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      Elettrometro vettoriale

di Paolo Palangio

Antenna elettrica vettoriale

Per la misura vettoriale del campo elettrico atmosferico nella banda 0.001 Hz - 100 kHz è stata realizzata un’antenna triassiale con una sensibilità di circa 1 μV/m (figura 1).

FIGURA 1 Antenna elettrica vettoriale Antenna elettrica vettoriale

La parte sensibile dello strumento si compone di 3 sensori ortogonali costituiti da due sferoidi A e B e da un ellissoide T che funge da struttura portante dei 3 sensori e contiene l’elettronica di condizionamento dei segnali (figura 2). Nella figura 3 è rappresentato lo schema equivalente relativo ad un asse.

FIGURA 2 Schematizzazione dell'antenna elettrica Schematizzazione dell'antenna elettrica

FIGURA 3 Schema equivalente dell'antenna elettrica vettoriale Schema equivalente dell'antenna elettrica vettoriale

se Q è la carica elettrica totale sulla sfera A, la carica vista da un osservatore posto alla distanza d dal centro della sfera (d<10r) è inferiore a Q a causa dell’effetto schermante della superficie conduttrice della sfera sulle cariche distribuite nella zona opposta. Questa carica è:

pertanto anche la capacità elettrica della sfera è inferiore a quella percepita da un osservatore posto a grande distanza dalla superficie.
Questa capacità diventa:

dove V è il potenziale prodotto dalla distribuzione di cariche sulla superficie della sfera:

infine la capacità tra le due sfere diventa:

mentre la capacità tra le sfere e il terreno è:

per ragioni costruttive risulta che CabCao se l’altezza da terra dell’antenna h>>d.
La resistenza “vista” dalle due sfere, dovuta alla sia pure piccolissima conducibilità elettrica dell’aria indotta dai raggi cosmici e dai materiali radioattivi nel sottosuolo, può essere calcolata mediante la seguente espressione:

dove mi è il valore medio della massa degli ioni, fi è la frequenza di collisione tra neutri e ioni, e è la carica elettrica dell’elettrone e r è il raggio della sfera.
In prossimità della superficie terrestre, con r=20 cm, questa resistenza è dell’ordine di 1012Ω.
Per poter misurare la differenza di potenziale tra le sfere è necessario che la resistenza d’ingresso dello strumento sia Rin>>Ratm. Questa condizione è praticamente irrealizzabile senza introdurre condizioni di instabilità nel sistema di misura. Inoltre è necessario disporre sistemi di protezione in parallelo alla resistenza intrinseca dell’atmosfera nei confronti delle scariche atmosferiche, ciò comporta una resistenza addizionale in parallelo dello stesso ordine di grandezza di quella atmosferica.
In questo strumento è stato adottato il compromesso RinRatm, per cui il valore del campo misurato viene dimezzato.

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