Scintilla

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La scintilla è un particolare effetto luminoso che corrisponde alla creazione di una "scia luminosa" che si genera e scompare in tempi brevissimi.

Classificazione delle scintille[modifica | modifica wikitesto]

Esistono diverse tipologie di scintille, che si differenziano principalmente per le caratteristiche geometriche della scia luminosa prodotta e per il fenomeno fisico o chimico da cui hanno origine.

Le tipologie di scintille più comuni sono:

  • scintille generate da fenomeni chimici;
  • scintille trasportate dai fumi di combustione;
  • scintille elettriche o elettrostatiche;
  • scintille generate da fenomeni ottici.

Scintille generate da fenomeni chimici[modifica | modifica wikitesto]

Appartengono a tale categoria:

  • le scintille che hanno origine da sfregamento di un materiale metallico (metallo o lega metallica) contro una superficie ruvida (ad esempio durante le operazioni di taglio dei metalli o durante l'accensione di un accendino);
  • le scintille prodotte durante le operazioni di saldatura;
  • scintille prodotte durante le operazioni di decarburazione dei metalli (ad esempio tramite convertitore Bessemer);
  • le scintille prodotte dalla combustione di polvere pirica (ad esempio nei millestelle).

In questo caso le scintille sono causate dallo svolgimento di reazioni chimiche particolarmente veloci.

Spiegazione del fenomeno[modifica | modifica wikitesto]

Talvolta, quando un metallo reagisce a contatto con l'ossigeno presente nell'aria, la reazione chimica in questione avviene coinvolgendo solo le entità molecolari (ad esempio molecole, atomi o ioni) che costituiscono la parte più esterna del pezzo solido.

Ciò è dovuto al fatto che sulla superficie esterna del pezzo si crea un film esterno di materiale reagito, mentre nel bulk del solido il materiale rimane non reagito, in quanto la presenza del film esterno ostacola la diffusione dell'ossigeno verso il bulk del materiale. Tale ricopertura di un film protettivo di materiale ossidato è detta "passivazione".

Durante lo sfregamento, la parte più esterna del materiale (costituita dal film passivante) viene rimossa, per cui il bulk del materiale ha modo di reagire con l'ossigeno dell'aria. Essendo tale reazione fortemente esotermica, si ha un'"esplosione" microscopica, per cui alcune minuscole schegge metalliche diventano incandescenti a causa dell'elevato aumento di temperatura locale e vengono proiettate ad elevata velocità.

Caratteristiche geometriche[modifica | modifica wikitesto]

Le scintille di questa tipologia sono caratterizzate da percorsi luminosi rettilinei o parabolici più o meno brevi (compatibilmente con l'effetto della forza di gravità agente sulle particelle).

Osservando i percorsi luminosi di tali scintille, si nota che talvolta ad un certo punto i percorsi delle scintille si suddividono in più linee rette, come se "esplodessero" dopo avere percorso il primo tratto, in maniera analoga a quanto succede per i giochi d'artificio; la causa di tali "ramificazioni" dei percorsi luminosi è la presenza di carbonio nelle particelle:[1] esso si trasforma in gas ed espandendosi esercita un'elevata pressione all'interno delle particelle, che ad un certo punto esplodono suddividendosi in più frammenti.[1]

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Alcuni percorsi luminosi osservabili durante una prova alla scintilla.

Le scintille spesso si utilizzano come fonte di innesco, cioè per iniziare il fenomeno della combustione. La possibilità di produrre scintille urtando rocce dure come selce e pirite era nota fin dal paleolitico agli ominidi che se ne servivano per accendere il fuoco.

Più tardi ,dal diciassettesimo secolo, le scintille vennero usate negli accendini nei quali si ha la produzione di scintille per sfregamento della pietra focaia, quindi tali scintille fungono da innesco per la combustione del gas infiammabile che fuoriesce dal serbatoio dell'accendino attraverso una valvola.

La presenza di ramificazioni nelle scintille è una caratteristica della natura delle scintille, così come il loro colore, per cui le scintille possono essere studiate per determinare la natura chimica di un materiale, in maniera analoga a quanto succede per i saggi alla fiamma; il test di caratterizzazione dei materiali a partire dalle scintille è detto "prova alla scintilla"[1] e a causa dell'esigua quantità di materiale asportato è considerata un controllo non distruttivo.[2]

Rischi per la sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

Le scintille, fungendo da innesco, comportano particolari rischi per la sicurezza. Infatti gli incendi sono conseguenza della presenza di un innesco, un combustibile (ad esempio idrocarburi) e un comburente (ad esempio ossigeno). Tali tre elementi sono indicati nel cosiddetto "triangolo del fuoco".

