Senza fili

Senza fili

Come abbiamo tolto i fili aumentando la nostra libertà di movimento e di comunicazione

Giorgini Diego

Classe 5° MB

Anno scolastico 2007/2008

Liceo Scientifico “N. Tron” – Schio

Materie coinvolte

• Fisica: le onde elettromagnetiche
• Scienze della terra: l’atmosfera
• Storia: la radio come strumento di propaganda fascista
• Letteratura italiana: Filippo Tommaso Marinetti

Indice

1. Perché le onde elettromagnetiche p. 1

2. Le onde elettromagnetiche

2.1. Breve storia p. 2

2.2. Descrizione fisica p. 5

2.3. Lo spettro elettromagnetico p. 6

2.4. La propagazione nell’atmosfera p. 10

3. Storia della radio in Italia

3.1. Inizio delle trasmissioni in Italia: l’URI e l’EIAR p. 14

3.2. La radio strumento del consenso nel regime fascista p. 15

3.3. La guerra delle onde p. 17

4. Un oratore delle “Cronache del regime”: Filippo Tommaso Marinetti

4.1. Cenni biografici p. 18

4.2. Il futurismo p. 18

4.3. Alcuni scritti p. 19

5. Bibliografia e sitografia p. 20

1. Perché le onde elettromagnetiche?

Sempre più spesso nella nostra vita quotidiana facciamo uso di sistemi di telecomunicazione radio che ci permettono di svolgere un numero sempre maggiore di attività in completa mobilità, senza la necessità di un collegamento fisico tra emittente e ricevente. Ormai i dispositivi che fanno uso di onde elettromagnetiche sono dappertutto e ne facciamo un uso quasi inconsapevole. Non siamo più presi dallo stupore nel sentire voci e musica uscire dalla radio o nel poter comunicare a distanza con i nostri conoscenti parlando dentro un apparecchio grande quanto un pugno chiuso.

Per noi è del tutto normale, scontato direi, poter controllare la televisione tramite il telecomando o attivare l’antifurto dell’automobile a distanza. Pochi si fermano a pensare a come ciò avvenga, a come sia possibile collegarsi ad internet col portatile senza collegare alcun cavo, e una volta connessi parlare con gli amici, vedere foto e leggere le ultime novità, sempre, senza che ci sia alcun collegamento visibile tra noi e queste informazioni.

Con l’avanzare della tecnologia questa non è più relegata ad un ristretto gruppo di tecnofili ma pervade il territorio e le abitudini di tutte le persone in modi spesso discreti che però “col tempo” modificano la cultura e gli stili di vita delle persone. Come in questi mesi la biblioteca Bertoliana di Schio ha rinnovato le tessere degli utenti, aggiungendo al classico barcode un chipset RFID 1 tramite il quale è possibile procedere al prestito in maniera automatica, così per noi, e per le generazioni future sempre di più, è normale sapere sempre dove siamo tramite un dispositivo magari tascabile che sa dirci da dove veniamo e dove dobbiamo andare.

Mi hanno sempre affascinato le comunicazioni senza fili che mi apparivano in un qual modo “meno immediate” da comprendere e dotate di un qualcosa di speciale.

Con questa tesina ho voluto quindi approfondire l’argomento in modo multidisciplinare andando a toccare non solo la teoria elettromagnetica ma anche i suoi utilizzi pratici passati e presenti approfondendo inoltre l’influenza del mezzo radiofonico durante il regime fascista in Italia.

RFID, 1 acronimo di Radio Frequency Identification, è una tecnologia che consente l’identificazione automatica di oggetti, animali o persone tramite la lettura a distanza delle informazioni contenute nei tag RFID. Questi tag sono dispositivi talmente piccoli che è possibile inserire in tessere di plastica e addirittura in etichette cartacee adesive.

Essi sono dotati però di un’antenna e di un microchip di memoria e sono capaci di trasmettere e ricevere via radiofrequenza le informazioni che conservano. Possono utilizzare diverse frequenze radio come 125/134 kHz, 13,56 Mhz, 868/915 Mhz, o maggiori di 2,4 GHz 1

2. Le onde elettromagnetiche

2.1. Breve storia

I fenomeni elettrici e magnetici hanno da sempre incuriosito l’uomo tanto che già il filosofo greco Talete, maestro alla antica scuola di Mileto oltre 2500 anni fa, aveva notato come l’ambra presentasse una forza attrattiva rispetto ad altri materiali una volta sfregata su pellicce di animale.

Per avere significative scoperte e uno studio scientifico di questi fenomeni bisogna però aspettare il XVIII secolo quando, in pieno clima illuminista e in un crescente interesse verso i fenomeni elettrici, nel 1785 il fisico francese Charles Augustin de Coulomb ricavò, grazie ad uno strumento sensibile alla torsione, una legge per le forze di attrazione e repulsione tra cariche elettriche che si rifaceva alla legge di gravitazione universale di Isaac Newton.

