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Momento magnetico
Un momento magnetico, noto anche come momento di dipolo magnetico o coppia magnetica, è un'unità che descrive la forza di un dipolo. Disegna così la relazione tra la forza del campo e la coppia meccanica più alta ottenibile. Viene fatta una distinzione tra un momento di spin magnetico, che specifica la forza generata dallo spin degli elettroni, e un momento di orbita magnetica. Quest'ultimo, a sua volta, viene utilizzato per caratterizzare i movimenti degli elettroni attorno al loro nucleo atomico. Entrambi i momenti di dipolo sono collegati da interazioni - le cosiddette interazioni spin-orbita.
Come agisce la coppia magnetica in un campo magnetico?
La coppia del campo magnetico di un magnete esterno agisce su un momento magnetico e lo fa ruotare nella direzione del campo. L'angolo risultante tra la coppia magnetica e la direzione del campo influenza l'energia prevalente. La causa della creazione di un momento magnetico può essere da un lato le correnti del circuito elettrico o dall'altro il momento angolare intrinseco degli spin. Ad esempio, se immagini un percorso di corrente chiuso, il momento magnetico sarebbe al centro dell'area circolare che viene creata e dipende dalla direzione della corrente. Qualcosa di simile può essere osservato a livello atomico, dal momento che i nuclei atomici sono orbitati da elettroni in orbite circolari, in modo simile a come i pianeti del nostro sistema solare orbitano attorno al sole nell'universo. La rotazione degli elettroni si chiama spin. Il movimento attorno al nucleo atomico forma un momento di dipolo magnetico. La somma di tutti questi momenti in un corpo magnetico sarebbe a sua volta un'immagine della forza magnetica totale, espressa nell'unità del momento magnetico.
È anche possibile che i momenti magnetici di diversi atomi si combinino. Questo accade, ad esempio, nel caso della magnetizzazione di un corpo ferromagnetico. Quando un tale magnete è vicino a un magnete esterno sufficientemente forte, o quando gli viene applicata una tensione elettrica, vengono avviati vari processi a livello di spettro atomico.I magneti elementari nel materiale ferromagnetico (le più piccole strutture magnetiche che assomigliano a minuscole barre magnetiche e hanno i propri campi magnetici) sono inizialmente disposti in modo irregolare. Il corpo non è ancora magnetico, poiché i singoli campi magnetici più piccoli dei magneti elementari si equilibrano a vicenda e quindi si neutralizzano a vicenda. I magneti si trovano in piccole aree separate da muri, chiamate domini Weiss. Se viene applicata una tensione o un magnete esterno, i magneti elementari o molecolari si allineano parallelamente tra loro e le singole aree si fondono l'una nell'altra. Questo stesso allineamento si basa su una forza nota anche come interazione di scambio. Può essere spiegato a livello di meccanica quantistica e con l'aiuto del momento magnetico.
Gli elettroni caricati elettricamente con momento angolare orbitale intrinseco sono influenzati dai campi elettrici. Si dispongono in modo tale che la loro energia sia il più bassa possibile. Se il momento angolare orbitale è ora ridotto, diminuisce anche l'interazione spin-orbita sopra menzionata. Gli spin degli elettroni influenzano il momento magnetico ei magneti molecolari ruotano parallelamente tra loro verso il campo elettrico o magnetico esterno. In questo modo si crea un nuovo magnete, le cui linee di campo convergono con il campo magnetico già esistente e lo rafforzano.
In alcuni materiali è possibile interrompere l'interazione spin-orbita in modo particolarmente rapido, a seconda della rispettiva struttura cristallina della sostanza. Se questo è il caso, si parla di un materiale magnetico morbido che può essere magnetizzato e smagnetizzato altrettanto rapidamente. Esempi per questo sono:- Ferro
- Cobalto
- Nichel
- Leghe a base di ferro-cobalto-nichel
- Ferriti morbide (composti di nichel-zinco o manganese-zinco)
- Materiali in polvere
- Magneti al neodimio ferro boro
- acciai martensitici
- Ferriti dure a base di stronzio o bario
- Leghe ferro-rame-cromo
Come si può determinare l'intensità del campo magnetico di un magnete elementare utilizzando il momento magnetico?
Per calcolare il momento magnetico, due fattori devono essere messi in relazione tra loro in un anello conduttore piatto: la corrente circolante stessa e l'area che circonda. La formula per calcolare il momento magnetico è:
Se si considera il momento magnetico in una bobina più lunga, nel calcolo deve essere compreso anche il numero di spire n: 
Se si vuole calcolare il momento magnetico di una singola particella, la carica presente deve essere rapportata al rispettivo momento angolare della particella. A tal fine si utilizza la seguente formula: 
μ indica il momento magnetico della particella, q la carica applicata e μB il cosiddetto momento di Bohr. Questo è il momento che corrisponde al momento angolare orbitale di un elettrone sulla prima orbita di Bohr dell'atomo di idrogeno. La s indica lo spin prevalente. Nel calcolo devono essere incluse anche le unità fisse e (carica elementare), g (fattore di Landé, che descrive la relazione tra momento angolare e momento magnetico) e h (costante di Planck, che registra il momento angolare).