Il magnetismo della materia (Materiale per la LIM)

Il magnetismo
della materia
Lezioni d'Autore
di Claudio Cigognetti
INDUZIONE MAGNETICA E INTENSITA’ DI CAMPO MAGNETICO
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(I)
Il simbolo B va esplicitamente utilizzato per indicare
l’induzione magnetica, avente come unità di misura il
tesla (simbolo T).
L’intensità di campo magnetico H ha invece come
unità di misura l’ampere al metro.
Il passaggio da una grandezza all’altra avviene
attraverso la permeabilità magnetica m0 del vuoto,
una costante che è fissata, indirettamente, nella
definizione di ampere. Si ha pertanto che:
B= m0 H, con m0 = 4p10-7 Tm/A.
INDUZIONE MAGNETICA E INTENSITA’ DI CAMPO MAGNETICO
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(II)
Nel caso in cui il campo magnetizzante H agisca su
un corpo, si crea all’interno dello stesso una
magnetizzazione M (dipendente dai momenti
magnetici microscopici) che ha la stessa unità di
misura di H
Pertanto l’intensità magnetica complessiva sarà
H+ M, mentre l’induzione magnetica diviene allora:
B= m0 (H + M)
Se la risposta del materiale è lineare si può scrivere
che l’effetto M è proporzionale alla causa H secondo
l’equazione: M =cH, in cui la nuova costante c,
adimensionale, è chiamata suscettività magnetica.
DIAMAGNETISMO, PARAMAGNETISMO E FERROMAGNETISMO
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(I)
La risposta costante c per un mezzo omogeneo e
isotropo permette di classificare i diversi materiali dal
punto di vista magnetico.
Se la sostanza subisce una leggera repulsione nelle
vicinanze di un magnete, si definisce diamagnetica.
In questo caso H e M sono opposti, c è negativa.
Se viceversa c è positiva e ha valori piccoli la
sostanza, detta paramagnetica, subisce una leggera
forza attrattiva.
Infine ferro, nichel, cobalto e altri materiali
ferromagnetici hanno grandi valori di suscettività e
mostrano proprietà uniche nelle vicinanze di un
magnete, ma in questo caso la dipendenza della
magnetizzazione dall’intensità non è lineare.
DIAMAGNETISMO, PARAMAGNETISMO E FERROMAGNETISMO
(II)
SUSCETTIVITÀ E TEMPERATURA
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(I)
L’interpretazione microscopica delle proprietà magnetiche
della materia rimanda a un sistema di momenti magnetici
microscopici interagenti che tendono ad assumere lo
stesso verso del campo magnetizzante.
D’altra parte l’agitazione termica tende a cancellare
l’ordine magnetico.
La suscettività viene quindi intuitivamente collegata alla
temperatura e si riesce a spiegare perché le sostanze
paramagnetiche alle alte temperature assumano valori
bassi.
SUSCETTIVITÀ E TEMPERATURA
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(II)
Dove prevale l’agitazione termica i momenti
magnetici microscopici non riescono a seguire
l’azione ordinatrice di H, mentre alle basse
temperature l’induzione magnetica raggiunge valori
elevati.
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La curva della suscettività
in funzione della
temperatura in prima
approssimazione è un
ramo d’iperbole.
LA TEMPERATURA DI CURIE
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(I)
D’altra parte le sostanze ferromagnetiche a una
temperatura finita, chiamata punto di Curie Tc,
mostrano il passaggio ordine-disordine con il
prevalere di un comportamento paramagnetico (per
il ferro il punto di Curie è pari a 1043 K), la
suscettività è inversamente proporzionale alla
differenza T-Tc.
LA TEMPERATURA DI CURIE
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(II)
Riscaldando così del ferro fino a fargli raggiungere
una temperatura di circa 800 °C, dove emette luce
rossa, e facendolo avvicinare a un magnete non si
osserva più la forte attrazione, basta però aspettare
il raffreddamento per ritornare al comportamento
ferromagnetico.
Una fiamma un magnete e una sostanza
ferromagnetica sono gli elementi di semplici
esperimenti dimostrativi per visualizzare il
passaggio di stato alla temperatura di Curie che può
avvenire anche in tempi brevi con opportuni valori di
temperatura e dimensioni degli oggetti.
LA TEMPERATURA DI CURIE
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(III)
In termini quantitativi la curva di magnetizzazione
all’aumentare della temperatura assume valori
decrescenti e tende a zero per T=Tc.
LA TEMPERATURA DI CURIE
(IV)
VIDEO
FINE