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Come accennato già in precedenza, è noto a tutti che il passaggio di fase liquido-vapore avviene a qualunque temperatura compresa in un intervallo più o meno ampio, a seconda del fluido. Avevo già ricordato che l’evidenza mostra che una pozzanghera dopo la pioggia, il pavimento bagnato ed il bucato steso, si asciugano senza che si raggiungano temperature particolarmente elevate (a temperatura ambiente).
Per comprendere questo fenomeno, e quindi capire come si comportano al riguardo i fluidi di nostro interesse in questo forum (acqua, PG. VG e mettiamoci anche la nicotina), è necessario chiarire brevi concetti, che alcuni di voi già conoscono. Ma perdonate se la prendo alla lontana, ma serve per far capire a tutti.
Ogni sostanza ha una “curva di saturazione” che definisce il legame fra la temperatura e la pressione a cui si può avere l’equilibrio liquido-vapore. Ad esempio, per l’acqua tutti sappiamo che a pressione ambiente (livello del mare) è necessaria portarla a 100°C per farla bollire, Quindi il punto 1 bar – 100°C è un punto della curva di saturazione. A Città del Messico (per dire ad una quota di 2200 m) la pressione atmosferica è inferiore (0,78 bar) e l’acqua bolle a 93 °C (si mangia prima ma la pasta viene uno schifo!). Comunque questo è un altro punto della curva di saturazione. Per l’acqua, fra 0°C e 374 °C esiste dunque un legame preciso fra pressione e temperatura alla quale si ha il passaggio di stato. Nella figura 1 allegata c’è la curva di saturazione dell’acqua.
La pressione atmosferica (che è il “peso dei circa 12 km di aria che abbiamo sulla testa) è in realtà data dal contributo dei diversi gas e vapori contenuti nell’aria stessa.
Consideriamo per semplicità che l’aria atmosferica sia composta da aria secca (miscela di ossigeno, azoto CO2 e altri gas in tracce) e vapor d’acqua (quello che ne caratterizza l’umidità).
Ognuno di questi componenti contribuisce con una pressione “parziale” e la somma di queste pressioni parziali è la pressione totale (atmosferica). Questa è, in breve la legge di Dalton. La pressione parziale dipende dalla “quantità” di ciascun gas presente, per cui se la pressione totale è fissa ad 1 bar, maggiore è il quantitativo di vapore presente, maggiore sarà la sua pressione parziale e minore sarà la pressione parziale dell’aria secca, perché la somma deve dare sempre 1.
Ma, fissata una certa temperatura dell’aria, non può esserci un quantitativo di vapore a piacere.
Ci sarà un valore massimo che non si può superare e questo valore è la pressione di saturazione del vapore a quella temperatura (vedi curva di saturazione dell'acqua). Se immettessi altro vapore nell’aria, aumenta la pressione parziale del vapore, ma una volta raggiunta la pressione di saturazione il vapore in più condensa (e piove…!) perché la pressione parziale non può superare quella di saturazione.
Quindi, guardando il grafico dell’allegato 1 (relativo a l'acqua fra 0°C e 100°C), in tutte le condizioni al di sopra della curva di saturazione può esistere solo LIQUIDO, al di sotto della curva solo VAPORE. Sulla curva possono esistere liquido e vapore insieme.
Prendiamo ora una pentola piena d’acqua a 20°C. Sopra la superficie dell’acqua c’è aria (immaginiamo “secca”) con una pressione atmosferica (e parziale) di 1 bar.
La massa liquida “sente” all’interno la pressione di 1 bar e poiché si trova a 20°C non bolle.
Ma l’acqua che sta in superficie si "accorge" che la pressione parziale del vapore nell’aria è nulla (nell’aria non c’è ancora vapore) mentre l’acqua sulla superficie è come se fosse alla pressione parziale pari a quella di saturazione a 20°C (0,023 bar). Questa “differenza di pressione” 0,023 – 0 bar è una “spinta” per le molecole d’acqua sulla superficie che passano in fase vapore (i fluidi si muovono perché c’è una differenza di pressione).
