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Il magnetismo è la branca della fisica che studia i fenomeni associati a campi magnetici, generati dal movimento di cariche elettriche e dal momento magnetico intrinseco di particelle come l'elettrone. La mappa organizza i concetti fondamentali: il campo magnetico e le sue linee di forza, i materiali magnetici e le loro classi, il legame tra elettricità e magnetismo descritto dall'elettromagnetismo, le applicazioni tecnologiche come motori e risonanza magnetica, e i cenni storici dalle bussole fino alle equazioni di Maxwell.
Elettricità e magnetismo: un fenomeno unitario
Per secoli elettricità e magnetismo sembrarono fenomeni separati, ma nel 1820 Oersted osservò che un filo percorso da corrente devia un ago magnetico, rivelando il loro legame. Ampère mostrò che due correnti parallele si attraggono o si respingono, e Faraday nel 1831 scoprì l'induzione elettromagnetica: un campo magnetico variabile genera corrente. James Clerk Maxwell nel 1865 riunì queste osservazioni in quattro equazioni che descrivono il campo elettromagnetico, dimostrando che la luce è un'onda elettromagnetica. Questa unità è il fondamento di generatori, motori e di quasi tutta la tecnologia elettrica moderna.
Perché i materiali si comportano in modo diverso
Il comportamento magnetico di un materiale dipende dal comportamento dei suoi elettroni. Nei materiali ferromagnetici, come il ferro, gli elettroni hanno momenti magnetici che si allineano in regioni chiamate domini; sotto l'azione di un campo esterno i domini si orientano nella stessa direzione, producendo una magnetizzazione intensa e persistente. Nei materiali paramagnetici l'allineamento è debole e scompare quando il campo cessa. I materiali diamagnetici sviluppano invece una magnetizzazione opposta al campo, molto debole. Superata la temperatura di Curie, l'agitazione termica distrugge l'allineamento dei domini e il materiale perde le proprietà ferromagnetiche.
Il campo magnetico terrestre
La Terra si comporta come un enorme magnete, ma il suo campo non nasce da un magnete permanente: è generato dal movimento di ferro fuso conduttore nel nucleo esterno, un meccanismo chiamato dinamo geologica. Il polo nord magnetico non coincide con il polo nord geografico e la sua posizione si sposta nel tempo, per cui le buscole richiedono correzioni per la navigazione precisa. Il campo devia le particelle cariche del vento solare verso i poli, dove originano le aurore. Le rocce vulcaniche conservano la direzione del campo al momento della loro solidificazione, permettendo di ricostruire le inversioni magnetiche del passato.
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Domande per ripassare
Perché spezzare un magnete in due non isola un polo nord da solo?
Perché i poli magnetici non esistono isolati: spezzando un magnete si ottengono due magneti più piccoli, ciascuno con un polo nord e un polo sud. Le linee di campo sono continue e chiuse, e ogni elemento di materiale magnetizzato possiede entrambi i poli. Le particelle con un solo polo magnetico, i monopoli, non sono mai state osservate in modo confermato.
Che differenza c'è tra il polo nord magnetico e quello geografico della Terra?
Il polo nord geografico è il punto dove l'asse di rotazione terrestre incontra la superficie, mentre il polo nord magnetico è il punto verso cui converge il campo magnetico, che si trova in una posizione diversa e si sposta nel tempo. Per questo la bussola non indica esattamente il nord geografico: la differenza, detta declinazione magnetica, varia con il luogo e va corretta nella navigazione.
Come funziona l'induzione elettromagnetica scoperta da Faraday?
Quando il flusso del campo magnetico attraverso un circuito varia, nel circuito si induce una corrente elettrica: è la legge di Faraday del 1831. La corrente indotta ha un verso tale da opporsi alla variazione che l'ha generata, come stabilisce la legge di Lenz. Questo principio è alla base di generatori, trasformatori e dinamo: muovendo un magnete vicino a una bobina, o variando la corrente in un circuito, si ottiene energia elettrica.