attrazioni fatali - Dipartimento di Fisica

ATTRAZIONI FATALI
Mi può aiutare a far chiarezza circa i magneti, la magnetite, il magnetismo?
Se al piccolo Albert Einstein i movimenti dell’ago di una bussola fecero nascere in lui la passione
per la scoperta della natura, perché ai piccoli di oggi si scateni un analogo amore, sembra che ci
voglia ben altro. Infatti, calamite e bussole fanno parte del loro vissuto, come si usa dire. Anche
molti giochi sfruttano la forza magnetica: spesso, è sufficiente nascondere un magnete in una parte
dell’oggetto per creare sorprendenti effetti. Peccato che l’inflazione di queste “magie” abbia
permesso che mettessero radici le seguenti tre convinzioni, decisamente sbagliate:
1. ogni qualvolta si è al cospetto di una forza “misteriosa”, questa si spiega con la presenza di
una calamita, opportunamente nascosta;
2. una calamita è in grado di attirare qualsiasi oggetto;
3. il magnetismo è un fenomeno naturale la cui spiegazione è molto semplice.
Partiamo, con ordine, dal primo punto. Non tutti i fenomeni di attrazione e repulsione sono dovuti al
magnetismo. Anzi, come proveremo a spiegare più sotto, il magnetismo non esiste nemmeno.
Comunque sia, analoghi effetti di interazione
macroscopica fra corpi, sono da attribuire alla forza fra
cariche elettriche, oppure alla forza di gravità. Ad
esempio, se la pellicola per gli alimenti ci si incolla alle
mani, il motivo va ricercato nella presenza di cariche
elettriche in eccesso o in difetto, sulla pellicola stessa.
Oppure, se i bicchierini “equilibristi” dei bambini stanno
sempre in piedi, il motivo va ricercato nella gravità.
Quindi, nella maggior parte dei casi che ci vede
testimoni, le calamite non sono nascoste da nessuna
parte.
Secondo punto. Le calamite (o magneti) possono
essere fatte di ferro, di nichel, di cobalto, di varie leghe
che contengono questi (o pochi altri) elementi. Una
sostanza particolare è la magnetite (ossido di ferro), che
si trova nelle rocce e che ha risvegliato i primi interessi
circa questi fenomeni. I fisici denominano i suddetti
materiali “ferromagnetici”. I magneti si possono solo
attirare a vicenda e dunque non è vero che essi possono
esercitare questa loro peculiare azione su tutti i tipi di
oggetti, e nemmeno su tutti i metalli. (Non più tardi di
pochi giorni fa, aiutando mio figlio a risolvere un
cruciverba per bambini, a malincuore gli ho fatto inserire
nella griglia la parola “calamita”: era quella richiesta dalla definizione “attira tutti i metalli”). È
come se un cuoco affermasse soddisfatto che la pizza si prepara con l’emmenthal.
Terzo punto. La teoria del magnetismo non è affatto semplice. Potremmo tuttavia, spezzare
il discorso in due parti. Un aspetto, compreso nel secolo XIX e di cui provo qui a dare l’idea,
riguarda il fatto che è possibile produrre effetti magnetici facendo passare una corrente elettrica in
un filo. Ciò significa che, per far muovere l’ago di una bussola si può utilizzare sia una calamita che
una corrente elettrica: il risultato è il medesimo. Ma poiché una corrente è prodotta dal movimento
di cariche elettriche, si capisce che, in assenza di queste ultime (in moto), non esistono effetti
magnetici. Se il lettore vuole sperimentare a casa questi effetti deve utilizzare una pila e un unico
filo, altrimenti non succede nulla (la corrente di rete è alternata e oscilla troppo rapidamente per
poter dar luogo a questo tipo di osservazioni). L’elettricità genera il magnetismo (il fenomeno è
anche inverso: il magnetismo genera l’elettricità). Ecco perché si parla di “elettromagnetismo”,
perché le due anime, elettricità e magnetismo, si fondono indissolubilmente. Rimane da risolvere
l’altro aspetto, ovvero il motivo per cui una calamita è tale e perchè solo certi materiali sono atti ad
essere magnetici. Qui le cose si complicano. La prima ipotesi che può venire in mente è: se il
magnetismo è generato da correnti elettriche, forse sono proprio delle correnti a livello atomico che
sono responsabili del carattere magnetico dei corpi. In effetti, in primissima approssimazione, le
cose vanno più o meno così. A questo punto, il lettore si starà domandando per quale motivo queste
ultra-micro-correnti rendano magnetici solo i corpi ferromagnetici. Semplificando molto, possiamo
dire che nella maggioranza dei materiali, l’effetto magnetico di ogni corrente atomica è
complessivamente nullo, perché i versi in cui circolano queste correnti sono disposti in modo
casuale all’interno del materiale. È come avere tanti aghetti di bussola posizionati in tutte le
direzioni: il risultato globale è identico a quello che avrei se non ci fosse nessun aghetto. Solo nei
materiali ferromagnetici, gli effetti magnetici di ogni singolo atomo possono rinforzarsi, anziché
annullarsi. In questo caso gli aghetti di bussola sono ben allineati. Il motivo principale per cui ciò
accade, è che il sistema spende meno energia a disporsi in questo modo ordinato che non a disporsi
in modo casuale. Ma un momento! Come mai non tutti i chiodi o gli aghi che abbiamo a casa sono
magnetici? Semplice: non sono stati magnetizzati all’atto della costruzione. È facile magnetizzarli
ora: è sufficiente strofinarli (sempre nello stesso verso) con una calamita: quest’operazione
permette l’orientamento degli aghetti di bussola atomici. E se si volesse poi farli ritornare allo stato
precedente, cioè avere di nuovo chiodi non magnetizzati? Qui le cose si complicano nuovamente.
Una possibilità, è rimetterli nella scatola della ferramenta e dimenticarli. Il tempo aiuta a far
ritornare il disordine (non è lo scorrere del tempo, ovviamente, è il fatto che un poco alla volta i
chiodi risentono della presenza di altri chiodi, di sbalzi termici, ecc..). Ma il modo migliore per
ottenere l’effetto desiderato, è quello di scaldare il chiodo portandolo ad una temperatura ben
precisa (per il ferro è, ad esempio, di 770°C): a questa temperatura sparisce l’ordine interno e il
materiale è smagnetizzato. Succede un po’ come per l’acqua quando bolle: sotto i 100°C (alla
pressione di una atmosfera, come avevamo ricordato in un precedente articolo), non c’è verso di
vedere fenomeni di ebollizione. Queste particolari temperature, alle quali accadono repentini sbalzi
d’umore della natura, vengono dette “temperature critiche”.
E poiché penso che anche il lettore sia arrivato ad un punto “critico”di attenzione, termino
qui.
[a cura di Silvia Defrancesco]