Di Karen G. Blaettler
Aggiornato il 24 marzo 2022
Il magnetismo è un fenomeno sottile ma potente che alimenta qualsiasi cosa, dalle bussole all’elettronica moderna. Comprendere i materiali che creano i campi magnetici aiuta a demistificare le forze invisibili che attraggono e respingono gli oggetti intorno a noi.
Un magnete è qualsiasi oggetto che genera un campo magnetico e può interagire con altri campi magnetici. Ogni magnete ha due poli:nord (positivo) e sud (negativo) e le linee di campo viaggiano dal polo nord al polo sud. I poli opposti si attraggono, mentre i poli simili si respingono.
I magneti permanenti possono essere classificati in base ai materiali che contengono. I più comuni includono:
Magnetite naturale, la magnetite è il magnete permanente più debole e il primo utilizzato per la navigazione. La sua forza magnetica è modesta, ma ha svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo iniziale della bussola.
Sviluppato negli anni '30, l'Alnico è composto da circa il 35% di alluminio, 35% di nichel, 15% di cobalto, con tracce di rame, titanio e alluminio aggiuntivo. I magneti in Alnico eccellono in ambienti ad alta temperatura (fino a 540°C) e resistono alla corrosione, rendendoli ideali per apparecchiature audio e applicazioni industriali. Tuttavia, sono meno potenti dei moderni magneti delle terre rare e possono smagnetizzarsi se esposti a forti campi esterni.
I magneti in ferrite combinano l'ossido di ferro con l'ossido di bario (BaO·6Fe2 O3 ) o ossido di stronzio (SrO·6Fe2 O3 ). Sono economici, resistenti alla corrosione e altamente resistenti alla smagnetizzazione, ma la loro fragilità limita alcune applicazioni.
Introdotti per la prima volta nel 1967, questi magneti in terre rare presentano una composizione base di SmCo5 e, dal 1976, una lega Sm2 (Co,Fe,Cu,Zr)17 . Mantengono le prestazioni a temperature fino a ~500°C e rimangono stabili in condizioni umide, ma il loro costo elevato e la loro fragilità ne limitano l'uso diffuso.
Inventati nel 1983, i magneti NdFeB contengono circa il 70% di ferro, il 5% di boro e il 25% di neodimio. Sono i magneti permanenti più potenti disponibili in commercio e offrono eccezionali rapporti potenza-peso (fino a 1.300×). A causa della loro bassa temperatura Curie (~350°C) e della suscettibilità alla corrosione, sono generalmente placcati con nichel, alluminio, zinco o resina epossidica.
I materiali in ferro dolce, come chiodi e graffette, si magnetizzano quando vengono posti in un campo magnetico. L'allineamento dei momenti magnetici atomici è temporaneo; una volta rimosso dal campo o sottoposto a calore, shock o tempo, il magnetismo si dissipa. In alcuni casi, un'esposizione sufficientemente forte può persino indurre una magnetizzazione permanente.
Quando la corrente elettrica scorre attraverso una bobina di filo, il campo magnetico risultante viene potenziato da un nucleo di ferro dolce. Aumentare la forza attuale potenzia il campo; tagliando la corrente si spegne immediatamente il magnete. Gli elettromagneti sono indispensabili in applicazioni che vanno dalle macchine per risonanza magnetica ai magneti di sollevamento industriali.
Il campo magnetico del pianeta ha origine da un effetto dinamo:un nucleo esterno rotante di ferro-nichel liquido che circonda un nucleo interno solido. Questo movimento genera un campo paragonabile a quello di una barra magnetica inclinata di circa 11° rispetto all'asse di rotazione. I poli magnetici della Terra sono opposti ai poli geografici, il che spiega perché l’ago della bussola punta verso il nord geografico. Questo campo geomagnetico forma la magnetosfera, deviando il vento solare e creando le aurore. Inoltre, il campo si imprime sul raffreddamento della lava, offrendo prove cruciali della tettonica a placche e delle inversioni del campo magnetico.
Esplorando i diversi materiali che producono campi magnetici, otteniamo informazioni sulla scienza alla base della tecnologia quotidiana e sulle forze dinamiche che modellano il nostro pianeta.