Luigi Galvani,

Tocco poi a nel 1790, osservare le contrazioni muscolari nelle zampe di una rana durante una dissezione in prossimità di alcune macchine elettrostatiche: costruendo inconsapevolmente così il primo rivelatore di onde elettromagnetiche. Disegno della bilancia di torsione di Coulomb.

Alessandro Volta,

Pochissimi anni dopo, nel 1799, allora professore di filosofia naturale all’università di Pavia, costruisce il primo generatore di corrente elettrica continua: la pila, strumento indispensabile per tutti i successivi esperimenti fisici sull’elettricità e sull’elettromagnetismo.

Hans Christian Ørsted,

Nel 1820 fu invece professore all’università di Copenaghen, a stupire il mondo scientifico e a rivoluzionarne il pensiero relativamente ai fenomeni elettromagnetici. Durante un esperimento infatti lo scienziato notò l’influenza che ha un corpo conduttore percorso da corrente su di una bussola postale accanto, intuendo così un legame tra elettricità e magnetismo, realtà considerate fino ad allora dai fisici come completamente distinte, e decretando la nascita di una nuova branca della fisica: l’elettromagnetismo.

Disegno dell’esperimento del “rilevatore di scariche atmosferiche” di Galvani che illustra l’eccitazione a distanza dei nervi lombari di una rana per effetto di una scintilla rilasciata dal conduttore di una macchina elettrostatica.

Non passarono nemmeno due mesi che il fisico francese André-Marie Ampère Jean-Baptiste Biot e i colleghi e Felix Savart approfondirono le leggi dell’elettromagnetismo formulando rispettivamente la “Legge di Ampere” sulla circuitazione del campo magnetico e la “Legge Biot-Savart” utile per calcolare il campo magnetico risultante da una distribuzione di corrente.

Manoscritto sull’invenzione della pila inviato da Volta alla Royal Society di Londra

In questa occasione gli incaricati nascosero il manoscritto, ripetendo gli esperimenti di Volta e pubblicarono a loro nome i risultati. Il tentativo di plagio venne però scoperto e punito. 2

Michael Faraday,

Nel 1831 fisico e chimico britannico, tra le altre cose primo inventore del becco di Bunsen, continuando le ricerche in campo elettromagnetico scoprì l’induzione elettromagnetica dimostrando come un campo magnetico variabile può produrre un campo elettrico secondo la “Legge di Faraday-Neumann-Lenz”.

A metà del XIX secolo, precisamente nel 1864, il fisico scozzese James Clerk Maxwell elaborò una teoria unitaria sull’elettromagnetismo unificando i lavori dei suoi predecessori in quattro equazioni differenziali capaci di descrivere completamente, insieme alla “Legge di Lorenz” riguardante l’effetto che campi elettrici e campi magnetici hanno su di una carica elettrica in movimento, l’interazione elettromagnetica.

Nella ricerca di una simmetria tra le equazioni riferite al campo elettrico e quelle riferite al campo magnetico Maxwell giunse a teorizzare l’esistenza delle onde elettromagnetiche.

Sempre per via teorica deduce inoltre la velocità di propagazione di un’onda elettromagnetica nel vuoto pari a quella della luce, misurata nel 1676 per via astronomica durante le eclissi dei satelliti di Giove da Olaf Romer e nel 1849 per via sperimentale da H.l. Fizeau.

Tutto ciò lo portò a capire la natura di onda elettromagnetica della luce, omogeneizzando così l’ottica con l’elettromagnetismo puro.

Equazioni di Maxwell

Teorema di Gauss (E)

 i  E  ( )= s ε 0

Teorema di Gauss (B)

 B  ( )=0 s

Teorema di Faraday – Henry – Lenz

 B  ( ) s

 C E ( )=−( ) l t



Teorema di Ampere - Maxwell

 E   ( ) s

 C B ( )=μ (iε ⋅( )) l 0 0 t

 3

Dovettero però passare più di vent’anni perché le onde elettromagnetiche fossero verificate sperimentalmente. Finalmente nel 1887 Heinrich Rudolf Hertz, fisico tedesco e professore all’università di Karlsruhe, dimostrò la bontà delle deduzioni di Maxwell riuscendo a produrre delle onde elettromagnetiche a partire dall’elettricità e a riceverle a distanza.

A tale scopo costruì un dispositivo detto oscillatore che produceva delle scariche elettriche che a loro volta generavano delle onde elettromagnetiche. Accanto ad esso pose un secondo apparecchio di sua invenzione detto risonatore dove era possibile osservare delle minuscole scintille che si manifestavano in concomitanza con le scariche elettriche dell’oscillatore nonostante i due dispositivi non fossero in collegamento tra loro.

