Il barometro è uno strumento utilizzato per misurare la pressione atmosferica. È molto importante in meteorologia, in aviazione e in varie applicazioni scientifiche e ingegneristiche. A seconda del principio di funzionamento, esistono diversi tipi di barometri che verranno spiegati in seguito.

Il primo barometro della storia si deve a G. Berti (1600 - 1643) che nel 1640 usò un tubo di piombo lungo circa undici metri, posto in verticale, chiuso all'estremità superiore e riempito d'acqua che pescava su una vasca anch'essa contenente acqua. Il livello dell'acqua, appena il tubo veniva aperto nella parte inferiore immersa nell'acqua, scendeva a circa nove metri. Siccome nella parte superiore del tubo si veniva a creare un certo grado di vuoto, l'acqua aveva l'inconveniente di evaporare facilmente dando luogo ad una tensione di vapore saturo che faceva abbassare il livello nel tubo (detto livello invece avrebbe dovuto essere intorno ai dieci metri); inoltre vi si instauravano correnti convettive dovute alla differenza di temperatura tra l'acqua nella parte superiore del tubo e quella nella vasca.
Seguì il barometro ad acqua, sviluppato ufficialmente nel 1641 da Giovanni Battista Baliani.
Sicuramente lo strumento aveva già una grande diffusione in Europa nella seconda metà del Seicento grazie all'abilità raggiunta dai maestri vetrai.
Questo barometro oggi è conosciuto con il nome di barometro di Goethe, in quanto ne fu trovato uno nella camera dove morì il grande pensatore tedesco. Si tratta di uno strumento molto semplice ma infallibile nel funzionamento, sebben approssimativo nella lettura.
Torricelli (1608 - 1647) nel 1643 - 1644 sostituì l'acqua con il mercurio che ha i seguenti vantaggi: la sua densità di circa 13,54 volte quella dell'acqua permette che la lunghezza del tubo si limiti a circa un metro, la sua evaporazione è molto bassa e dunque la tensione di vapore che si ha nella zona superiore del tubo influenza poco la misura. Il livello del mercurio, una volta aperto il tubo nella parte immersa nella vaschetta si porta circa a 760 mm di altezza rispetto alla superficie del mercurio nella vaschetta in determinate condizioni di altitudine, latitudine e temperatura.
Il funzionamento del barometro di Torricelli (come quello di Berti) si basa sull'equilibrio tra la pressione esercitata dalla colonna di mercurio, presente nel tubo di vetro, sulla superficie interna al tubo a livello della superficie del mercurio nella vaschetta e la pressione atmosferica che agisce sulla superficie libera del mercurio nella vaschetta. Dunque la pressione p = d g h (dove d è la densità del mercurio, g è l'accelerazione di gravità locale, h è l'altezza raggiunta dal mercurio nel tubo rispetto alla superficie del mercurio nella vaschetta) è in equilibrio con quella esercitata dall'atmosfera sulla superficie del mercurio contenuto nella vaschetta.
Nel barometro di Torricelli il livello del mercurio nella vaschetta, preso come riferimento per le misure di altezza della colonna, varia dunque a seconda della pressione atmosferica, poiché quando la pressione atmosferica è alta spinge maggiore quantità di mercurio nel tubo e il livello in esso sale, ma scende nella vaschetta; viceversa, quando è la pressione è bassa il livello nel tubo scende riversandosi nella vaschetta.

L'oggetto è composto da un'ampolla di vetro, chiusa nella parte superiore, contenente del liquido, generalmente dell'acqua colorata, collegata attraverso il principio dei vasi comunicanti ad un tubicino sempre di vetro. Al variare della pressione atmosferica viene a crearsi una pressione, o una depressione, sul liquido contenuto nel tubicino di vetro (aperto alla sua sommità); variazioni atmosferiche che portano ad un innalzamento (bassa pressione) o un abbassamento (alta pressione) del livello del liquido ivi contenuto.

Barometro ad acqua. Immagine da Pinterest

Evangelista Torricelli che realizzò il suo barometro nel 1643. Esso è costituito da un tubo a fondo chiuso, lungo un metro, che viene riempito di mercurio e rivoltato poi con il lato aperto verso il basso in una vaschetta contenente mercurio.
La colonna di mercurio tende a scendere nella vaschetta lasciando il “vuoto di Torricelli” dietro di sé. Sulla parte inferiore della colonna, in corrispondenza della superficie del mercurio contenuto nella vaschetta, agisce però la pressione atmosferica che tende a spingere verso l'alto la colonna. Quando la colonna di mercurio che scende ha raggiunto un'altezza tale che la pressione esercitata sulla base controbilancia perfettamente la pressione atmosferica, allora la discesa si interrompe.
Misurando l'altezza della colonna si può misurare la pressione atmosferica.
Per questo motivo la pressione è stata storicamente a lungo indicata in millimetri di mercurio (mmHg) e molti barometri a mercurio ancora ne riportano la scala, anche se attualmente la misura corretta nel sistema internazionale è il pascal. La pressione atmosferica si misura quindi in ettopascal (hPa), multiplo del pascal, corrispondente, quanto al valore, al millibar (mb), unità di misura precedentemente accettata a livello internazionale (1 hPa = 100 Pa = 1 mb). La pressione atmosferica media al livello del mare non è esattamente 1 bar, ma corrisponde a 1,01325 bar (o 1013,25 millibar/ettopascal), che è il valore di una atmosfera standard.
Questo tipo di barometro è molto preciso ed accurato, ma è difficilmente trasportabile, ingombrante, e potenzialmente pericoloso per le caratteristiche di tossicità e di inquinamento del mercurio. Qui puoi trovare ulteriori informazioni riguardo il barometro di Torricelli.
Nota riguardante la figura sotto: nella parte superiore del tubo dove termina il mercurio, non vi è un vuoto assoluto ma piuttosto la presenza di vapore di mercurio associato a una debolissima pressione residua. Tutto ciò è detto: “vuoto di Torricelli”.
Questo tipo di barometro è molto preciso ed accurato, ma è difficilmente trasportabile, ingombrante, e potenzialmente pericoloso per le caratteristiche di tossicità e di inquinamento del mercurio. Qui puoi trovare ulteriori informazioni riguardo il barometro di Torricelli.

