay, 22 agosto 1647 – Londra, 1712) fu avviato dalla famiglia agli studi di medicina, ben presto però, seguendo la propria inclinazione, Papin si diede ad esperienze di fisica e di meccanica, essendone anche incoraggiato da Huygens che in quell’epoca si era trasferito a Parigi per invito del ministro Colbert. Trasferitosi in Inghilterra, Papin incontrò Robert Boyle che si associò ai suoi lavori.

I due fisici compirono una lunga serie di esperienze sull’evoluzione dell’acqua, esperienze che ispirarono Papin nella sua famosa idea della “pentola” che lui fece conoscere soltanto nel 1681. In  realtà il fisico francese era ben lontano dal prevedere gli sviluppi successivi che avrebbe avuto quel recipiente robusto, chiuso ermeticamente per la cottura delle carni con bassa spesa. Il fatto di aver dotato la propria pentola di una valvola di sicurezza allo scopo di evitare possibili esplosioni, valvola che consisteva in un foro praticato nella parte superiore del dispositivo cui era connesso una specie di tappo chiuso da una resistenza a leva su cui scorreva un peso, costituì un fatto di grande importanza nell’evoluzione successiva delle esperienze, 17 anni più tardi infatti, Papin applicò la stessa valvola di sicurezza su una caldaia a vapore. Nel frattempo un idea aveva di continuo occupato la sua mente: costruire un motore universale che utilizzasse la forza espansiva. All’inizio egli credeva di aver risolto il problema mediante un meccanismo che agiva in virtù della pressione atmosferica: in un cilindro verticale, aperto superiormente, scorreva uno stantuffo che precipitava fino in fondo quando, attraverso una macchina pneumatica, si estraeva l’aria contenuta nella parte inferiore del cilindro. Il moto contrario era ottenuto mediante l’azione di un contrappeso. Aprendo un rubinetto per immettere l’aria, Papin otteneva un movimento di andata e ritorno abbastanza rapido mentre faceva azionare la macchina pneumatica per mezzo di una cascata d’acqua.

Nel 1687, quando cercò di sperimentare questa macchina davanti a una società di Londra, alcune imperfezioni causarono un funzionamento irregolare e causarono il primo insuccesso. In seguito si stabilì a Marburgo.

Avendo ripreso le esperienze intorno al primo congegno a pressione atmosferica, Papin notò che, invece di produrre il vuoto attraverso una macchina pneumatica, poteva ottenere lo stesso effetto introducendo vapore acqueo nella parte inferiore del cilindro; questo vapore alla temperatura di 100°C è dotato di una forza espansiva pari a quella dell’aria e che, se raffreddato improvvisamente, perde ogni energia e si condensa in poche gocce. Papin fin da quando assisteva Huygens aveva potuto osservare vantaggi e difetti di un’altra macchina creata nel 1687 dall’abate Hautefeuille.

Questo apparecchio si componeva di un cilindro metallico all’interno del quale si muoveva uno stantuffo. Una corda connessa a una puleggia, era unita allo stantuffo da una parte, e dall’altra era posto un peso. Sul fondo del cilindro vi era un recipiente che conteneva la polvere pirica; nella parte superiore si trovavano 2 valvole che si aprivano dall’interno verso l’esterno. Quando la polvere pirica esplodeva, sviluppava una quantità di gas che permetteva di eliminare l’aria contenuta nel cilindro attraverso le 2 valvole. La pressione atmosferica che si esercitava sulla faccia superiore dello stantuffo non trovandosi equilibrata nella parte inferiore, a causa dell’aria molto rarefatta, obbligava lo stantuffo a scendere e quindi a sollevare il peso attaccato alla corda. Il principio di funzionamento era lo stesso della macchina precedente, cambiava soltanto il modo con cui avveniva la rarefazione dell’aria. La rarefazione però era insufficiente, poiché non si riusciva a eliminare tutta l’aria contenuta nel cilindro. Papin quindi iniziò a cercare un modo per eliminare tutta l’aria contenuta e ottenne tale scopo utilizzando vapore acqueo. Questo fu un modo efficace ed economico per sfruttare il vapore acqueo e permetteva di praticare il vuoto in grandi recipienti. Probabilmente quest’idea venne a Papin durante le esperienze con Roberto Boyle. Si era notato, infatti, che immergendo nell’acqua fredda un tubo pieno di vapore, l’acqua si innalzava come se fosse aspirata.

Papin riteneva che quest’apparecchio fosse destinato ad immediate applicazioni industriali, invece era soltanto un mezzo utile per dimostrare sperimentalmente  l’utilizzo il vapore acqueo come forza motrice. Purtroppo anche questa macchina di Papin finì per essere dimenticata come le precedenti: quella a doppia pompa pneumatica e quella a polvere. Papin in seguito abbandonò le ricerche a causa delle critiche imputategli dagli altri studiosi. Riprese le ricerche nel 1705 quando un suo amico gli inviò un disegno della macchina a vapore di Thomas Savery e lo invitò a studiare la macchina.

Il fisico francese capì che la sua macchina a vapore era un’imitazione della macchina di Savery; infatti si proponeva di impiegare la forza del vapore per innalzare l’acqua all’interno del tubo. Nel disegno della macchina si può notare che i particolari ricalcano i disegni dell’autore della prima macchina: la caldaia e il corpo di pompa sono uniti dalla valvola di sicurezza, valvola che fu costruita e applicata 27anni prima. Papin, per poter utilizzare questa macchina in modo universale, proponeva di convogliare l’acqua all’interno di un recipiente per ogni lato, dotato di rubinetto, da cui l’acqua poteva ricadere sulle pale di una ruota idraulica in modo da essere destinata alle varie applicazioni.

Bisogna sottolineare che Papin  nei suoi lavori mancava di spirito continuativo, infatti scopriva vari fenomeni senza intravedere un nesso tra di loro: stabiliva principi molto importanti ma non era in grado di comprenderne le immediate conseguenze.

Benché le macchine di Papin rivelassero grandi genialità, non trovarono mai applicazione come quelle di Savery che dopo qualche perfezionamento ottennero una certa rinomanza e per un certo tempo furono considerate le prime macchine a vapore del mondo.

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