Proprietà del magnetismo nei materiali: ferromagnetici, paramagnetici e applicazioni elettromagnetiche

Proprietà magnetiche dei materiali

Di seguito sono riportate le principali categorie di materiali in base al comportamento nei confronti del campo magnetico, con esempi e applicazioni.

Sostanze ferromagnetiche

Sostanze ferromagnetiche: Essi sono fortemente attratti dal campo magnetico: ferro, stagno, cobalto.

Sostanze paramagnetiche

Sostanze paramagnetiche: Sono debolmente attratte da un campo magnetico: piombo, argilla, ecc.

Sostanze magnetiche

Sostanze magnetiche: Sono debolmente respinte: rame, zinco, argento.

Legge di Ampère

Legge di Ampère: Le proprietà magnetiche sono dovute a piccole correnti all'interno del materiale. Qualsiasi corrente elettrica genera un campo magnetico.

Teoria dei domini

Teoria dei domini: I domini sono porzioni di materiale ferromagnetico che si comportano come piccoli magneti. Ogni dominio è magnetizzato e orientato in modo casuale all'interno del materiale. La zona di influenza di un dominio si chiama campo magnetico e viene spesso rappresentata da frecce che indicano la direzione della magnetizzazione.

Una forza esterna influenza il comportamento magnetico: la magnetizzazione può aumentare o diminuire a seconda delle condizioni. Con l'aumento della temperatura, le molecole si agitano e l'ordine magnetico può diminuire, riducendo la magnetizzazione.

Esperimenti storici e principi fondamentali

Oersted: Hans Christian Ørsted scoprì che il passaggio di corrente in un filo vicino a una bussola provoca una deviazione dell'ago, perché la corrente elettrica genera un campo magnetico.

Faraday: Nel XIX secolo Michael Faraday scoprì che una variazione del campo magnetico può indurre corrente elettrica in un conduttore (induzione elettromagnetica). Questo fenomeno è alla base dei generatori elettrici, come impianti idroelettrici, eolici, ecc.

Motore elettrico

Un motore elettrico basa il suo funzionamento sull'interazione dei campi magnetici ed elettrici. Per ottenere una forza che provochi la rotazione, il conduttore deve essere orientato in modo appropriato rispetto al campo magnetico: la forza risultante applicata al conduttore genera il movimento rotatorio.

Solenoidi e applicazioni pratiche

Solenoidi: I solenoidi sono elementi che acquisiscono magnetismo quando attraversati da corrente elettrica e cessano di essere magnetici in assenza di corrente. Sono utilizzati in campanelli, telefoni, altoparlanti, gru per il sollevamento di rottami metallici, ecc.

Il campo magnetico generato dalle spire di una bobina si somma se le spire sono percorse dalla corrente nella stessa direzione: così la bobina crea un campo magnetico complessivo maggiore. Se si introduce un nucleo di ferro all'interno della bobina, il campo magnetico risultante aumenta significativamente perché il ferro amplifica la magnetizzazione prodotta dalle spire.

Applicazioni pratiche

• Generatori elettrici (idro-elettrici, eolici e altre centrali) sfruttano l'induzione elettromagnetica.
• Motori elettrici usano l'interazione tra corrente e campo magnetico per produrre movimento.
• Solenoidi e relè vengono impiegati in molti dispositivi di comando e attuazione, come campanelli, altoparlanti e sistemi di sollevamento magnetico.

Le nozioni qui riassunte costituiscono i concetti fondamentali dell'elettromagnetismo applicato ai materiali e ai dispositivi più comuni.