STEP #28 - La sintesi finale

 

 In questa ultima tappa ripercorreremo i punti salienti del nostro percorso, già evidenziati nello step 27 in forma di mappa concettuale, che ci hanno portato a conoscere il tomografo di resistività elettrica. Ma partiamo dall’ inizio. 

Foto 1: Tomografo di resistività elettrica e tutto il set di strumentazione per la ERT

La storia dello strumento è strettamente collegata alla tecnica nella quale viene utilizzato, ovvero la ERT (tomografia di resistività elettrica). Fu sviluppata dal matematico e geofisico sovietico Andrey Nikolayevich Tikhonov negli anni 40', al fine di poter rilevare giacimenti minerari nel sottosuolo. La tecnica divenne largamente usata e, grazie al progredire della tecnologia, venne messo a punto un dispositivo in grado di rendere le misure e i dati precisi (step 9): il tomografo di resistività elettrica. Il primo vero e proprio misuratore resistività terreni fu prodotto dalla Evershed & Vignoles Meggers nel 1950, una compagnia inglese che produce dispositivi elettronici, soprattutto strumenti di misura con applicazioni elettroniche (step 11). Da quel punto in poi diverse società iniziarono a produrre la propria versione del prodotto tra cui proprio la Megger, che rimane il marchio più iconico (step 20), la Fluke e la Uni-t. L’uso della pubblicità, per quanto non sia uno strumento di massa, ha contribuito alla crescita del suo utilizzo (step13). Il miglioramento della tecnica ERT e dello strumento sono riusciti a portare interesse nell’utilizzo tanto da essere approfonditi da alcuni articoli scientifici (step10). Nonostante ciò, la sua popolarità (step 24) e il periodo storico non lo hanno portato a figurare direttamente sui francobolli (step 18), nei fumetti (step 16) o nei film.

Foto 2: Modello DET4TCR della Megger

Approfondiamone il lato scientifico. Il tomografo si inserisce nella categoria degli strumenti scientifici di misura elettronici (step 14) e ,come suggerisce l’etimologia (step 1) tomografo deriva dalla parola tomografia: dal greco témno, tagliare,o tòmos, nel senso di "strato", e gràphò, scrivere. Si intende quindi uno strumento mirato alla rappresentazione a strati del terreno secondo la diversa resistività dei layer. Viene usato nel campo della geofisica e della chimica dei terreni (step 26) poiché il tipo di analisi che svolge permette di: individuare acquiferi sotterranei, ricostruire l’assetto stratigrafico locale, studiare i giacimenti minerari, indagare le strutture fondazionali, riscontrare la presenza di cavità sotterranee e la composizione chimica degli strati (step4).                        Entriamo nel dettaglio del principio fisico che caratterizza lo strumento (step 5). La resistività elettrica è senza dubbio una delle proprietà fisiche più utilizzate per l’esplorazione geofisica indiretta del sottosuolo, grazie anche all' elevato intervallo di valori che essa può assumere al variare della natura dei corpi investigati.

Foto 3: Modello Fluke 1623-2 GEO Earth Ground Resistance Meter schema di funzionamento

 

Il metodo più conosciuto, sviluppato per rilevare la sua distribuzione all’interno dei corpi studiati, è la cosiddetta Geoelettrica. Questo metodo ricava la distribuzione della resistività elettrica nel sottosuolo, elettricamente disomogeneo, iniettando una corrente continua e misurando la differenza di potenziale (d.d.p.), associata al campo elettrico generato. A questo punto l’intensità di corrente e la d.d.p sono legate dal parametro R (resistenza) secondo la legge di Ohm, che contiene al suo interno il valore a noi di interesse resistività elettrica (ρ).          La strumentazione (step 3) è composta di elettrodi che sentono la corrente ai propri capi e mandano l’informazione tramite cavi alla parte centrale dello strumento costituito da amperometro, voltmetro e galvanometro (schematizzati nello step 6 come simboli) che forniscono la misura numerica (step15) effettuata a display. Una visione dello strumento con la lente di ingrandimento la abbiamo potuta vedere nello step 16 in cui si è evidenziata l’anatomia dello stesso. Ad ogni modo la vendita dello strumento avviene insieme al suo specifico manuale d’ uso, che ne mostra la funzione e il corretto utilizzo da farne (step22).

STEP #27 - La mappa concettuale

  STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

Il georesistivimetro può essere legato al mondo della chimica attraverso lo studio delle proprietà chimiche del terreno o STH sono un insieme di caratteristiche, dipendenti da fenomeni chimici o fisico-chimici, in stretta relazione con il clima e gli organismi viventi.

La composizione chimica di un terreno ha, in generale, riflessi diretti di portata limitata: pur nella sua grande variabilità, la composizione riguarda in particolare la frazione solida del terreno, che ha interazioni con gli altri componenti solo nell'interfaccia di separazione. La maggior parte della frazione mineralogica del terreno è inerte e influisce sulle proprietà chimiche, fisiche e meccaniche solo in tempi molto lunghi; queste derivano infatti dalla lenta interazione con altri fattori , portando ad una configurazione dinamica ma fondamentalmente stabile negli aspetti macroscopici.

