Il magnetismo della materia Lezioni d'Autore di Claudio Cigognetti INDUZIONE MAGNETICA E INTENSITA’ DI CAMPO MAGNETICO (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 (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 (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 (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 (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. La curva della suscettività in funzione della temperatura in prima approssimazione è un ramo d’iperbole. LA TEMPERATURA DI CURIE (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 (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 (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