DFX: Oggetti sottili, 15KHz, Legge di Lenz e “Skin Effect”…

Oggi vorrei spendere due parole sul perchè le frequenze più alte (nel caso del DFX i 15KHz) dovrebbero essere preferite quando si tenta di rilevare oggetti sottili (oggetti sottili in argento, catenine d’oro per esempio… 😉 )

A prescindere dai discorsi già fatti in questo blog relativi a discriminazione, frequenze e materiali indagati e sto alludendo al fatto che con le alte frequenze si riesce a discriminare meglio tra alluminio e oro, come molti di voi sanno già, l’uso del 15KHz si dimostra più “sensibile” agli oggetti minuscoli rispetto ai 3KHz.

Oggi vorrei anche TENTARE di spiegare il perchè (con parole spero semplici) da un punto di vista tecnico…

Come molti già sanno, il nostro metal detector, tramite il passaggio di corrente alternata nella sua bobina “trasmittente”, produce un campo magnetico che si propaga sia sopra che sotto la piastra.

Tralasciando la forma di questo campo magnetico e il suo legame con il tipo di piastra, ciò che ci interessa osservare è cosa accade quando questo campo magnetico, attraversando il terreno, incontra un oggetto metallico.

Quando ciò accade, grazie alla legge di induzione di Faraday, all’interno dell’oggetto metallico si genera una corrente elettrica appunto INDOTTA dal campo magnetico. Questa corrente ha un strano e particolare andamento… Ruota in circolo…come in un gorgo d’acqua…

Questa particolare corrente viene appunto chiamata CORRENTE EDDY (dalla parola inglese “eddy” che significa “vortice”).

Una breve citazione da Wikipedia non farà male… ehehehe

“Le correnti parassite o correnti di Foucault o correnti eddy (dall’inglese eddy: vortice) sono delle correnti indotte in masse metalliche conduttrici che si trovano immerse in un campo magnetico variabile o che, muovendosi, attraversano un campo magnetico costante o variabile. In ogni caso la variazione del flusso magnetico genera queste correnti.
Il fenomeno fu scoperto dal fisico francese Jean Bernard Léon Foucault nel 1851.

Il termine “eddy current” (letteralmente: correnti di vortice) deriva dal comportamento del remo quando lo si immerge nell’acqua e crea piccoli vortici mentre la barca avanza.”

Ora, se la frequenza che utilizziamo sarà 3KHz, le correnti eddy indotte nell’oggetto di metallo dovranno, dato che si tratta di correnti alternate, cambiare direzione di percorrenza esattamente 3.000 volte al secondo. Se utilizziamo i 15KHz, ovviamente, questo “gira di qua-fermati-vai nell’altra direzione-riparti” e così via accadrà 15.000 volte in un secondo.

Questi “STOP, GIRATI & GO!” continuativi sono i responsabili di un altro interessante effetto fisico descritto dal fisico russo Heinrich Lenz nella sua famosa legge. Questa legge (chi vuole può approfondire su internet o su un buon testo di fisica elettronica) ci dice che, nelle condizioni di alternanza di corrente eddy, si viene a creare un effetto elettrico di “auto-repulsione” che, in parole povere, spinge le correnti verso la superficie dell’oggetto metallico.

Questo fenomeno prende il nome di SKIN EFFECT (Effetto “Pelle”). Secondo la Legge di Lenz, questo effetto è tanto maggiore quanto più alta è la frequenza e tanto più sottile l’oggetto.

In altre parole, le correnti eddy di un oggetto sottile attraversato da un campo magnetico generato da una frequenza ALTA (15KHz), sono “PIU’ SUPERFICIALI”  rispetto a quelle di un oggetto sottile ma attraversato da un campo magnetico generato da una frequenza BASSA (3KHz).

Se guardiamo questi dati sperimentali ci renderemo immediatamente di cosa significhi.

In questa  tabella si è esaminato un pezzo di rame investito da campo magnetico generato a varie frequenze e si è calcolata la Profondità dell’Effetto Pelle. Essa rappresenta la profondità in Micrometri in cui la corrente si “muove”. Minore è la profondità (o lo “spessore della pelle”), maggiore sarà la resistenza al passaggio di corrente e, di conseguenza (per quello che ci interessa) l’identificabilità del nostro oggetto.

Frequenza Profondità Effetto Pelle (SKIN EFFECT) (in μm)
60 Hz 8470
10 kHz 660
100 kHz 210
1 MHz 66
10 MHz 21

Guardate tra 10 KHz e 100KHz come lo spessore si sia ridotto di oltre 2/3!

Concludendo, come avrete già intuito è proprio questa legge della fisica che ci permette di usare le frequenze alte (nel caso del DFX – i 15KHz) con maggiore profitto nella ricerca di oggetti molto piccoli e/o molto sottili.

Happy Skin Hunting!

Bodhi3

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