La storia dei magneti

La lunga storia dei magneti e la scoperta del magnetismo hanno avuto inizio con la prima scoperta delle magnetiti. Non è possibile nominare un vero inventore dei magneti, poiché esistono materiali naturali con proprietà magnetiche che sono stati scoperti e non inventati. Il nome magnete deriva probabilmente dai primi siti della regione della Magnesia in Grecia. La scoperta dei magneti viene attribuita in molti passi al signor Thales da Millet. Secondo la leggenda, il filosofo naturale greco visse nel 600 a.C. Le prime pietre magnetiche furono scoperte nel 1000 a.C. Era sempre impegnato nella sua ricerca e studiava le forze di attrazione tra magneti e resina ambrata.

Il minerale nero composto da ferro e ossigeno è chiamato idrossido di ferro e si è formato naturalmente tramite vulcanismo. Ad oggi sono stati identificati oltre 9.600 siti.
La scoperta delle magnetiti cambiò il mondo intero. Grazie alla ricerca moderna e alle ulteriori indagini sul magnetismo in fisica, i magneti vengono oggi utilizzati in un'ampia gamma di settori. Vengono utilizzati nei seguenti settori, ad esempio:

● dischi rigidi
● motori elettrici
● monitor per computer
● televisori
● microfoni
● altoparlanti

Tuttavia, le pietre magnetiche hanno trovato applicazione anche nei giocattoli e nei gioielli.

Dove sono stati utilizzati i primi magneti?

La magnetite naturale non è una pietra vera e propria, bensì un ossido di ferro magnetizzato. Nel III secolo a.C., fonti provenienti dalla Cina menzionano per la prima volta il fenomeno attrattivo. La calamita veniva spesso chiamata la pietra dell'amore. Gli abitanti della Cina hanno dato alla pietra questo nome speciale perché attrae il ferro come una madre amorevole attrae i suoi figli.

L'uso più antico del magnetismo nella storia è la bussola.
I cinesi lo usavano già nel 200 a.C. Nel IV secolo a.C. fu scoperta una bussola con un cucchiaio di magnetite che puntava verso sud. In questo modo venivano mostrate tutte e quattro le direzioni. All'epoca, la bussola originale veniva probabilmente utilizzata per la divinazione, in relazione al Feng Shui. Il suo scopo principale era determinare l'orientamento dei diversi edifici.

La bussola nella forma che conosciamo oggi fu menzionata per la prima volta nel I secolo d.C., quando si utilizzava un ago galleggiante per determinare i punti cardinali. Infine, si scoprì che i magneti potevano essere utilizzati anche per magnetizzare altre cose. Anche un ago di ferro tenuto vicino a una calamita acquisisce proprietà magnetiche. Ora potrete posizionare l'ago magnetico sul sughero. Non appena si appoggia il tappo su una superficie d'acqua ferma, l'ago ruota sempre in due direzioni specifiche: un lato dell'ago punta verso il Polo Sud, l'altro lato verso il Polo Nord.

Pierre de Maricourt è considerato il fondatore dello studio del magnetismo in fisica. Fu il primo a studiare sistematicamente il magnetismo e ne registrò i risultati per iscritto l'8 agosto 1269. Ha fatto le seguenti osservazioni:

● stessi poli magnetici si respingono
● rompendolo si creano altri due magneti

La ricerca e l'applicazione nei tempi moderni

Nel 1600, la ricerca scientifica con il lavoro di William Gilbert portò ulteriori approfondimenti. Nella sua opera “De Magnete” descrive la Terra come una grande calamita. Scoprì l'analogia tra il campo magnetico terrestre e diversi magneti. Grazie a questa funzionalità, alla fine è stato anche in grado di spiegare dettagliatamente la bussola. Sebbene l'uso della bussola fosse già diffuso, il fisico scozzese James Clerk Maxwell fu il primo a stabilire la connessione tra magnetismo ed elettricità nel 1864. Le equazioni di Maxwell da lui sviluppate sono note ancora oggi. Costituiscono la base dell'elettricità e del magnetismo. Fin dal XIX secolo, sono stati tra i più importanti risultati della fisica e della matematica.

