STEP #25 - Cose personali

MEMENTO

In primo piano una piccola beuta dell'istituto tecnico in cui mi sono diplomato come perito chimico,  oltre a ricordarmi della spensieratezza di quel periodo simboleggia quello che per tutta la mia vita è stato il mio desiderio di diventare "uno scienziato". Dietro invece ciò che è rimasto di un goffo tentativo di effetture in casa l'elettrolisi...

UTENSILE

La casio fx-991EX è per me un utensile  indispensabile, mi accompagna quotidianamente da quando ho iniziato il mio percorso di studi al Politecnico di Torino, incarna perfettamente questo periodo della mia vita.

FETICCIO

Questo invece è lo statore di un motore elettrico ( nonchè un ottimo ferma carte), mi piace pensare un giorno sarà in grado di progettarne di simili!

 

 STEP #24 - Le parole nella storia

Un analisi della frequenza con cui alcuni termini, associati al misuratore di campo, ricorrono nelle pubblicazioni letterarie nel tempo, ci può essere d'aiuto per contestualizzare l'oggetto nella storia.

Tramite il sito Ngram Viewer è possibile  tracciare dei grafici che esprimono questa relazione:

"measure field"

(N.B. muovendo il cursore sul grafico è possibile interagire con esso)

 

 

 

"electromagnetism"

Possiamo notare come prima del 1820 la necessità di misurare il campo elettromagnetico sembra quasi del tutto assente, nonostante le notevoli scoperte sui fenomeni elettrici e magnetici avvenute nel XVIII secolo questi due tipi di forze saranno considerate scorrelate fra loro fino a quando Hans Christian Oersted dimostrerà che questi sono fortemente legati tra loro.

Da allora possiamo notare un altro picco tra il 1845- 1865, anni in cui Maxwell elaborerà le sue teorie sull'elettromagnetismo.

Per via della diffusione di sistemi di comunicazione quali la radio e la televisione l'utilizzo di questi termini aumenterà rapidamente nel XX secolo, con il suo picco massimo nel 1986 molto probabilmente la necessità di  misurare il campo elettromagnetico aumentò in seguito al disastro di Chernobyl.

Bibbliografia:

https://www.britannica.com/science/electromagnetism/Faradays-discovery-of-electric-induction

https://www.aps.org/publications/apsnews/200807/physicshistory.cfm 

https://en.wikipedia.org/wiki/Chernobyl_disaster

 

 

 

 STEP #23 - La normativa

 

Per quanto riguarda gli strumenti utilizzati per la rilevazione e la misurazione dei campi elettromagnetici vigono le seguenti normative a livello europeo:

•  CEI 211-6

•  CEI 211-7

Queste normative non si limitano a fornire un elenco di caratteristiche standard entro cui lo strumento deve poter operare, esse :

-definiscono la terminologia;

- descrivono le caratteristiche generali dei campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici;

-descrivono le principali sorgenti;

- identificano le specifiche per i misuratori di campi, richiamando i principi generali di funzionamento degli strumenti;

-indicano i metodi di taratura;

-definiscono le prescrizioni relative all’incertezza degli strumenti;

-descrivono i metodi di misura che permettono di raggiungere gli obiettivi richiesti relativamente all’esposizione umana.

 

 

Bibbliografia:

 

https://www.portaleagentifisici.it/faq.php? id=19

 

 

 STEP #22 - Un manuale d'uso

 I misuratori di campo si sono evoluti molto dalla loro prima apparizione agli inizi del XX secolo, ma in che modo è possibile effettuare delle misurazioni con uno di questi dispositivi?

Di seguito un piccolo manuale d'uso per lo strumento( facendo riferimento al modello EMF450 della Extech) :

(1) Orientare correttamente lo strumento rispetto alla posizione del sensore, facendo bene attenzione a reggere lo strumento dal fondo (in modo da non coprire il sensore).

(2) Puntare lo strumento alla sorgente di cui si vuole misurare l'energia emessa.

(3) Premere il pulsante per la cattura dei dati, mantenendo in posizione fissa il dispositivo durante la misurazione

 (4) Una effettuata la lettura i valori saranno visibili fino a quanto non verrà premuto nuovamente il pulsante per l'acquisizione dei dati.

