Campo magnetico

campi magnetici

LA STORIA

INVERSIONE DEI POLI

In fisica il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre il ferro nonché trasmettere tale capacità ad altri materiali.

POLI MAGNETICI

CAMPI A CONFRONTO

LINEE DI CAMPO

Sabrina Costantino MuccioVA

IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Campi a confronto

Possiamo trovare alcune somiglianze tra campo elettrico e campo magnetico:

• Campo elettrico e magnetico sono campi di forza: sono la causa rispettivamente della forza elettrica e della forza magnetica
• Sia il campo elettrico sia quello magnetico sono descritti da linee di campo.
• Esistono due tipi di poli magnetici, nord e sud, come esistono due tipi di cariche, positive e negative.
• Poli dello stesso tipo si respingono come le cariche dello stesso segno. Poli di tipo diverso si attraggono, come le cariche di segni opposti.

• Forza elettrica e forza magnetica possono essere indotte: un conduttore scarico può essere elettrizzato e una barra di acciaio può essere magnetizzata.

Vi sono anche tre importanti differenze.

• Una barra di acciaio può essere magnetizzata, per contatto da una calamita ma non c'è alcun passaggio di poli magnetici. Nel caso dell'elettrizzazione, invece, si ha uno spostamento delle cariche elettriche.
• Un corpo può essere carico positivamente o negativamente, un magnete o una calamita hanno sempre uno polo nord e un polo sud.
• Le cariche elettriche di un segno si possono separare da quelle del segno opposto ma non si può fare lo stesso con i poli. Tagliando in due un magnete si ottengono sempre due magneti.

I minerali

Il magnetismo nell'arte

Possiamo dividere i minerali in ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici. FERROMAGNETICI Sono quelli che risultano fortemente attratti da un magnete. Alcuni di essi, inoltre, mantengono il magnetismo dopo essere stati separati dall’influenza del magnete: in tal caso, vengono chiamati magnetopolari. Magnetite, pirrotina, maghemite, cassiterite, ferro nativo, cromite e ilmenite sono minerali ferromagnetici: la magnetite e la maghemite, inoltre, diventano facilmente dei magneti. PARAMAGNETICI Sono attratti debolmente dal magnete e non si magnetizzano quando cessano di trovarsi sotto l’influenza del campo magnetico esterno. Appartiene a questo gruppo la maggior parte dei minerali contenente ferro, come ad esempio la biotite, la sciorlite e i silicati del gruppo del pirosseno, come la bronzite, o del gruppo degli anfiboli, come la horneblenda. DIAMAGNETICI Molti minerali non vengono attratti dal campo magnetico e possono arrivare persino ad essere respinti in zone dove la forza magnetica è minore; parliamo, in questo caso, di minerali diamagnetici. In questo gruppo sono inclusi il quarzo, il bismuto metallico, la calcite, l’albite e la grafite

È stato scoperto che le pitture murali di alcune stanze conservano la direzione del campo magnetico terrestre al momento della loro produzione, ovvero il 1750. Ma a chi si deve questa grande intuizione? Tutto merito dei docenti della facoltà di Scienze a Torino e, in particolar modo, di Giacomo Chiari, esperto in mineralogia, che per primo notò nel colore rosso il pigmento dotato di proprietà magnetiche. Perché proprio il rosso? Questo colore contiene nientepopòdimeno che grani di ematite. L’ematite è un minerale del ferro presente in natura molto frequentemente; quando è applicato su un muro mantiene una magnetizzazione residua prossima a quella del campo magnetico terrestre. In che modo? I colori utilizzati per le pitture murali si ottengono realizzando una sospensione di diversi materiali solidi in un liquido. Basta pensare ad ogni granello di ematite formato da un dominio con un preciso momento magnetico. Quando il colore viene applicato sul muro, il momento magnetico all’interno della sospensione comincia a ruotare allineandosi in prossimità del campo geomagnetico.