Ulteriori misurazioni, come quelle di Henry Gellibrand, hanno dimostrato che il campo magnetico terrestre non è statico, ma cambia lentamente di tanto in tanto.
All'inizio del XIX secolo venne fondata a Gottinga la Società Magnetica e Carl Friedrich Gauss riuscì a dimostrare che la maggior parte del campo magnetico terrestre proviene dall'interno della Terra.

Differenziazione dei diversi magneti

Esistono diversi tipi di magneti. Ognuno di essi ha le sue caratteristiche. I più noti sono:

● Magnete in ferrite
● Magnete al neodimio
● Magnete AINiCo
● Magnete al samario-cobalto
● Elettromagneti

Magneti in ferrite

La maggior parte delle persone ha sicuramente tenuto in mano un magnete in ferrite sotto forma di magnete da frigorifero.

I magneti in ferrite si riconoscono dal loro colore scuro, nero o antracite. I magneti in ferrite dura sono tra i materiali magnetici più ampiamente utilizzati oggi. Le materie prime vere e proprie sono il biossido di ferro e il carbonato di stronzio. La ferrite dura può essere utilizzata per produrre magneti isotropi e anisotropi. I magneti in ferrite anisotropi hanno una densità energetica significativamente più elevata rispetto ai magneti isotropici. Questa percentuale è superiore di oltre il 300%. A seconda del materiale di partenza, questi possono essere suddivisi in ferrite di bario e ferrite di stronzio coercitiva.

Le proprietà più importanti dei magneti permanenti in ferrite includono l'eccellente resistenza alla corrosione e l'elevata funzionalità tra -40 gradi Celsius e +250 gradi Celsius. Sono anche molto resistenti agli agenti chimici. Inoltre, sono atossici e rispettosi dell'ambiente per quanto riguarda lo smaltimento in discarica. I magneti in ferrite possono essere classificati in modo diverso:

Oggigiorno i magneti permanenti vengono utilizzati nell'ingegneria elettrica, nell'industria automobilistica e dei veicoli, ma anche in medicina, nell'industria mineraria e nella metallurgia. Costituiscono inoltre il nucleo di numerose calamite per bacheche, utilizzate in ufficio o nel settore degli hobby.

Magneti al neodimio

Il neodimio, o "Nd" in breve, è uno degli elementi delle terre rare e fu estratto per la prima volta verso la fine del XVIII secolo da Carl Auer von Welsbach. Tuttavia, il neodimio possiede una proprietà cruciale e importante.
La scoperta del neodimio risale a Carl Friedrich Auer von Welsbach, Carl Gustav Mosander, Per Teodor Cleve e Lecoq de Boisbaudran. Tuttavia, il neodimio metallico puro non fu prodotto fino al 1925.
In una lega con boro e ferro, il neodimio forma il composto NdFeB: questo materiale può essere utilizzato per produrre i magneti permanenti più potenti oggigiorno. Il magnete al neodimio ha un'energia notevolmente maggiore del magnete in acciaio AlNiCo e viene quindi utilizzato principalmente laddove sono richiesti magneti permanenti potenti nel volume più piccolo.

Esempi degni di nota includono:

● Generatori
● Motori
● Satelliti

I classici magneti al neodimio sono contrassegnati con una “N” e un numero specifico, che indica la rispettiva forza magnetica. Di norma i valori sono compresi tra N35 e N50. Uno svantaggio dei magneti NdFeB è la loro enorme suscettibilità alla corrosione.