(5) Effettuare più misurazioni  da diverse angolazioni per ottenere un valore più attendibile della misura.

(6)Tenere premuto il pulsante di accensione per 3 secondi per spegnere il dispositivo.

 

Bibbliografia:

 EMF450 ( pdf )

 

 STEP #21 - Nei fumetti

(Gardner Fox,   "The inside story of the Outsider!",  in Detective Comics #328, DC comics 1943)

In questo fumetto raffigurante le avventure del duo Batman e Robin, i due eroi investigano al fine di smascherare "The Outsider" un perfido antagonista con la capacità di controllare oggetti inanimati tramite una radiazione misteriosa, riuscendo a trafugare alcuni dei suddetti oggetti i due protagonisti si apprestano a studiare la radiazione elettromagnetica che questi emettono, tramite quello che sembra proprio un misuratore di campo, al fine di smascherarlo.

 STEP #20 - Il marchio

La wavecontrol è uno dei marchi più associati alla produzione di strumenti dediti alla misura del campo elettromagnetico.

 Analisi del marchio:

 analizzando il logo stesso della compagnia è possibile infatti notare:

La prima lettera del logo altro non è che una rapresentazione stilizzata di un onda sinusoidale, il campo elettromagnetico misurato dai misuratori di campo prodotti dall'azienda può di fatto essere descritto come la combinazione lineare di onde sinusoidali funzione del tempo e dello spazio

bibbliografia:

https://www.wavecontrol.com/rfsafety/en 

STEP #19 - L'abecedario

 STEP #19 - L'abbecedario

 A-Amplificatore Operazionale

B - Batteria

C-Couloumb

(Unità di misura della carica elettrica che genera i campi elettromagnetici)

D- Display Digitale

 

(Permette la lettura dei valori nelle versioni più recenti dello strumento)

E- Elettrodo
F- Faraday-Henry 

(Legge di Maxwell che definisce l'induzione elettromagnetica, il principio che garantisce il funzionamento dello strumento)

G-Gunn Ross

(Inventore )

 H-Hertz 

(Unità di misura della frequenza di oscillazione di un campo elettromagnetico)
I-Induzione
L-Litio 

(Elemento chimico  che costituisce le batterie dei moderni misuratori di campo portatili,permettendo ai modelli recenti di avere un autonomia migliore)
M-Microchip

N- NPN 

(è il tipo principale di transistor bipolari usati in un amplificatore operazionale, e di conseguenze nel misuratore di campo)
O- Onda (Modello matematico della propagazione di campi elettromagnetici )

 

P-Potenziale Elettrico
Q- Quanto 

(quantità elementare discreta di energia associata a un campo di forze)
R-Radiazione
S-Silicio

 ( costituice i microchip che compongono lo strumento)
T-Televisione

 

(Uno degli impieghi più comuni di un misuratore di campo è l'istallazione di apparati per la ricezione televisiva)
 

U-Ultravioletto

(Banda dello spettro elettromagnetico con lunghezza d'onda compresa tra 10 to 400 nm) 

V-Volt/metro

 (unità di misura del campo elettrico)
Z-  Zero assoluto

 

 STEP #17 - I brevetti

 

US2820947A - Anno 1955 (Ross Gunn)

Si tratta di uno dei primi brevetti reperibili di misuratore di campo, questa versione in particolare è costruita in modo da poter effettuare misure attendibili anche in caso di condizioni atmosferiche particolarmente sfavorevoli. Molto interessante come in questa versione dei primi anni 50 siano assente l'amplificatore operazionale, dispositivo alla base del funzionamento dei modelli più moderni.

US3873919A - Anno 1974 ( Robert E Vosteen )

 Questa versione più recente dello strumento presenta due grandi novità rispetto alla precedente, l'impiego di un amplificatore operazionale permette allo strumento di ridurre notevolmente le sue dimensioni, infatti questo è un modello portatile dello strumento.

