Un esperimento facile e divertente per intuire il funzionamento dei sensori di contenuto idrico

I sensori che misurano il contenuto idrico di un terreno sono oramai abbastanza diffusi e possono basarsi su diverse tecnologie. Quelle più affidabili sfruttano principi di propagazione e riflessione di onde elettromagnetiche nel terreno.

Comprenderne a fondo il principio di funzionamento non è purtroppo cosa semplice, ma con due semplici articoli da ferramenta è possibile visualizzare in modo macroscopico lo stesso fenomeno.

Basta procurarsi un tubo di un materiale con elevata conducibilità elettrica e NON ferromagnetico (ad esempio alluminio o rame) ed un magnete abbastanza potente (neodimio), cilindrico e di dimensione poco più piccola del diametro interno del tubo. Nonostante non ci sia nessuna attrazione tra il magnete in quiete e l’alluminio, si vedrà che, lasciando cadere il cilindretto dentro il tubo, questo verrà rallentato nella caduta e sembrerà fluttuare nell’aria.

Abbiamo documentato il fenomeno nel seguente video.

 

 

La spiegazione del fenomeno è che la caduta del magnete genera un campo magnetico variabile, un impulso, questo induce una corrente elettrica parassita nel tubo conduttore con il suo proprio campo elettromagnetico che si oppone alla perturbazione del magnete in caduta. Maggiore è la conducibilità elettrica del tubo tanto più viene frenato il magnete in caduta.

“Sostituendo” il magnete con un impulso elettromagnetico inviato lungo una barra infissa nel terreno (che faccia da guida all’onda) e “sostituendo” il tubo con la nuvola di molecole d’acqua trattenute dal terreno, si ottiene concettualmente un sensore di contenuto idrico: misurando quanto l’impulso viene rallentato si può sapere quanto “conduce” il terreno circostante e dedurre quanta acqua ci sia.

Ci sono ovviamente importanti differenze, la principale è che mentre nel tubo si genera una corrente trasportata dagli elettroni, nel terreno la corrente indotta è data dal movimento di ioni o, per impulsi estremamente veloci, dalla sola rotazione dei dipoli delle molecole d’acqua lungo le linee di campo in maniera perfettamente sincrona a originare una “corrente di spostamento”.

 

NOTE: Ringraziamo l’amico Toni, appassionato fisico, che per primo ci ha fatto apprezzare questo curioso fenomeno