Di Doug Leenhouts | Aggiornato il 30 agosto 2022
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Il magnetismo è un fenomeno comune ma affascinante che permea gli oggetti di tutti i giorni, dalle attrezzature di laboratorio alle bussole da esterno e ai magneti da frigorifero. Anche se molte persone danno per scontati i magneti, la fisica sottostante coinvolge sottili interazioni a livello atomico.
Ogni materiale solido contiene innumerevoli domini magnetici, minuscole regioni in cui i momenti magnetici atomici, o dipoli, puntano nella stessa direzione. Quando i dipoli all'interno di un dominio si allineano, il dominio stesso diventa un piccolo magnete. In alcuni materiali, come il ferro, questi dipoli si allineano facilmente, mentre in altri l'allineamento è limitato all'interno di un dominio ma non all'intero campione. I ricercatori possono visualizzare questi domini con la microscopia a forza magnetica.
Quando un materiale è esposto a un forte campo magnetico esterno, i domini tendono ad allinearsi con quel campo, magnetizzando il materiale. È importante sottolineare che il completo allineamento in tutti i domini non è necessario affinché un materiale mostri un magnetismo misurabile.
Il passaggio di corrente elettrica attraverso un conduttore genera il proprio campo magnetico. Due fili paralleli percorsi da corrente nella stessa direzione si attraggono, mentre correnti opposte si respingono. Questo principio è alla base degli elettromagneti, in cui una bobina di filo produce un campo magnetico controllabile. Su scala planetaria, il campo magnetico della Terra ha origine da correnti elettriche che scorrono nel suo nucleo esterno fuso, un processo ancora oggetto di studio da parte degli scienziati della NASA.
I metalli ferromagnetici – ferro, cobalto e nichel – possiedono elettroni spaiati i cui spin possono allinearsi parallelamente tra loro quando sottoposti a un campo magnetico sufficientemente forte. Questo allineamento cooperativo produce un momento magnetico pronunciato, rendendo questi metalli ottimi nuclei per elettromagneti e avvolgimenti di trasformatori. Il campo esterno della corrente amplifica il magnetismo intrinseco del materiale, creando un campo magnetico potente e localizzato.
Ogni materiale magnetico ha una temperatura di Curie caratteristica. Al di sotto di questa soglia il materiale conserva l'ordine magnetico; sopra di esso, l'agitazione termica interrompe l'allineamento dei domini magnetici e il materiale diventa paramagnetico. Maggiore è la temperatura Curie di un materiale, maggiore è l’energia necessaria per randomizzare i suoi domini. Quando un materiale raffreddato al di sotto della sua temperatura di Curie viene posto in un campo magnetico, può essere nuovamente magnetizzato.