CN106154061A- Anno 2015 ( 陈爱明,  周林, 付永长 , 周静,邓华, 赵俊 ,丁晓明, 李希胜,吕振)

Purtroppo questo brevetto non contiene immagini di alcun tipo, questa versione più moderna afferma di avere le seguenti funzionalità aggiuntive rispetto ai modelli precedenti:

• presenza di un allarme acustico quando l'intensità eccede  una determinata intensità  
• Dimensioni ridotte dello strumento
• Consumi energetici estremamente ridotti
• Alta sensibilità

 STEP #16 - Anatomie

 

 (In questo video è possibile assistere al disassemblamento di un vecchio modello di un misuratore di campo)

 (Fotogramma estratto dal video)

(Disegno "Esploso" raffigurante le principali componenti di un misuratore di campo)

 

Bibbliografia:

 

https://www.youtube.com/watch?v=WOYFwUkSs4k 

 Brevetto di un misuratore di campo

 STEP #15 - I numeri

 

La costante dielettrica del vuoto

 

 

La costante di permeabilità magnetica nel vuoto

 

 

Il modello di uno dei primi misuratori di campo commerciali

 

 

Prezzo medio di un moderno misuratore di campo  

 

4

Coordinate necessarie per descrivere il valore di un campo elettromagnetico in un punto dello spazio e del tempo

1955

Anno in cui Ross Gunn deposita il brevetto del suo misuratore di campo.

 STEP #14 - La tassonomia

 La pubblicità (STEP 13):

 Una pubblicità contemporanea di un moderno misuratore di campo prodotto dalla wavecontrol.

 

 

 

 

Misuratore di campo nel cinema... (STEP 12)

Il misuratore di campo è stato di ispirazione per la creazione del P.K.E. Meter , uno strumento fantascientifico apparso molteplici volte nella serie cinematografica riguardante le avventure dei  Ghostbusters. Questo speciale misuratore di campo  permetteva ai cacciatori di fenomeni paranormali di rilevare i campo elettromagnetici generati dalla presenza di entità paranormali.

 

 

 

Ecco qui una delle scene in cui lo strumento compare.

 STEP #11 - I costruttori

 Simpson Electric Company

 

La Simpson Electric Company viene fondata da  Ray Simpson nel 1927, quando la compagnia produsse il dispositivo che rese possibile a Charles Lindbergh di orientarsi durante  il primo volo sorvolando l'Atlantico. In seguito la compagnia si specializzo nella produzione di strumenti per la misura di precisione (Tra cui il  misuratore di campo mod. 488 riportato in figura) fino al giorno d'oggi.

Bibbliografia:

https://simpsonelectric.com/about-us/history/

 

STEP #10 - I libri

 

Articoli scientifici: 

•  ANTONIO DELLE FEMINE, DANIELE GALLO, CARMINE LANDI,MARIO LUISO ,Advanced Instrument For Field Calibration of Electrical Energy Meters, in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement , anno 2009,  Volume: 58, Issue: 3

•   R. GUNN, Electric Field Meters (1954) , in AIP Review of Scientific Instruments 25, Anno 2004. 
  
  

Monografie:

 

• Thomas W. FLATLEY, Harold E. EVANS, The Development of the Electric Field Meter for the Explorer VIII Satellite, 1962 
• Harold DICKENSON BROWNING, The theory and history of a model electric field meter, 1963
  
   
•  Frank M.  GREENE, A New Near-zone Electric Field-strength Meter Volume 13 , 1966.

 GLI INVENTORI (STEP 9) 

(Ross Gunn )

Il fisico (nonchè ingegnere elettronico) statunitense Ross Gunn è stato uno dei maggiori contribuitori alla'invenzione del misuratore di campo come lo conosciamo oggi. La sua carriera è stata caratterizzata da una prolifica attività (Oltre 28 pubblicazioni scientifiche e più di 45 brevetti, molti dei quali sviluppati lavorando per la marina militare statunitense). Alcuni dei suoi più importanti contribuiti:

• La sua tesi "Three New Methods in Electrical Measurements"
• Progettazione di dispositivi  per il radio-controllo di  aereomobili militari ( i quali contribuiranno a rendere possibile lo sviluppo dei moderni droni)
• La sua partecipazione al Progetto Manhattan durante la seconda guerra mondiale.
  

https://www.atomicheritage.org/profile/ross-gunn

https://en.wikipedia.org/wiki/Ross_Gunn

https://patents.google.com/patent/US2820947A/en

I MATERIALI (STEP 8)

I MATERIALI:

Se si tralasciano i materiali che costituiscono il case dello strumento, essendo il misuratore di campo un dispositivo elettronico possiamo considerarlo al più costituito dai seguenti materiali:

Il silicio (Si):

Il silicio è un materiale essenziale inquanto costituisce gli innumerevoli transistor presenti nel amplificatore operazionale (dispositivo essenziale per il funzionamento dello strumento!) Esso inoltre costituisce buona parte del wafer sul quale sono montate le componenti.

