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Come funziona un rilevatore di fumo.
Dal rilevamento all\'elettronica.
Sponsorizzato in parte dal programma speciale per i grant della Fondazione Camille & Henry Dreyfus per le Scienze Chimiche.
Io penso che i rilevatori di fumo siano una meraviglia dell\'ingegneria.
Lasciate che vi mostri come funziona.
Questo cilindro nero ha delle feritoie che guidano l\'aria verso il rilevatore.
Ora, questo nasconde la parte essenziale del dispositivo.
Infilato qui dentro c\'è circa un micro-curie di Americio 241 radioattivo - all\'incirca 0.29 microgrammi.
Quel piccolo pezzetto di materiale radioattivo genera una piccola corrente che fa funzionare il rilevatore.
Lasciate che vi spieghi.
L\'aria passa tra questi due elettrodi, ora naturalmente l\'aria non conduce elettricamente.
ma quando le particelle alpha dell\'americio radioattivo sbattono contro le molecole di ossigeno e azoto che compongono l\'aria
spingono via elettroni lasciando molecole cariche elettricamente nel gas.
La batteria a 9 volt fa sì che questi ioni si muovano in modo da formare una corrente.
Ora, la misura è questa: qualcosa come 100 pico amps, circa un centimiliardesimo the la corrente che alimenta la vostra casa.
Quando il fumo entra la camera gli ioni si attaccano ad esso e rallentano e spesso diminuiscono la loro carica,
e questi due eventi causano la perdita di corrente che innesca l\'allarme.
Ora, per far sì che una cosa così compatta funzioni con una batteria a 9 volt c\'è voluta la rivoluzione dello stato solido degli anni \'60.
Lasciate che vi mostri.
Se rimuovo i due elettrodi potete vedere un piccolo circuito integrato.
Esso ha all\'interno un fanstastico dispositivo chiamato MOSFET, che può rilevare quelle minuscole variazioni nella corrente.
Nel rilevatore esso ha la funzione di interrutore on-off attivato dalla minuscola corrente tra i due elettrodi.
Come qualsiasi transistor, la sua operazione dipende dalla sua abilità di creare diodi da semiconduttori.
Ricordate che un diodo permette alla corrente di passare in una sola direzione perché usa due tipi di semi-conduttori
Un tipo che utilizza trasportatori di cariche negative e un altro di cariche positive.
Se si gira la batteria il flusso delle cariche si interrompe.
Ora, per \"costruire\" un MOSFET prendiamo due diodi come quelli e li mettiamo insieme così che ciascuno è l\'opposto dell\'altro.
Ora sembrerebbe inutile in quanto nessuna corrente fluirebbe mai attraverso un tale circuito,
Ma gli ingegneri inseriscono questo sandwich di diodi dentro lo stesso tipo di semiconduttore del diodo che esso tocca.
E poi posizionano contatti metallici alle estremità dei diodi e sul blocco di materiale semiconduttore.
Poi ricoprono i diodi con un sottile strato di biossido di silicio.
Ora, al contrario dei metalli o dei semiconduttori esso non conduce affatto.
Su di esso posizionano un\'altro contatto metallico chiamato gate, che apre e chiude il canale per la corrente tra la sorgente e il pozzo.
Quando creiamo una differenza di voltaggio tra il gate e la sorgente essa genera un campo
attraverso lo strato isolante che trascina i trasportatori di cariche positive verso il gate, aprendo un canale che ora permette alla corrente di fluire.
In un circuito usiamo la batteria a 9 volt per creare una differenza di potenziale tra la sorgente e il gate.
Fa \"tendere\" il gate in modo che la corrente scorra attraverso il MOSFET facendo suonare l\'allarme,
quindi noi preveniamo questo con una corrente che scorre dal rilevatore.
Qui è dove il gas ionizzato crea la piccola corrente tra i due elettrodi che vi ho mostrato prima.
Quella corrente passa attraverso una grossa resistenza e crea un voltaggio che si oppone a quello della batteria
e chiude il passaggio della corrente attraverso il MOSFET.
Se il fumo entra nella camera, la piccola corrente si interrompe,
il MOSFET permette alla corrente di fluire in questa sezione del circuito
il che innesca l\'allarme.
Questa, per me, è il massimo dell\'ingegneria:
Semplice, affidabile ed economico, e salva un enorme numero di vite.