Abbiamo visto precedentemente il comportamento di alcuni materiali, detti ferromagnetici, che possono magnetizzarsi e attrarre così altri oggetti quando vengono in contatto con dei magneti, ad esempio se accostati ad una magnetite.
In generale, le altre sostanze, che non sono ferromagnetiche, non risentono degli effetti di piccoli magneti, o di un campo magnetico di piccola intensità. In condizioni normali, ad esempio, sostanze come l’acqua, l’argento o il rame non subiscono effetti particolare in presenza di un campo magnetico.
La situazione cambia se il campo magnetico cui vengono sottoposti ha un’intensità particolarmente elevata.
In laboratorio è possibile generare dei campi magnetici molto intensi, e sottoponendo ad essi alcune sostane non ferromagnetiche, si è notato che anche esse risentono leggermente del campo magnetico.
Alcune di esse, infatti, vengono debolmente respinti dal campo magnetico (in questo caso si parla di sostanze diamagnetiche), mentre altre vengono leggermene attratte (in questo caso si parla di sostanze paramagnetiche).
E’ importante osservare che il comportamento di queste sostanze può essere spiegato grazie al comportamento delle particelle che compongono le sostanze stesse.
Come sappiamo, infatti, ogni oggetto è formato da molecole, costituita da atomi neutri (in condizioni normali), che sono disposte in maniera casuale all’interno del corpo, cioè non hanno una particolare orientazione.
Quando, però, il corpo è posto all’interno di un campo magnetico, le molecole tendono ad orientarsi a causa della sua presenza; mentre inizialmente gli elettroni ruotavano attorno agli atomi seguendo ciascuno un’orientazione propria, in presenza del campo magnetico gli elettroni tendono a ruotare tutti nello stesso verso.
L’effetto che si crea, quindi, è paragonabile a quello di una corrente che circola sulla superficie del corpo.
Tale corrente, come sappiamo, genera a sua volta un campo magnetico; in questo modo, il campo magnetico totale che si viene a creare è dato dalla somma di due campi magnetici; quello iniziale, responsabile dell’allineamento delle molecole del corpo, che indichiamo con $B_0$, e quello generato dalla corrente che si crea sulla sua superficie, indicato con $B_m$; si ha quindi che:
$vec B_(Tot) = vec B_0 + vec B_m$
Inoltre, per descrivere il comportamento di una sostanza in presenza di un campo magnetico esterno, è utile introdurre una nuova grandezza, definita permeabilità magnetica relativa, data dalla seguente relazione:
$vec B_(Tot) = μ_r * vec B_0 $
In base al valore che assume μ si può risalire alla tipologia di sostanza in quesitone.
Vediamo, quindi, in dettaglio le caratteristiche di queste particolari sostanze.
Le sostanze ferromagnetiche
Le sostanze ferromagnetiche sono quelle che risentono di più della presenza di un campo magnetico esterno, e sono anche quelle che generano un campo magnetico Bm particolarmente intenso.
I due campi magnetici che si vengono a creare hanno lo stesso verso, quindi il campo magnetico risultante, dato dalla somma dei singoli campi magnetici, risulta molto intenso, e molto maggiore rispetto ad essi.
In particolare, il campo magnetico è più intenso all’interno del corpo, dove si addensano maggiormente le linee di campo.
Le sostanze paramagnetiche
Le sostanze paramagnetiche sono quelle che, se sottoposte ad un campo magnetico esterno molto intenso, tendono ad essere leggermente attratte da esso.
Infatti, anche se in maniera molto meno significativa, l’allineamento delle molecole in queste sostanze segue l’andamento di quelle nel caso di sostanze ferromagnetiche, ma in questo caso i momenti magnetici che si generano all’interno delle sostanze sono molto deboli.
Infatti il campo magnetico risultante è molto lieve, e leggermente più intenso di quello esterno, e le linee di campo vengono leggermente attratte dalla sostanza.
Le sostanze diamagnetiche
Le sostanze diamagnetiche, invece, sono quelle che, se sottoposte ad un campo magnetico esterno intenso, vengono leggermente respinte da esso.
In questo caso, all’interno delle sostanze gli effetti magnetici si compensano, e di conseguenza si hanno momenti magnetici nulli.
Quando la sostanza si trova all’interno di un campo magnetico esterno, l’equilibrio al suo interno viene alterato, e si crea un momento magnetico interno che ha verso opposto a quello del campo magnetico esterno.
In questo modo, quindi, il campo magnetico risultante sarà leggermente inferiore a quello esterno di partenza, e le linee di campo vengono leggermente respinte dalla sostanza.
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