Proprietà magnetiche della materia

Alcune sostanze, come la magnetite, hanno la proprietà di attrarre la limatura di ferro e di attrarsi a vicenda. Questa caratteristica era già nota agli antichi Greci che, nei dintorni di Magnesia, nell'Asia Minore, scoprirono un minerale che aveva queste capacità attrattive, e lo chiamarono Magnes lithos (pietra di Magnesia), oggi nota come magnetite, da cui deriva il termine di magnete, che designa tutti i minerali dotati di questa proprietà.

La magnetite è un magnete naturale, ma esistono anche delle sostanze, come il ferro e le sue leghe (acciai), il cobalto e il nichel, che, messe a contatto o nelle vicinanze di un magnete, ne acquistano le proprietà attrattive caratteristiche: si dice che vengono magnetizzati.

Tutte queste sostanze, che sono fortemente attratte da un magnete, sono dette ferromagnetiche.

La magnetizzazione di una sostanza ferromagnetica può essere permanente o temporanea. La magnetizzazione permanente si verifica per esempio nell'acciaio che, in presenza di un magnete, acquista una magnetizzazione che permane anche quando il magnete che l'ha provocata viene allontanato (il materiale, cioè, diventa a sua volta un magnete). La magnetizzazione temporanea, riscontrata per esempio nel ferro dolce, permane invece fintanto che è presente il magnete che l'ha provocata.

Accanto alle sostanze ferromagnetiche, ve ne sono altre che sono poco sensibili alle forze esercitate su di esse da un magnete, e che in base al loro comportamento sono distinte in altre due categorie: diamagnetiche e paramagnetiche.

Sono diamagnetiche quelle sostanze che, come l'acqua, il piombo, la grafite e il quarzo, vengono debolmente respinte da un magnete; sono paramagnetiche le sostanze, come l'alluminio e il sodio, che vengono debolmente attratte da un magnete.

Il grado di magnetizzazione di una sostanza viene espresso dalla permeabilità magnetica relativa (μr). Nelle sostanze ferromagnetiche i valori della permeabilità magnetica possono raggiungere l'ordine di grandezza delle centinaia di migliaia, mentre nelle sostanze diamagnetiche e in quelle paramagnetiche la permeabilità è molto vicina all'unità: leggermente superiore per le sostanze paramagnetiche, più bassa per quelle diamagnetiche (v. tab. 18.1).

I poli magnetici

La calamita, termine con il quale si indicano in linguaggio comune i magneti permanenti, è una varietà della magnetite. Le proprietà attrattive della calamita sono concentrate alle sue estremità, mentre nella zona centrale una calamita è neutra. In genere una calamita è sagomata a ferro di cavallo o, più comunemente, a barretta: le sue estremità vengono dette poli magnetici. I poli magnetici di una calamita attirano la limatura di ferro o piccoli pezzetti di ferro posti nelle sue vicinanze. Lasciata libera di ruotare, una calamita a forma di barretta (o di ago) si dispone naturalmente con una delle sue estremità (e sempre la stessa) in una direzione che individua approssimativamente il polo Nord geografico della Terra (questo fenomeno è alla base dell'invenzione della bussola): perciò il polo magnetico che punta verso il Nord geografico viene chiamato polo nord e l'altro polo sud.

Come avviene per le cariche elettriche, due poli magnetici della stessa natura si respingono, mentre due poli di natura opposta si attraggono: così, avvicinando due calamite libere di ruotare, esse si disporranno in modo che il polo nord dell'una si avvicini al polo sud dell'altra. Se avviciniamo tra loro i poli nord (o sud) di due calamite, questi tenderanno a respingersi. Allo stesso modo in cui cariche elettriche dello stesso segno si respingono e cariche elettriche di segno opposto si attraggono.

Ma l'analogia con le cariche elettriche si ferma qui, poiché nel caso dei magneti, a differenza di quanto accade per le cariche elettriche, non esistono poli isolati. Questo significa che un magnete è sempre composto di un polo nord e di un polo sud. Se proviamo a tagliare un magnete al centro, sperando di dividere tra loro i due poli, otterremo soltanto un magnete più piccolo, ma alle due estremità vi saranno sempre un polo nord e un polo sud. Anche riducendo il magnete a dimensioni microscopiche si ottengono sempre due poli, o dipolo: è impossibile ottenere un polo magnetico isolato, o un monopolo (v. fig. 18.1).