Descrizione e funzionamento
Il bollitore di Franklin di vetro è formato da due sfere cave, unite da un tubicino, in cui l'aria è molto rarefatta.
Al loro interno vi è alcol colorato e, a temperatura ambiente, la pressione del vapore è tale che alle molecole di liquido che evaporano dalla superficie del liquido corrisponde, in media, un egual numero di molecole che rientrano nella superficie. Il vapore e il liquido sono in equilibrio dinamico.
L'evaporazione di un liquido avviene quando alcune sue molecole lasciano la sua superficie; esso bolle quando tutto il liquido diventa superficie di evaporazione e dunque al suo interno si formano le tipiche bolle di vapore. Queste, essendo meno dense del liquido, si spostano verso la superficie. L'ebollizione del liquido avviene quando la tensione del suo vapore saturo eguaglia la pressione cui è sottoposto. L'alcol alla pressione atmosferica standard di 101,3 kPa bolle a 78,4 °C; l'etere bolle a 34,0 °C. In fase di costruzione dell'oggetto si è fatto bollire il liquido per far fuoriuscire l'aria e, subito dopo, si è saldato il vetro là dove si vede la piccola appendice.
Dunque al suo interno sono presenti il liquido e il suo vapore in equilibrio dinamico, come si è già detto.
In queste condizioni il liquido è soggetto alla pressione del suo vapore saturo che alla temperatura ambiente è piccolo. Ma se si riscalda con una mano una delle due estremità, il liquido inizia a bollire e a spostarsi dall'altra parte lungo il tubo. Questo accade perché nella parte che riceve calore si genera vapore che spinge via il liquido in ebollizione, mentre lungo il tubo e nella parte opposta il vapore condensa di nuovo.
Se si continua a tenere la mano sulla cavità, fornendo ulteriore calore, il liquido trasferito dall'altra parte inizia a bollire. Tale esperienza si può fare sia tenendo l'apparecchio in orizzontale sia in verticale.\\Un'altra dimostrazione consiste nel confrontare le temperature delle mani di due diverse persone: colui che ha la mano a temperatura più alta provoca lo spostamento del liquido verso la mano più fredda dell'altra persona.
L'uso didattico prevalente di questi dispositivi è per mostrare in modo rapido e semplice che un liquido può bollire anche a temperatura ambiente, e quindi insistere sull'influenza della pressione sulla temperatura di ebollizione.
Cenni storici
Il bollitore di Benjamin Franklin (1706-1790) è una variante dei primi termoscopi ad aria. V. Viviani (1622-1703), nella sua opera sulla vita di Galilei (1564-1642), afferma che il termoscopio fu ideato dal fisico pisano durante il periodo padovano, attorno al 1597. La sua testimonianza è confermata da B. Castelli in una lettera a F. Cesarini del 20 settembre 1638, nella quale descrive l'uso dello strumento.