Esperimenti con la luce con un aerosolmetro fai da te

FacebooktwitterlinkedinFacebooktwitterlinkedin

ELENA FLORIS, TRA LE PREMIATE DI “UN GIORNO DA RICERCATORE 2015”, CI RACCONTA DELL’ESPERIMENTO DI FOTOMETRIA CON AEROSOLMETRO ALLESTITO ASSIEME A DEI COMPAGNI DI LICEO, E CLASSIFICATO SECONDO AL CONCORSO “RISCOPRI ALESSANDRO VOLT@”

Il 20 dicembre 2013 l’Assemblea Generale delle Nazioni Unite ha proclamato il 2015 Anno internazionale della Luce e delle tecnologie basate sulla Luce.

ScatteringLa luce è al contempo strumento di lavoro e oggetto di studio per lo scienziato. Della luce si possono studiare molteplici aspetti, uno dei quali è il suo assorbimento da parte dell’atmosfera. Nell’attraversare l’atmosfera, una frazione della radiazione solare viene però deviata in direzione diversa da quella di incidenza (fenomeno di scattering) a seguito degli urti con le molecole dell’atmosfera stessa e con gli aerosol.
L’aerosol è costituito da particelle e corpuscoli in sospensione nell’atmosfera e ha una natura chimica variabile: sale marino, sabbia del deserto, residui industriali e agricoli, smog, acqua, ecc. Le dimensioni delle particelle in atmosfera variano da 0,0001 a 100 micron.

La misura sperimentale indiretta dell’aerosol è stato il cardine di un progetto di fotometria solare svolto nell’anno scolastico 2014/2015 nel mio liceo, lo Scientifico “Galileo Ferraris” di Varese. Alcuni ragazzi, con l’ausilio delle professoresse Pavan e Fusi, si sono messi alla prova in prima persona, affrontando tutte le difficoltà della fisica sperimentale e costruendo loro stessi gli strumenti.

Elena2

Il nostro obiettivo era utilizzare la luce come strumento di misura e compiere un lavoro di studio sull’assorbimento della luce solare nella materia. La prima fase è stata la realizzazione di un semplice strumento (chiamato aerosolmetro) in grado di misurare l’intensità della radiazione e stimare attraverso essa il tasso di aerosol presente in atmosfera.

Elena3Elena4L’aerosolmetro ha come sensore un LED verde, che viene esposto alla luce solare in modo che questa vi cada “perpendicolarmente”. Quando il LED viene illuminato dà luogo a una debole corrente elettrica, così poco intensa da non essere misurabile con i nostri tester. Pertanto è stato necessario amplificarla inserendo nel circuito un amplificatore operazionale che dà in uscita una differenza di potenziale direttamente proporzionale alla corrente elettrica in ingresso.

Le misurazioni di questa tensione sono state effettuate ogni giorno a orari costanti e in luoghi diversi, registrando anche le condizioni meteorologiche, che possono influenzare notevolmente il valore rilevato. È evidente dal grafico dei dati che aerosol e trasmissione sono anticorrelati.

Elena5

Successivamente abbiamo cercato anche una eventuale anticorrelazione tra trasmissione e umidità visto che, per la morfologia della nostra zona, spesso stazionano nei nostri cieli grandi quantità di umidità. Se osserviamo il grafico sotto, all’aumentare della trasmissione diminuisce l’umidità e viceversa. Abbiamo quindi ipotizzato che la maggior parte di ciò che il nostro strumento ha “percepito” come aerosol è plausibilmente dovuta alla presenza di vapore acqueo in atmosfera e non a particolato.

 

In blu la percentuale di umidità; in rosso la percentuale di trasmissione

In blu la percentuale di umidità; in rosso la percentuale di trasmissione

Ulteriori esperimenti sono stati tentati con lo scopo di misurare l’assorbimento della luce da parte delle foglie chiare e sottili di insalata, dell’acqua e della plastica. Infine, per determinare la tensione che lo strumento misurerebbe fuori dall’atmosfera abbiamo pensato di portare l’aerosolmetro a varie quote su un aliante e così estrapolare il dato che ci interessava.

Il 21 settembre questo lavoro ha ottenuto il secondo posto alla IV edizione del concorso ”Riscopri Alessandro Volt@”, organizzato dall’Università dell’Insubria di Como. Un’esperienza utile per approfondire anche la parte “divulgativa”, visto che dovevamo “raccontare la Fisica in 10 minuti” presentando il nostro progetto in modo scientificamente corretto ma comprensibile anche ai non tecnici.

Questo concorso era inserito all’interno di un workshop il cui tema era la luce, declinato in una serie di brevi conferenze. Si è parlato per esempio di sorgenti laser per applicazioni biomedicali, di usi della luce nel restauro di opere d’arte, dello Spin-off  dell’università CoeLux® (una finestra virtuale che riproduce in pochi centimetri i fenomeni che avvengono nell’atmosfera) e abbiamo scoperto che anche la natura è dotata di una sorta di tecnologia fotonica.

Possiamo dire che il progetto di fotometria che abbiamo portato avanti insieme al workshop abbiano raggiunto il proposito dell’Anno Internazionale della Luce: accrescere la conoscenza e la consapevolezza di ciascuno di noi sul modo in cui le tecnologie basate sulla luce promuovano lo sviluppo sostenibile e forniscano soluzioni alle sfide globali in moltissimi campi e promuovere l’istruzione e la partecipazione tra i giovani.

Autrice: Elena Floris