Riferimenti:

• https://www.aup.it/wp-content/uploads/2012/06/ORIGINE-E-STRUTTURA-DEI-TERRENI.pdf

 STEP #25 - Cose personali

Un oggetto che rappresenta il passato il passato sono senza dubbio i Lego: noti in tutto il mondo i mattoncini assemblabili quelli della Lego sono i più famosi. Questi oggetti hanno un significato molto importante per la mia memoria, poichè hanno portato a momenti di felicità accompagnati anche da uno sviluppo di alcune "abilità" e soprattutto hanno creato molte amicizie da bambini.

L' oggetto del proprio fare nel presente quotidiano è il PC (personal computer), che si può dire probabilmente come lo strumento che più raffigura la società di oggi in cui l'elettronica la fa da padrona e ormai l'utilizzo dei computer viene fatto per tantissimi motivi, soprattutto in quest' anno di smart working e Dad.

Un oggetto che mi aiuta nella vita di tutti i giorni a progettare il futuro è il mio smartwatch, che mi tiene sempre al corrente di tutto quello che mi sono segnato di svolgere tra impegni, scadenze, sport e studio.

  STEP #24 - Le parole nella storia

Nel digramma sottostante viene riportata una funzione, che ci mostra l'andamento dell'uso della parola electrical resistivity tomography (tecnica di indagine dei terreni che utilizza il georesistivimetro) nel corso degli anni. Si nota che la comparsa di questa parola è leggermente posticipata rispetto alla produzione del primo misuratore resistività terreni (1950) ed si ha poi un notevole incremento dal 1980 in poi con in progressivi ed esponenziali miglioramenti dei dispositivi elettrici ed elettronici e lo sviluppo di software sempre più veloci e precisi.

La nozione di resistività è nata dagli sforzi del famoso fisico tedesco Georg Ohm, che ha spiegato la teoria e mostrato sperimentalmente la connessione tra la corrente elettrica, la forza elettromotrice di una batteria e la resistenza di tutti gli elementi di un circuito elettrico. Questa dipendenza è stata chiama successivamente Legge di Ohm.

Riferimenti

• https://it.wikipedia.org/wiki/Resistivit%C3%A0_elettrica#:~:text=Da%20Wikipedia%2C%20l%27enciclopedia%20libera.%20La%20resistivit%C3%A0%20elettrica%2C%20anche,resistivit%C3%A0%20si%20misura%20in%20ohm%20per%20metro%20%28%CE%A9%2Am%29.
• https://books.google.com

 STEP #22 - Manuale d'uso

Un profilo tomografico viene realizzato tramite lo stendimento di un cavo multipolare che collega una serie di elettrodi, i quali vengono utilizzati tanto per l’immissione della corrente I che per la misura della differenza di potenziale V. Tramite queste due grandezze fisiche è possibile calcolare la resistività elettrica apparente r_a relativa alla configurazione elettrodica utilizzata. Gli elettrodi di corrente vengono indicati come C1 e C2, quelli di potenziale P1 e P2; nella configurazione Wenner-Schlumberger, quella utilizzata nel caso specifico, si ha che la spaziatura  tra gli elettrodi è inizialmente la stessa ed è pari ad “a”. Inizialmente dunque il rapporto della distanza tra C1P1 su P1P2 definito come “n”, sarà uguale ad “1”, risultando in tal caso identica alla disposizione Wenner; in seguito “n” ed “a” assumeranno valori crescenti per poter incrementare la profondità di investigazione.

 

Spostando lateralmente il quadripolo si registrano le variazioni orizzontali della resistività, mentre con il progressivo allargamento della spaziatura n e di a si acquisiscono informazioni sugli strati via via più profondi; si ottiene così una pseudosezione di resistività apparente che, attraverso opportuni algoritmi di calcolo, può essere invertita per fornire una sezione bidimensionale di resistività.

  STEP #21 - Nei fumetti

"The Manga Guide to Electricity" è un manga (fumetti giapponesi) per ragazzi, che introduce loro al modo dell' elettricità. Al' interno del fumetto vengono spiegati i concetti base di corrente, capacità elettrica, resistenza elettrica e potenziale elettrico. Il libro è stato pubblicato nel 2006 e scritto da Kazuhiro Fujitaki, con l' intento di far avvicinare i ragazzi al mondo dell' elettromagnetismo in modo facile e intuibile.

Nella vignetta sotto riportata, viene presentato ai lettori la definizione di differenza di potenziale e di corrente elettrica, concetti fondamentali per capire il nostro strumento.

In questo fumetto ritroviamo un personaggio di cui più volte abbiamo parlato: Nikola Tesla. Il fumetto in questione di cui ne è il protagonista è intitolato "Prophet of Science" è stato è pubblicato il 6 ottobre del 1946 e l' immagine il copertina lo riporta con affianco il suo laboratorio, di cui abbiamo parlato nello step #12 , a Colorado Spring.