Il rame (Cu):

Nel misuratore di campo il rame può essere impiegato sia nelle tracce metalliche che legano assieme tutte le componenti interne che per gli elettrodi tramite i quali si campiona il campo elettromagnetico ( Alternativamente questi possono essere realizzati tramite altri metalli)

Le resine sintetiche:

In questo caso le resine sintetiche sono usate per realizzare i package che andranno a custodire e isolare gli integrati utili al funzionamento dell' misuratore di campo.

Ossidi metallici:

Quest'ultimi indispensabili per la realizzazione degli innumerevoli resistori presenti all'interno del misuratore di campo.

 

IL SIMBOLO (#STEP 6)

 

Due icone una raffigurante la propagazione di un campo elettromagnetico e la seconda un misuratore di campo

Il principio fisico (STEP #05)

  Il principio fisico:

(Schema del circuito dello strumento)

L'obiettivo dello strumento è , per quanto possibile, di fornire una misurazione,indipendente dalla frequenza con cui esso muta, del  campo elettromagnetico misurato.

Lo strumento presenta due piastre metalliche le quali fungono da elettrodi e vengono immerse nel campo elettromagnetico nel punto in cui si vuole effettuare la misurazione.

Il campo indurrà nelle due piastre una concentrazione di cariche di modulo uguale e segno opposto.

Uno dei due elettrodi è collegato al morsetto invertente di un amplificatore operazionale, inoltre un condensatore viene collegato tra l'uscita del amplificatore operazionale e il morsetto invertente retroazionando il sistema.

Il secondo elettrodo è invece collegato al morsetto non invertente, il quale è connesso tramite un secondo condensatore a ground.

Questa configurazione costituisce un integratore analogico che permette di avere un uscita dell'amplificatore operazionale proporzionale alla tensione differenziale dei due morsetti e di conseguenza all'intensità del campo elettromagnetico.

(relazione tra tensione di ingresso e uscita del sistema)

Bibliografia:

https://patents.google.com/patent/US3873919A/en?q=fieldmeter&oq=fieldmeter+

https://en.wikipedia.org/wiki/Op_amp_integrator 

 

L'ELETTROMAGNETISMO (#STEP 4)

 L'ELETTROMAGNETISMO E LA MISURA DEI CAMPI ELETTROMAGNETICI

(Sezione planare di un campo magnetico generato da un solenoide.)

Il misuratore di campo è uno strumento utilizzato in molteplici branche delle fisica, dall' elettrotecnica all'elettronica,pur trovando il suo impiego principale nell'elettromagnetismo.

Che cosa è l'elettromagnetismo?

L'elettromagnetismo studia i fenomeni di natura elettrica e magnetica e le loro correlazioni (come ad esempio i campi magnetici prodotti dalle correnti elettriche e le correnti elettriche prodotte dai campi magnetici variabili).  

Si noti la fondamentale importanza della capacità di misurare l'intensità un campo elettromagnetico per questa disciplina!

Alcuni cenni storici...

(Charles Augustin de Coulomb)

 

 

 

 

 

Sebbene il magnetismo era noto alle civiltà antiche (si pensi all'invenzione di una rudimentale bussola magnetica in Cina). E nonostante si conoscessero le particolari capacità di alcuni minerali (magnetite) di attrarre la limatura di ferro già nel medioevo (l'epistola De Magnete di Pietro Peregrino di Maricourt, del 1296). Non sarebbe azzardato ritenere che sia stato Charles Augustin de Coulomb a dare vita a questa scienza con il suo studio delle interazioni della materia carica elettricamente.

