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Magnetismo

In parole povere, il magnetismo è una forza fisica invisibile che agisce sulla materia o su sostanze come il ferro. Nel campo della fisica, il termine comprende tutte le sottoaree che studiano magneti e campi magnetici. La ricerca sul magnetismo esamina quindi le proprietà dei magneti (ad esempio attrazione o repulsione) e i fenomeni ad essi associati. In fisica, il Tesla (unità) è utilizzato come unità di misura per il magnetismo.

Una breve storia del magnetismo

I magneti naturali sono costituiti da ferro, ossigeno e idrossido di ferro e si formano naturalmente tramite vulcanismo. Il magnetismo è stato utilizzato con profitto almeno dall'invenzione della bussola, intorno al 1100.

I primi esperimenti sistematici per determinare la forza magnetica non furono condotti prima del 1269. Pierre de Maricourt indagò quando i poli magnetici si attraggono o si respingono e registrò i suoi risultati. Questi esperimenti hanno costituito le fondamenta su cui è stata costruita la ricerca sul magnetismo negli anni successivi.

Fatto interessante: anche la luce e il magnetismo sono correlati, perché in senso stretto, la luce è composta da campi vibranti, elettrici e magnetici.

Prima introduzione al magnetismo: le basi

Gran parte del magnetismo viene insegnata nella scuola elementare. Un magnete ha fondamentalmente due poli: il polo nord (solitamente mostrato in rosso) e il polo sud (normalmente blu). All'esterno del magnete, le linee di campo vanno sempre dal polo nord al polo sud, in tre dimensioni. In parole povere, un magnete ottiene la sua energia da questi movimenti (o correnti elettriche). Le linee di campo rappresentano graficamente il magnetismo, ovvero la potenza del magnete e la sua forza.

Un oggetto deve trovarsi all'interno di questo campo affinché il magnete possa influenzarlo. Le singole aree della fisica studiano diversi tipi di magneti e magnetismo, tra cui:

• Magnetiti (manifestazione del magnetismo in natura)
• Magneti permanenti o permanenti (ad esempio magneti a barra)
• Magneti temporanei
• Elettromagneti

L'ossido di ferro, il samario, il cobalto e il neodimio vengono solitamente utilizzati per creare magneti permanenti e generare magnetismo. I magneti al neodimio sono tra i magneti più potenti al mondo e hanno una durata di vita notevole. Si stima che perdano solo circa il 5% del loro magnetismo ogni 100 anni. Tuttavia, se vengono conservati in modo non corretto o esposti ad alte temperature, possono perdere il loro effetto magnetico. Questo è il caso a circa 80°C. Tuttavia, ci sono eccezioni speciali che possono anche tollerare temperature più elevate.

Gli elettromagneti sono costituiti principalmente da bobine di rame. Oggigiorno è possibile produrre elettromagneti potenti artificialmente facendo passare l'elettricità attraverso le bobine. Si forma quindi un campo magnetico attorno a ciascun conduttore attraverso il quale scorre la corrente, e questo è definito effetto del magnetismo elettrico. I problemi di surriscaldamento che possono derivare dal magnetismo e dall'elettricità possono essere evitati con l'aiuto dei superconduttori.

Quali tipi di magnetismo esistono?

Per descrivere le proprietà magnetiche dei singoli materiali, si distingue tra tre categorie:

• Diamagnetismo: il materiale non ha alcun effetto magnetico e viene persino leggermente respinto.
• Paramagnetismo: il materiale è solo debolmente attratto.
• Ferromagnetismo: il materiale è esposto a una forte attrazione magnetica.

I magneti funzionano solo su determinate materie prime magnetizzabili, più precisamente su materiali ferromagnetici come:

• Ferro
• Acciaio
• Nichel
• Cobalto

Se un ferromagnete non magnetizzato entra in contatto con un campo esterno e questo viene poi spento, il ferromagnete mantiene una magnetizzazione positiva o negativa. In tali casi, il magnetismo provoca quella che è nota come isteresi (cambiamento di effetto dopo un cambiamento di causa). La magnetizzazione negativa o positiva che rimane dopo questo processo è anche chiamata magnetismo rimanente in fisica.

Informazioni: è anche possibile la schermatura dal magnetismo. Con la schermatura magnetica, le linee di campo vengono reindirizzate da determinati materiali o escluse dalle aree. Esempi includono metalli MU, ferro dolce e Vitroperm.

Applicazioni del magnetismo nella vita quotidiana

Oggi, il magnetismo non è solo onnipresente in fisica. Nella vita quotidiana troviamo magneti in tutte le possibili forme e luoghi, tra cui:

• Veicoli a motore
• Dischi rigidi
• Trasformatori di corrente
• Attrezzature da cantiere

I campi magnetici potenti consentono lo studio dei materiali a livello atomico. In combinazione con gli spin, i medici utilizzano la risonanza magnetica (in breve MRI) per esaminare organi interni e strutture tissutali. Inoltre, le forze magnetiche possono essere convertite in forze elettriche e viceversa.

Mentre la posizione degli elettroni influenza le proprietà magnetiche di un materiale, il movimento degli elettroni in una direzione genera elettricità. Pertanto, il magnetismo svolge anche un ruolo importante nel campo dell'ingegneria elettrica. Ad esempio, gli ingegneri hanno utilizzato la levitazione magnetica per costruire treni ad alta velocità come il treno a levitazione magnetica Transrapid.

Come campo di ricerca in fisica, il magnetismo fornisce anche spiegazioni su come i pianeti si muovono nello spazio. In linea di principio, la nostra Terra è un magnete gigante: ha un polo nord e uno sud ed è circondata da un campo geomagnetico naturale. L'orientamento del campo magnetico della Terra spiega perché l'ago di una bussola punta sempre a nord.