Magneti AlNiCo

In linea di principio si può dire che i magneti AlNiCo sono cosiddetti magneti permanenti. Il magnete in acciaio fu sviluppato nel 1931. Durante il processo di produzione di questi magneti, i pezzi di metallo ferromagnetico vengono magnetizzati da un forte campo magnetico, trasformandoli in magneti permanenti. La loro forza magnetica dura quindi decenni.
I magneti AlNiCo sono realizzati in alluminio, cobalto e nichel. A seconda della composizione del materiale, contengono anche ferro, rame e titanio. Attraverso diversi processi di fabbricazione si possono produrre magneti sia isotropi che anisotropi con diversi valori magnetici. Tali magneti permanenti possono essere lavorati solo utilizzando utensili diamantati.
I magneti permanenti sono particolarmente resistenti ai solventi; resistono solo a concentrazioni di acido inferiori al 10%. Gli acidi inorganici come l'acido citrico o l'acqua di mare danneggiano i magneti AlNiCo. Presentano inoltre un'elevata rimanenza e un'eccellente resistenza alla corrosione. Inoltre, oli, solventi organici, alcoli e benzina non hanno alcun effetto su di essi. I magneti AlNiCo possono essere smaltiti in modo ecologico se necessario.

Magneti al samario-cobalto

Il samario-cobalto è abbreviato in “SmCo” ed è stato sviluppato verso la fine degli anni '60. Si tratta di una lega composta dal raro metallo delle terre samario e dal metallo cobalto. Le abbreviazioni per questo sono "Sm" e "Co". Il samario-cobalto può essere prodotto in due strutture di lega: SMCo5 senza contenuto di ferro e Sm2Co17 con un contenuto di ferro pari a circa il 20-25 percento.

Negli anni '70, il samario-cobalto era uno dei materiali con la più alta densità energetica conosciuta. Ciò continuò fino alla scoperta del materiale neodimio-ferro-boro. La polvere metallica di samario-cobalto viene sinterizzata in opportune condizioni di trattamento termico. Ciò consente di ottenere una densità e un orientamento magnetico completi.

Grazie alla composizione del materiale, i magneti hanno un campo magnetico estremamente forte. Inoltre, è particolarmente improbabile che siano soggetti alla cosiddetta smagnetizzazione. L'elevata resistenza alla corrosione consente il riscaldamento a temperature fino a 300 gradi Celsius. 

Elettromagneti

Gli elettromagneti differiscono fondamentalmente dai magneti permanenti perché il loro campo magnetico non dipende dal materiale magnetico ma è generato dal flusso di corrente.

La scoperta dell'elettromagnetismo nel XIX secolo da parte di Hans Christian Oersted ha posto le basi per lo sviluppo degli elettromagneti. 

Il funzionamento degli elettromagneti si basa sulla connessione fondamentale tra elettricità e magnetismo, nota come elettromagnetismo. Quando la corrente elettrica scorre attraverso una bobina di filo (avvolgimento), si crea un campo magnetico attorno alla bobina. L'intensità di questo campo dipende dalla corrente, dal numero di avvolgimenti e dai materiali utilizzati. Per potenziare l'effetto del campo magnetico, spesso nella bobina viene inserito un nucleo costituito da materiale ferromagnetico, come il ferro. Il fattore decisivo in questo caso sono i cosiddetti poli, che possono essere invertiti a seconda della direzione della corrente, controllandone così la funzionalità. Gli elettromagneti trovano oggi impiego in numerose tecnologie, dal controllo di precisione delle macchine industriali ai dispositivi di uso quotidiano, come gli altoparlanti o le serrature delle porte. Ci permettono di utilizzare il potere del magnetismo in modo mirato e flessibile.

Il grande vantaggio degli elettromagneti rispetto ai classici magneti permanenti è che il loro campo magnetico rimane attivo solo finché scorre corrente. Ciò consente di accenderli e spegnerli in modo mirato, rendendoli ideali per applicazioni come motori elettrici, relè o magneti di sollevamento industriali.