Rischi per la salute[modifica | modifica wikitesto]

scintille generate dalla saldatura

Trattandosi di schegge di materiali a elevata velocità e temperatura, le scintille possono causare danni all'apparato visivo. Per tale motivo i saldatori indossano opportuni dispositivi di protezione individuale (caschi, maschere o occhiali) per proteggere gli occhi dalle scintille prodotte durante le operazioni di saldatura.

Scintille trasportate dai fumi di combustione[modifica | modifica wikitesto]

Scintille ottenute durante una combustione

Le reazioni di combustione sono processi esotermici, cioè producono calore. Per tale motivo durante una combustione i gas combusti hanno una temperatura maggiore rispetto all'aria circostante, per cui si ha la formazione di moti convettivi associati all'innalzamento di tali fumi caldi. Durante la loro ascesa, i fumi possono trasportare con se alcune particelle di ceneri incandescenti prodotte dalla combustione, che durante la loro risalita formano delle scie luminose le cui caratteristiche geometriche dipendono dal particolare regime fluidodinamico. In particolare la velocità di ascesa delle particelle incandescenti è associata alla velocità di ascesa dei fumi di combustione e le loro traiettorie diventano sempre più vorticose all'aumentare della turbolenza del fluido (cioè all'aumentare del numero di Reynolds).

Durante la risalita, le minuscole particelle incandescenti che producono le scintille continuano a bruciare finché la particella non termina la propria combustione e si spegne lentamente.

Le scintille così prodotte rispetto alle scintille di natura chimica o elettrica hanno in genere una minore luminosità e traiettoria più curvilinee.

Inoltre le scintille appartenenti a tale tipologia possono fungere da innesco come le scintille generate da fenomeni chimici e le scintille elettriche, ma siccome derivano da una combustione già in atto, il loro effetto è piuttosto quello di propagare la combustione.

Dispositivi di protezione dalle scintille trasportate dai fumi di combustione[modifica | modifica wikitesto]

Scintille elettriche[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi scintilla elettrica.
Esempio di scintilla elettrica: in questo caso la scintilla si instaura tra due punti a potenziale elettrico differente.

La scintilla elettrica e la scintilla generata da particelle incandescenti sono fenomeni molto differenti tra loro, sia per quanto riguarda la causa del fenomeno sia per quanto riguarda la geometria dell'effetto luminoso. Infatti:

  • le scintille elettriche sono causate da una differenza di potenziale elettrico esistente tra coppie di punti, quindi il fascio di luce prodotta attraversa dei "canali" (dalla geometria lineare o ramificata) che congiungono tali coppie di punti; le scintille elettriche non sono quindi fenomeni di natura chimica, bensì elettrica;
  • nelle scintille prodotte da particelle incandescenti il fascio di luce proviene invece dalla superficie delle singole particelle; la "scia luminosa" che accompagna tali scintille in realtà è un effetto ottico dovuto al fenomeno di permanenza della luce nella retina (o nel caso delle foto è dovuto ad un tempo di chiusura dell'otturatore elevato); le scintille di questo tipo sono fenomeni chimico-fisici.

Inoltre le scintille elettriche si manifestano in genere in tempi molto più brevi (intorno al millisecondo).

Scintille generate da fenomeni ottici[modifica | modifica wikitesto]

Appartengono a tale tipologia le scintille che derivano da fenomeni di riflessione della luce. Le scintille di tale tipologia hanno una geometria "a raggiera".

Sono esempi di questo tipo le scintille dei diamanti e le scintille che si formano sulle increspature del mare a causa del riflesso della luce solare.

Tale tipologia di scintilla, trattandosi semplicemente di un fenomeno ottico, non comporta in genere elevati rischi per la sicurezza (a parte l'eventuale abbagliamento che dipende dall'intensità della luce trasmessa) e non funge da innesco.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b c Buccino, op. cit., pp. 11-12
  2. ^ Ullmann's, op. cit.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]