Le linee del campo elettrico

L'influenza del campo elettrico viene rappresentata da linee che sono poste in modo perpendicolare alla superficie dell'oggetto che genera il campo. Queste linee sono uscenti per le cariche positive e entranti per le cariche negative. L'unità di misura del campo elettrico è il Volt/metro. Ad esempio, se colleghiamo due piastre di metallo una al polo positivo e l'altra al polo negativo di una batteria, dopo un certo tempo otterremo sulle superfici delle piastre la concentrazione di carica: positiva su una e negativa sull'altra. Se le piastre vengono mantenute parallele tra di loro, avremo che le linee del campo elettrico (frecce verdi), generato dalla carica positiva, uscirà perpendicolarmente dalla piastra positiva verso quella negativa. Oltre a queste linee di campo abbiamo anche le linee equipotenziali (linee blu), cioè con lo stesso valore di Volt/m e disposte in modo parallelo al piano delle piastre.

Struttura elettrica dell'atmosfera (Carica elettrostatica terrestre).

L'esistenza di ioni nell'atmosfera, prodotti dai vari fenomeni che avvengono sia dall'esterno (quali radiazioni cosmiche e radioattività naturale, ecc..) che dall'interno quali (fulmini, gas Radon, ecc..), è la ragione fondamentale dell'elettricità dell'atmosfera stessa. In assenza di questi avremo un campo elettrico pari a 0 V/m e probabilmente non ci sarebbero manifestazioni temporalesche con fulmini. Quindi la fenomenologia della carica elettrostatica terrestre avviene perché man mano che saliamo verso i pių alti strati della atmosfera troviamo una distribuzione maggiore di ioni positivi mentre al livello del suolo troviamo un accumulo di ioni negativi. La Ionosfera e la superficie terrestre sono quindi assimilabili all'esempio delle due piastre dove la ionosfera ricca di ioni positivi è caricata positivamente e si trova ad un potenziale di circa 300000 Volt rispetto al suolo. Il campo elettrico generato da questa carica elettrostatica produce sia linee di campo, dirette verso terra sia le linee equipotenziali, parallele alla superficie terrestre. Considerando che questo campo elettrostatico atmosferico non è stabile per la natura dei fenomeni che avvengono in esso, lo strumento che è stato costruito permette appunto di rilevare le variazioni del campo sia in situazioni di bel tempo che di tempo perturbato. È quindi importante che per lo studio dei fenomeni meteorologici ci sia, oltre agli strumenti tradizionali, anche l'utilizzo di strumenti di questo tipo per aumentare l'affidabilità delle previsioni stesse soprattutto a livello locale.

Lo strumento

Lo strumento è composto principalmente da 4 sensori ricavati da un disco di acciaio inox diviso in quattro parti. I sensori sono montati su 4 supporti di materiale isolante ed installati sul fondo di un cilindro sempre di acciaio inox. I quattro sensori sono collegati elettricamente in modo da formare due coppie contrapposte e collegate alla circuiteria elettronica, che tramite una serie di amplificatori fornisce una tensione in uscita proporzionale al valore del campo elettrico misurato. Sopra i sensori è posto un otturatore rotante calettato sull'asse di un motore, che gira ad una velocità di circa 4000 giri al minuto, che mediante la sua rotazione copre alternativamente le coppie di sensori. Tutto ciò permette ai sensori di ricevere alternativamente le linee del campo elettrico in modo che i circuiti elettronici, che amplificano e filtrano il segnale, possano eliminare la maggior parte dei disturbi intrinsechi dello strumento. Č indispensabile, per il buon funzionamento, che la parte meccanica dello strumento debba essere posta a terra. Lo strumento deve essere: installato all'aperto ad una distanza minima da qualsiasi struttura pari al doppio dell'altezza della struttura stessa e con i sensori rivolti verso il basso o in alto a seconda del tipo di tecnica costruttiva adottata e questo posto ad una altezza di un metro dal suolo.

Taratura dello strumento

Lo strumento non ha regolazioni interne per la sua taratura ma queste devono essere fatte in modo indiretto utilizzando un simulatore di campo elettrico per calcolare la risposta dello strumento alle varie situazioni atmosferiche.

La misura del campo elettrico in situazione di bel tempo e in presenza di un fenomeno temporalesco.

Nella registrazione di figura 1 possiamo vedere l'andamento del campo elettrico dell'atmosfera in una giornata di bel tempo senza vento e con cielo terso. Notiamo che la variazione del campo elettrico si attesta a seconda dell'orario intorno a valori compresi tra i -200 e +200 volt/m.

Nella figura 2 si nota l'andamento del campo elettrico nell'arco di circa 8 ore durante il passaggio di cumuli che hanno manifestato solo pioggia, con piccole scariche tra le nubi.

In figura 3 osserviamo l'evolversi del campo elettrico al passaggio di una perturbazione temporalesca iniziata a circa 8 Km di distanza dallo strumento, successivamente, nel suo passaggio ha manifestato un temporale accompagnato da una certo numero di fulmini sopra l'area di rilevamento e andando poi a spegnersi, dopo circa 2 ore, in direzione nord ovest . Dall'andamento del campo elettrico manifestato in questa traccia si evidenziano tutte le fasi temporalesche quali la nascita, l'inizio delle scariche di fulmini, la pioggia, la fine della manifestazione con la stabilizzazione del campo elettrico.

Attualmente quest'ultimo strumento si trova presso il CNR all'Istituto di Radioastronomia di Medicina (Bo) dove viene utilizzato come campione di paragone per la realizzazione di una nuova serie di strumenti EFM adatti alle misure del campo elettrico terrestre durante le ricerche effettuate dai radiotelescopi di quel sito.