Il vapore “prodotto” per evaporazione si ferma poco distante dalla superficie e comincia ad aumentare la pressione parziale del vapore. Quindi, proseguendo l’evaporazione superficiale, la “spinta” comincia a diminuire e la produzione di vapore rallenta. Quando la quantità di vapore nell’aria sovrastante raggiunge la pressione parziale di 0,023 bar (la pressione di saturazione a 20°C) la spinta si annulla e l’evaporazione si interrompe.
Cosa posso fare per far proseguire l’evaporazione?
1) Soffiare sopra la superficie del liquido mandando via il vapore e sostituendolo con aria di nuovo secca, per ristabilire la “spinta”. (Col vento i panni si asciugano prima!).
2) Riscaldare l’acqua a 30°C: la pressione di saturazione diventa maggiore (0,042 bar) e finchè non raggiungo nuovamente questa pressione parziale l’evaporazione prosegue, man mano sempre più lentamente. Quando raggiungo i 100°C, tutto il liquido, anche quello sottostante la superficie (che “sentiva” sempre una pressione di 1 bar), si accorge che può cambiare di fase ed inizia l’ebollizione, con produzione di vapore enormemente maggiore e continua.
L’evaporazione è dunque un fenomeno superficiale e la quantità e velocità dell’evaporazione dipende dall’estensione della superficie di contatto aria-liquido e della ormai famosa “spinta” (differenza fra la pressione di saturazione alla temperatura del sistema e la pressione parziale del vapore nell’aria sovrastante). L’ebollizione di massa invece fornisce notevoli quantità di vapore molto velocemente, se trasferisco sufficienti quantità di energia
Chiarito (spero) questo (altre mille conseguenze le potete tirare fuori da soli: perché d’inverno fate nuvole dalla bocca, perché, soprattutto d’inverno, se sudate sembra che “fumate”, perché i panni si asciugano più lentamente quando l’aria è più umida, etc. etc), immaginiamo di alimentare la nostra e-cig con acqua.
Aspirando aria, ipotizziamo di trovarci sempre nella posizione più favorevole cioè che sulla superficie dell’acqua non c’è vapore (quello che si produce viene comopletamente e immediatamente aspirato) e la “spinta” è sempre massima, legata alla pressione di saturazione dell’acqua in base alla temperatura raggiunta. Se porto l’acqua nell’atom a 50°C, si avrà una minima evaporazione (la superficie di evaporazione è molto piccola e la “spinta” è molto piccola. A 99°C avrò un po’ più di evaporazione (una “spinta” più grande) ma tutti siamo d’accordo che neanche ce ne accorgiamo del vapore che si produce in questa fase. Solo se raggiungiamo i 100°C (con al resistenza che starà ad una temperatura più alta) vaporizziamo seriamente l’acqua e cominciamo a fare “nuvolette” più o meno striminzite. Anche perché, abbiamo visto in una precedente puntata, l’acqua “assorbe” grandi quantità di energia per passare in fase vapore.
Ma allora usiamo il VG, il PG o qualche altra diavoleria che fa un bel nuvolone! Magari consumando meno energia!
Ma fa lo stesso nuvolone a 100°C?
Dipende dalla curva di saturazione del PG o del VG. Se a una certa temperatura c’è una bella “spinta” allora farà un nuvolone. Ma c’è questa “super-spinta”? 
Guardate adesso l’allegato 2, in cui ci sono le curve di saturazione di PG, VG, acqua e nicotina, fra 0° e 300 °C.
Fino a circa 150°C circa il VG praticamente non evapora superficialmente (o meglio l’evaporazione si arresta prestissimo ed è molto lenta). Il PG comincia a fare qualcosa dopo i 100°C.
Vogliamo i “nuvoloni”? Cominciamo a far “bollire” qualcosa.
Traetene voi tutte le conclusioni che volete, se non vi ho fatto addormentare
ho cercato di darvi qualche base per pensare
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