Riferimenti:

• https://nostarch.com/mg_electricity.htm#:~:text=The%20Manga%20Guide%20to%20Electricity%20%22will%20ground%20you%20solidly%20in,electricity%20in%20the%20world%20today.

 STEP #20 - Il marchio

Il logo della Megger è sicuramente quello che più rappresenta il tomografo di resistività elettrica, dato che è sia una delle maggiori produttrici, ma soprattutto è stata anche la prima a metterlo in commercio nel 1950  

                            

Riferimenti:

• https://megger.com/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Megger_Group_Limited

 STEP #19 - L' abbecedario

• A: Ampere (unità di misura della corrente)
• B: 
• C: Cavi elettrici
• D: Dispositivo elettronico
• E: Elettrodi (piantati nel terreno fanno circolare la corrente del terreno nei cavi)
• F: Fluke
• G: Galvanometro
• I: Indagini di dettaglio (operazioni di lavoro dello strumento)
• L: Livelli (diversi livelli di terreni)
• M: Meggers
• N: Nikola Tesla 
• O: Ohm
  
• P: Potenza (erogata e assorbita dallo strumento)
• R: Reostato (Resistenza che può cambiare il suo valore)
• S: Strumento scientifico
• T: Terreno
• U: 
• V: Volt 
• Z:

  STEP #18 - Il francobollo

Il tomografo di resistività elettrica non è sicuramente uno strumento che ha fatto la sua storia con le sua stampe dei francobolli, tuttavia sono stati emesse alcune stampe che riguardano molto da vicino il nostro oggetto, legati al campo dell' elettromagnetismo. Nonostante la particolarità dei francobolli sotto illustrati, nessuno di esso può raccontare una grande storia o valore.

Figura 1: Nikola Tesla, personaggio citato e raccontato in post precedenti, in un francobollo del 2012 della Costa d'Avorio

Figura 2: In questo francobollo è presente una resistenza, elemento caratterizzato dal parametro resistività, Germania 1994

Figura 3: Collegamento a stella di 3 impedenze sulla destra e un motore a corrente continua sulla sinistra, Germania 1990

 Riferimenti:

• https://stamps.org/collect/stamp-collecting
• https://www.stampcollectioncenter.com/

 STEP #17 - I brevetti

Questo brevetto, pubblicato nel 2017 dalla SHENZHEN ZHUO TIME DETECTION TECH, introduce una nuova prospettiva dell'oggetto: Multifunctional earth resistance tester. L' idea innovativa risiede già nel nome del brevetto, la parola multifunctional descrive uno strumento che ha più possibilità di utilizzo. In questo caso il misuratore resistività terreni potrà essere utilizzato anche per misure di resistenza e resistività che non riguardano i terreni come cavi per l'elettricità, telecomunicazioni e ferrovie. Questa idea permette allo strumento di essere utilizzato anche in altri campi di lavoro.

Pubblicato nel 2019 dalla NANJIN SCIENCE AND SAFETY TECH, il brevetto consiste in un' idea tanto semplice quanto utile. Terreni molto duri e freddi, come capita in inverno, solo difficili da scavare e quindi raccogliere dati e misure, per questo motivo questa società cinese ha pensato di aggiungere una parte meccanica che avvitandosi elettricamente scava nel suolo raggiungendo meglio la profondità desiderata.

Riferimenti:

• https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/058978035/publication/CN206235671U?q=earth%20resistance%20tester
• https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/067322546/publication/CN110058085A?q=earth%20resistance%20tester

 STEP #16 - Anatomie

Il tomografo di resistività elettrica è uno strumento in cui le componenti elettriche (di misura alimentazione) e elettroniche la fanno da padrona, per questo motivo non è facile reperire immagini che mostrino l' interno dell'oggetto. Le seguenti immagini ci fanno vedere più in dettaglio le parti che compongono il nostro strumento, mettendo quanto più a nudo possibile la sua anatomia.

Figura 1: schema delle parti interne allo strumento

Figura 2: particolare del display e i suo pulsanti di interfaccia

Figura 3: Set per il test, sulla destra si hanno i picchetti con i rispettivi elettrodi e cavi di rame in cui passa la corrente del suolo testato

Figura 4: display di un altro tester, al centro dello schermo si ha in grande la misura della resistenza in ohm

 STEP #15 - I numeri

Trattandosi di uno strumento di misura, il tomografo di resistività elettrica è particolarmente caratterizzato dai numeri, tra cui i dati, le caratteristiche, i componenti.

• 4 elettrodi
• Test del voltaggio 16/32 V
• Frequenza 50 Hz
• Valori di resistenza misurabili: 0,1 ohm / 99 kohm
• UT501A resistance tester
• 1950 la Meggers produce il primo misuratore resistività elettrica
• 1 come le quantità di amperometro, voltmetro e galvanometro al suo interno
• Valori tipici di resistività, in base al terreno