Heinrich Rudolf Hertz

Hertz inoltre escluse l’esistenza dell’etere e riformulò le equazioni di Maxwell nella forma che conosciamo noi oggi. Purtroppo non capì l’importanza dei propri esperimenti, e agli studenti impressionati che chiedevano quali potevano essere gli usi di questo meraviglioso fenomeno rispondeva:

«Non c’è nessun tipo di utilizzo, è solo un esperimento che dimostra che Maxwell aveva ragione. Abbiamo queste misteriose onde elettromagnetiche che non possiamo vedere ad occhio nudo, ma che ci sono.»

Rappresentazione dell’esperimento

Negli anni successivi molti furono gli scienziati che si impegnarono nell’approfondimento dei fenomeni elettromagnetici, ricordiamo Temistocle Calzecchi Onesti, Edouart Branly e Oliver Lodge, che attorno al 1890 furono i padri di un nuovo rivelatore di onde hertziane basato su polveri metalliche denominato coherer. Citiamo inoltre il Augusto Righi, Aleksandr Stepanovič Popov Nikola Tesla, fisico italiano il fisico russo e poliedrico fisico serbo naturalizzato statunitense, inventore, oltre che della corrente alternata e numerose altre cose, di lampade a scarica di gas senza fili e di dispositivi di trasmissione di energia elettromagnetica senza fili.

Molti di essi però non credevano nella possibilità di comunicare a distanza utilizzando le onde hertziane o non si interessarono immediatamente della comunicazione possibile grazie a tali onde, limitandosi alla loro produzione e ricezione. Guglielmo Marconi,

Fu il giovane tecnico italiano di 21 anni, che, nell’estate del 1895, riuscì per primo ad effettuare una telecomunicazione trasmettendo e ricevendo segnali elettromagnetici ad una distanza di 2400 metri. Nell’inverno dello stesso anno Marconi con una trasmissione supera l’ostacolo di una collina; questo esperimento storico, concluso col famoso colpo di fucile, celebra la “nascita della radio.” 4

2.2. Descrizione fisica delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono costituite da due componenti accoppiate: un campo elettrico oscillante (indicato solitamente con la lettera E) e il campo magnetico (indicato invece con la lettera B) da esso generato. I due campi sono mutuamente perpendicolari e oscillano in fase in modo perpendicolare alla direzione di propagazione determinando così il carattere trasversale dell’onda.

Essi sono inoltre tra loro dipendenti cosicché conoscendo l’uno, l’altro è perfettamente determinabile ed è calcolabile utilizzando le equazioni di Maxwell.

Nel vuoto l’onda elettromagnetica si propaga, nella direzione perpendicolare al piano identificato dalle direzioni delle due oscillazioni dei campi elettrico e magnetico, con una velocità pari a quella della luce ovvero 299792,458 km/s, circa 3x10⁸ m/s. Tale valore è stato assunto dalla fisica come valore esatto, privo di incertezza, ed è indicato con la costante c.

La velocità di propagazione è inoltre indipendente dalla velocità della sorgente come da quella dell’osservatore.

Nei mezzi materiali non conduttori invece la velocità delle onde è minore di quella nel vuoto ed è ricavabile dall’equazione v=c/n dove n è l’indice di rifrazione del mezzo che può però assumere valori diversi al variare della frequenza d’onda.

La lunghezza d’onda delle onde radio, intendendo per essa la distanza tra un punto in un ciclo e il punto corrispondente nel ciclo successivo (vedi figura), varia dal millimetro per le microonde a parecchi chilometri.

Legata alla lunghezza d’onda, attraverso la velocità dell’onda stessa, è la frequenza, misurata in Herz in onore del famoso fisico. Essa consiste nel numero di lunghezze d’onda che passa per un dato punto nell’unità di tempo ed è ricavabile dal rapporto c=f·λ.

Nelle onde elettromagnetiche, inoltre, viene definita col termine polarizzazione la direzione lungo la quale il campo elettrico oscilla durante la propagazione dell’onda. Essa può essere principalmente di tre tipi: lineare, circolare o ellittica. 5

2.3. Lo spettro elettromagnetico

L’intero intervallo delle frequenze che può assumere un’onda elettromagnetica viene chiamato spettro elettromagnetico.

La frequenza di un’onda elettromagnetica può assumere un qualsiasi valore positivo ed è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda (λ) e direttamente proporzionale all’energia: c=fλ; E=hf.

Onde con diversa frequenza d’onda necessitano quindi di sistemi di generazione differenti e presentano caratteristiche diverse che le rendono più o meno adatte a particolari utilizzi.

Lo spettro elettromagnetico è stato suddiviso in più regioni, generalmente in base al tipo di sorgente e all’utilizzo della radiazione, che ci permette una rapida catalogazione delle onde elettromagnetiche. Spesso il confine di divisione di queste regioni non è netto poiché onde a determinate frequenze vengono prese in considerazione da più branche della scienza che le utilizzano in modi diversi.

Onde radio inferiore ai 10⁹ Hz

Sono le onde elettromagnetiche di frequenza minore, ovvero con lunghezza d’onda maggiore di 0,3 m.