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Orologi radiocontrollati

Un orologio radiocontrollato è un orologio con movimento al quarzo sincronizzato via onde radio con l'orologio atomico, l'orologio più preciso al mondo.

Orologio atomico

Se l'orologio con movimento meccanico determina lo scorrere del tempo tramite le oscillazioni del bilanciere e quello al quarzo con quelle di questo cristallo, l'orologio atomico si serve di quelle di un atomo. Il più diffuso è quello al cesio 133, la sua precisione è tale da prevedere un errore di appena un secondo in un milione di anni. Più precisamente, il secondo (unità di misura standard del Sistema Internazionale), che in questo caso prende il nome di secondo atomico, è definito come l'intervallo di tempo che contiene 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio 133.

Tra quelli esistenti al mondo si possono portare all'attenzione quello in Germania, presso l'Istituto Federale per la Fisica e la Tecnica di Braunschweig (PTB) e quello in Italia, presso l'Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris (IEN) di Torino. Quest'ultimo è impiegato anche dalla RAI per diffondere il segnale orario sulle sue reti radiofoniche e televisive. Da aggiungere poi, che esistono orologi atomici pure sui satelliti del sistema di posizionamento GPS.

Stazioni radio

Le informazioni fornite dall'orologio atomico sono diffuse sotto forma di onde elettromagnetiche dalle stazioni radio apposite. Questi servizi di diffusione sono realizzati in modulazione di ampiezza e operano generalmente nella gamma di frequenza delle onde lunghe (bassa frequenza), le quali presentano delle prerogative fondamentali: la loro ricezione non è alterata dagli ostacoli, quali alberi o costruzioni e possono essere ricevute senza antenne esterne; le onde seguono la curvatura della terra (linea dell'orizzonte) e, specialmente durante le ore notturne, sono riflesse dalla ionosfera, permettendo ai segnali radio di percorrere grandi distanze.

DCF77

In Europa è presente il segnale del DCF77 (ampiamente utilizzato in Italia), il trasmettitore di frequenza campione e di segnale orario situato in Germania, a Mainflingen, 25 km a sud est di Francoforte sul Meno (coordinate geografiche: 50° 01' Nord, 09° 00' Est). Diffonde le informazioni prodotte dagli orologi atomici del PTB, senza interruzione, 24 ore su 24, alla frequenza di 77.5 kHz in un raggio d'azione che può raggiungere pressappoco i 2000 chilometri dalla stazione trasmittente, come raffigura l'immagine riportata sotto (da ritenersi approssimativa).

Il trasmettitore, che ha un'alimentazione nominale di 50 kW, è collegato a due antenne verticali omnidirezionali, alte rispettivamente 150 e 200 metri; una è sempre in funzione, l'altra viene avviata in caso di guasto o di lavori di manutenzione della prima.

In Germania è l’orario ufficiale: sincronizza gli orologi delle emittenti di radio e televisione e delle stazioni ferroviarie, dei sistemi di controllo dei semafori e dei controlli di processi industriali produttivi.

Altre stazioni

Altre principali stazioni radio di tempo e di frequenza esatta sono:

• MSF nel Regno Unito, ad Anthorn (coordinate geografiche: 54° 55' Nord, 3° 15' Est). Fino all'aprile 2007 il trasmettitore era collocato a Rugby. Gestita dal NPL, trasmette sui 60 kHz;
• HBG in Svizzera, a Prangins (coordinate geografiche: 46° 24' Nord, 6° 15' Est), sui 75 kHz. Il codice è compatibile con quello del trasmettitore tedesco DCF77;
• WWVB negli USA, nello stato del Colorado. Gestita dal NIST, trasmette sulla frequenza di 60 kHz coprendo tutto il Nord America;
• JJY in Giappone, gestita dal NICT. Fa uso di due distinti trasmettitori situati in due luoghi differenti: la stazione di Ohtakadoya (coordinate geografiche: 37° 22' Nord, 140° 51' Est) e la stazione di Hagane (coordinate geografiche: 33° 28' Nord, 130° 11' Est). I due segnali trasmettono rispettivamente sui 40 e 60 kHz.

Gli apparecchi riceventi

Gli orologi dotati all'interno di un'apposita antenna in ferrite e di un decodificatore adatto (i radiocontrollati appunto), ricevono il segnale emesso dal trasmettitore, lo convertono e sincronizzano ore, minuti, secondi, giorno, mese, anno, ora legale e solare. Questa procedura avviene in automatico due volte ogni 24 ore (di solito nel periodo notturno) oppure manualmente, tramite il pulsante di chiamata al trasmettitore. L'elettronica interna segnala se l'ultima sincronizzazione ha avuto buon fine e in alcuni modelli viene indicato anche il numero di tentativi di ricezione falliti. La maggior parte riceve il segnale del DCF77, ma ci sono quelli che, con una semplice commutazione manuale, permettono addirittura di scegliere altre stazioni.

Può non essere possibile ricevere correttamente il segnale in luoghi soggetti a generare disturbi alle onde radio, come ad esempio:

• Nelle vicinanze di cavi d'alta tensione o di linee ferroviarie;
• In presenza di disturbi naturali che si originano dall'attività meteorologica, come le scariche elettriche dei fulmini;
• Vicino ad un telefono cellulare acceso;
• Vicino ad apparecchi elettrici (televisioni, frigoriferi, computer, ecc.).

Inoltre, per il fenomeno della propagazione ionosferica delle onde radio, il livello del segnale ricevibile non è sempre costante. Per esempio durante il periodo notturno può essere migliore rispetto a quello diurno. Nel caso che la ricezione non avvenga, la precisione dipenderà dal movimento al quarzo dell'orologio.

Le onde elettromagnetiche che arrivano agli orologi non sono dannose perché sono onde come quelle captate da una comunissima radio. Da non dimenticare poi, che sono apparecchi riceventi e non trasmittenti.

Si può trovare la funzione di radiocontrollo nelle sveglie portatili e nelle stazioni meteorologiche di Oregon Scientific, in alcuni orologi della tedesca Junghans e delle giapponesi Citizen e Casio (e di altre marche meno conosciute).

I radiocontrollati sono impiegati anche dai centri di controllo degli orologi con movimento meccanico, come il COSC (Controllo Ufficiale Svizzero dei Cronometri) o il CICOM (Centro Italiano Controllo Orologi Meccanici) per le prove di marcia cronometrica, vale a dire quelle verifiche atte a stabilire la precisione di questi segnatempo.

Sito del PTB dedicato al trasmettitore DCF77
Sito dedicato al trasmettitore DCF77
Sito del NPL dedicato al trasmettitore MSF
Sito del METAS dedicato al trasmettitore HBG
Sito del NIST dedicato al trasmettitore WWVB
Sito del NICT dedicato al trasmettitore JJY

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