Un altro notevole contributo sarà quello di  James Clerk Maxwell nel riunire i contributi di Michael Faraday e André-Marie Ampère  e Carl Friedrich Gauss, in quelle che verranno poi ribattezzate

Equazioni di Maxwell.

bibliografia:

https://it.wikipedia.org/wiki/Interazione_elettromagnetica#Elettromagnetismo_classico

https://it.wikipedia.org/wiki/Portale:Elettromagnetismo 

https://it.wikipedia.org/wiki/Equazioni_di_Maxwell

Glossario del misuratore di campo ( #STEP 3)

 Glossario del misuratore di campo!

 

Parti costituenti:

• Elettrodo (probe): Un elettrodo è un conduttore di prima specie (per esempio metallo o grafite) usato per stabilire un contatto elettrico con una parte non metallica di un circuito

• Amplificatore operazionale: è un amplificatore che per mezzo di una scelta opportuna dei componenti esterni esegue una vasta gamma di operazioni.

• Condensatore:  è un componente elettrico che ha la capacità di immagazzinare l'energia elettrostatica associata a un campo elettrostatico.

• Integratore analogico: Nell'elettronica un circuito integratore è un componente che permette di compiere l'operazione di integrazione. Questo circuito è basato sull'amplificatore operazionale. 

 Termini correlati:

 

•  Campo elettromagnetico:  descrive l'interazione elettromagnetica. E' costituito dalla combinazione del campo elettrico e del campo magnetico ed è generato localmente da qualunque distribuzione di carica elettrica

•  Carica elettrica:  è un tipo di carica fisica,responsabile di una delle interazioni fondamentali della materia, l'interazione elettromagnetica, e sorgente del campo elettromagnetico.

• Radiazione elettromagnetica: In fisica la radiazione elettromagnetica (o radiazione γ, gamma) è la radiazione dell'energia nel campo elettromagnetico.

 

Bibliografia:

https://patents.google.com/patent/US3873919A/en?q=fieldmeter&oq=fieldmeter+ 

https://it.wikipedia.org/wiki/Elettrodo 

https://it.wikipedia.org/wiki/Integratore_analogico 

https://it.wikipedia.org/wiki/Amplificatore_operazionale 

https://it.wikipedia.org/wiki/Condensatore_(elettrotecnica) 

https://it.wikipedia.org/wiki/Campo_elettromagnetico 

https://it.wikipedia.org/wiki/Carica_elettrica 

 

 

Aspetto del misuratore di campo ( #STEP 2)

 Aspetto del misuratore di campo!

Questa immagine raffigura il modello 488 sviluppato dalla Simpson Electric Company nel 1951

 

(vista laterale dello strumento)

 

(vista superiore dello strumento)

(vista posteriore dello strumento)

Lo strumento pesava all'incirca 5 kg ed aveva le medesime dimensioni di un piccolo forno a microonde.

bibliografia:

https://www.radiomuseum.org/r/simpson_field_strength_meter_488.html

Annuncio di vendita da cui sono state ricavate le foto in alta definizione 

 

Misuratore di campo: la stessa "cosa" in più lingue (STEP #1)

Che cosa è un misuratore di campo?

(raffigurazione dello strumento)

é uno strumento in grado di misurare l'intensità di un campo elettromagnetico, servendosi di due elettrodi i quali interagiscono con un amplificatore operazionale.Nel suo range di corretto funzionamento, lo strumento riesce ad effettuare una misura indipendente dalla frequenza con cui varia il campo magnetico misurato.

Etimologia:

Andiamo ad analizzare l'etimologia del termine caratterizzante dello strumento:

Campo:

In fisica, con sign. generico,campo indica la regione di spazio dove è definita una grandezza fisica, l'origine del termine deriva proprio dal concetto di spazio, come si può notare nell'immagine 

Misuratore di campo in vari paesi:

•  Misuratore di campo (Italiano)
  

• Electromagnetic Field Meter (Inglese)
  

• Medidor de campo (Spagnolo) 
  

•  Détecteur de champ électromagnétique (Francese)
  

•  电磁场计 (Cinese)
  

•  электро-статический (Russo) 

 

Bibliografia:

https://www.etimo.it/?term=campo&find=Cerca 

https://www.treccani.it/vocabolario/campo/