Barometro di Torricelli. Immagine da Ingdemurtas

Immagine Lab2Go

Immagine da Ingdemurtas

Il barometro di Fortin è un’evoluzione del Tubo di Torricelli. Esso è costituito da una canna di vetro, lunga circa 1 metro, che pesca in una vaschetta che ha il fondo di pelle di daino riempita di mercurio, il cui livello si può variare per mezzo di una vite. Il tubo barometrico pesca nella vaschetta attraverso un foro nel coperchio della vaschetta ed è fissato su una scala graduata il cui zero corrisponde alla “piramide” di settaggio del livello. Quando il pelo libero del mercurio sfiora la punta conica rivolta verso il basso lo strumento è tarato. La lettura è agevolata da un nonio, ma per avere una buona precisione nella misura bisogna apportare (a meno che non si conosca con precisione l`accelerazione di gravità locale) correzioni gravimetriche dovute all`altezza rispetto al livello del mare medio, correzioni gravimetriche dovute alla latitudine; inoltre bisogna apportare correzioni dovute alla temperatura che influenza il volume del mercurio, ciò spiega la presenza del termometro. Per fare le letture occorre che il barometro sia verticale: esso viene perciò appeso ad un gancio e viene bloccato nella posizione assunta per gravità mediante tre viti.
Si legge dunque la temperatura sul termometro annesso al barometro, si porta il livello del mercurio a sfiorare la punta di avorio manovrando la vite. Successivamente, agendo sulla manopola, si porta il bordo inferiore del nonio a collimare col piano orizzontale tangente al vertice del menisco della colonna di mercurio. Si legge l’altezza barometrica in torr e in millibar e infine si corregge la lettura per tener conto sia della depressione capillare che delle variazioni di temperatura rispetto ai valori a cui le scale sono tarate. Attraverso un nonio decimale scorrevole lungo il tubo barometrico, è possibile fare letture con approssimazioni di 1/10 di mm, corrispondente a 1.33 Pa o di 1/20 di mm se il nonio è ventesimale come in certi esemplari.

Il barometro metallico, inventato nel 1843 dal francese Lucien Vidi, offre un'alternativa più pratica ed economica rispetto al barometro a mercurio, ma a scapito di accuratezza e precisione. Quando l'elemento sensibile è costituito da un cilindro appiattito in cui è stato praticato il vuoto, si parla di un barometro olosterico. Le ampie basi sono corrugate in modo da presentare un'ampia escursione per effetto della pressione atmosferica agente su di esse. Un sistema di leve ed ingranaggi trasmettono questo movimento ad un indice che visualizza la pressione su una scala graduata. Se il barometro è costituito da un tubo di forma quasi circolare a sezione lenticolare, con un sistema di leve e ingranaggi, si ha il barometro Bourdon. Quando è soggetto ad un aumento di pressione il tubo tende a raddrizzarsi, muovendo, con il sistema suddetto, l'ago indicatore su una scala tarata.

Barometro olosterico. Immagine da Ajaxscientific

Barometro aneroide. Immagine da Igmi

Il barometro aneroide si compone di:

• Capsula aneroide: una piccola “scatoletta” metallica corrugata, parzialmente evacuata. Se la pressione esterna aumenta, la schiaccia; se diminuisce, si espande.

• Molle e leve: linearizzano e amplificano lo spostamento (alcuni modelli hanno una molla a spirale per riportare).

• Compensazione termica: lamelle bimetalliche riducono l’errore dovuto alla temperatura (metalli si dilatano).

• Lancetta e quadrante: scala tipica 960–1060 hPa; spesso una lancetta di riferimento (trascinabile) per segnare la lettura precedente.

• Vis (vite) di taratura: permette di allineare lo strumento a un valore noto.

Questo strumento funziona perchè la capsula “sente” la forza dell’aria: più aria sopra di noi ⇒ più pressione ⇒ capsula più compressa. Tutto avviene con spostamenti piccolissimi, perciò la meccanica deve essere molto scorrevole: ecco perché, a volte, il classico “colpetto” sul vetro stabilizza la lettura (riduce l’attrito statico dei leveraggi).

Altri tipi di barometro sono il barografo e il barometro elettronico a cella di carico.