Poli dei magenti

Quando una calamita può ruotare attorno al suo centro si chiama ago magnetico, come quello di una bussola. L'ago magnetico orienta una delle sue estremità, sempre la stessa, verso il Nord terrestre e l'altra verso il Sud. Per questo le due estremità del magnete sono chiamate rispettivamente polo nord (polo N) e polo sud (polo S), con le seguenti caratteristiche: • le calamite interagiscono tra loro con forze attrattive o repulsive, che vicino ai poli sono particolarmente intense; • poli magnetici diversi si attraggono, poli magnetici con lo stesso nomi si respingono

In ogni punto in prossimita di un magnete, un ago magnetico asssume una determinata orientazione di equilibrio. La direzione lungo la quale si dispone l'ago è la direzione del campo magnetico nel punto considerato. Il verso del campo, per convenzione a quello che va dal polo S al polo N dell'ago. Essendo caratterizzato da una direzione e da un verso, oltre che da un intensità, il campo magnetico è un campo vettoriale. In ogni suo punto è quindi descritto da un vettore, indicato con B e chiamato induzione magnetica o campo magnetico

Campo magnetico uniforme

Linee di campo

Come qualsiasi campo vettoriale, anche il campo magnetico puo essere rappresentato mediante linee di campo, tangenti in ogni punto al vettore B e orientate secondo il suo verso. All'esterno del magnete le linee sono più ravvicinate In prossimita del poli, dove il campo è più intenso. Escono dal magnete attraverso il polo N e vi rientrano dal polo S. Un modo per visualizzare le linee di forza del campo è spargere, in prossimità di un magnete, della limatura di ferro: ogni piccolo frammento si magnetizza e si allinea con il campo magnetico

Fra le estremità di un magnete ripiegato, le linee di campo, orientate dal polo N al polo S, sono equidistanti e parallele tra loro. Ciò significa che il campo magnetico è uniforme

LA SCOPERTA

L'esistenza di un magnetismo naturale era nota già agli antichi greci (V - VI secolo a.C.), ma probabilmente ancora precedentemente era stato scoperto nell'antica Cina dove, si dice, fosse in uso un rudimentale prototipo di bussola magnetica. Aristotele riferisce che già Talete affermava che la «pietra di Magnesia [...] avesse anima perché muove il ferro», fornendo quindi una prima teoria in materia. Pare che Archimede (287-212 a.C.) abbia cercato di magnetizzare le spade dell'esercito siracusano al fine di disarmare più facilmente i nemici. Plinio il Vecchio, nella sua Naturalis historia, attribuisce l'etimologia del termine "magnete" ad un pastore cretese di nome "Magnes", il quale scoprì casualmente le proprietà della magnetite appoggiandovi sopra il suo bastone con la punta in ferro. Quello che è certo, comunque, è che gli antichi avevano scoperto la capacità di alcuni minerali (ad esempio la magnetite) di attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi. Allo stesso modo, Tito Lucrezio Caro nel De rerum natura racconta un curioso esperimento elettromagnetico osservato a Samotracia: «Avviene anche, talora, che da questa pietra s'allontani la natura del ferro, solita a fuggirla e seguirla a vicenda Ho visto anche sobbalzare anelli ferrei di Samotracia, e limatura di ferra infuriare entro

bronzei bacili, sotto cui fosse stato posto il magnete: tanto il ferro si mostra impaziente di fuggir dalla pietra. Per il frapporsi del bronzo si crea tanta discordia […].» Questa capacità di esercitare una forza a distanza ha dato fin dagli albori un particolare significato nei secoli al magnetismo. Tuttora nel XXI secolo si sente ancora talvolta parlare di forze magnetiche lasciando sottintendere un significato arcano e misterioso. Il più importante studio medievale sull'argomento è certamente la "epistola de magnete" di Pietro Peregrino di Maricourt che tra l'altro introduce il concetto e la terminologia dei due poli (Nord e Sud) della calamita, spiega come determinarne con precisione la posizione, ne descrive le interazioni reciproche, attrattive e repulsive, e propone l'esperimento della calamita spezzata. Nel 1600 apparve il "De magnete" di William Gilbert, che rimase a lungo il testo di riferimento sul tema del magnetismo. I primi studi quantitativi sui fenomeni magnetostatici si possono far risalire alla fine del Settecento - inizio dell'Ottocento ad opera dei francesi Biot e Savart e, successivamente, di Ampère sempre in Francia.

Campo magnetico terreste

Il punto indicato dalle bussole è di poco scostato dal Nord geografico e corrisponde al polo S di questo immaginario magnete. Si fanno diverse ipotesi circa l'origine del campo magnetico terrestre. Probabilmente è dovuto al moto, all'interno della Terra, di materiali fusi che trasportano un'elevata quantità di carica elettrica. Anche le correnti elettriche generano campi magnetici.

Il fatto che il polo N di un ago magnetico sia rivolto verso il Nord geografico terrestre dimostra che la Terra stessa è assimilabile a un magnete. Il campo magnetico terrestre è simile a quello prodotto da una barra magnetica. Questa gigantesca barra è leggermente inclinata rispetto all'asse di rotazione della Terra