Proprietà magnetiche della materia: sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche, permeabilità magnetica relativa, domini di Weiss, isteresi magnetica, elettromagneti

Risposta della materia al campo

La materia modifica un campo magnetico esterno perché gli elettroni, orbitando e ruotando, si comportano come microscopiche spire di corrente. Per descrivere l’effetto si usa la permeabilità magnetica relativa $\mu_r$, numero puro, con $B = \mu_r B_0$ e $\mu = \mu_r \mu_0$. In base a $\mu_r$ si distinguono:

• sostanze diamagnetiche: $\mu_r$ di poco minore di 1; campo indotto opposto e debole repulsione;
• sostanze paramagnetiche: $\mu_r$ di poco maggiore di 1; debole allineamento e debole attrazione;
• sostanze ferromagnetiche: $\mu_r$ molto grande, da $10^2$ a $10^5$; forte amplificazione e forte attrazione.

Domini di Weiss e isteresi

Nei ferromagnetici i campi atomici si allineano spontaneamente in regioni dette domini di Weiss. Allo stato naturale i domini sono orientati a caso e si annullano; un campo esterno fa crescere i domini favoriti fino alla saturazione. Spegnendo il campo resta una magnetizzazione residua: il ritardo tra causa ed effetto è l’isteresi magnetica. Oltre la temperatura di Curie $T_C$ l’agitazione termica distrugge l’ordine e il ferromagnetismo scompare; per il ferro $T_C$ è circa 770 °C.

Elettromagneti

Un elettromagnete è un solenoide con nucleo di ferro dolce. Il campo vale $B = \mu_r \mu_0 \frac{N}{L} I$: il nucleo moltiplica il campo del solenoide, mentre la corrente permette di accenderlo e spegnerlo rapidamente. Trova applicazioni in gru, relè, campanelli e risonanza magnetica.