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Magnetismo tutto di tutto

 

Collegamenti utili gratuiti

 

• Magnetismo tutto di tutto

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Magnetismo tutto di tutto

 

Il magnetismo nella materia

Consideriamo un circuito percorso da corrente nel vuoto (o aria) e sia  il valore dell’induzione magnetica nello spazio circostante. Se riempiamo tale spazio con un mezzo omogeneo e isotropo il modulo dell’induzione magnetica diventa.  dove  si chiama permeabilità magnetica relativa.
Le sostanze si suddividono in diamagnetiche (rame,argento, acqua), paramagnetiche (aria, platino) e ferromagnetiche a seconda che μr sia minore di 1, maggiore di 1 o molto maggiore di 1.
Una giustificazione qualitativa del comportamento dei mezzi materiali sottoposti all'azione di un campo magnetostatico deriva dal fatto che una spira di area S percorsa da una corrente elettrica i possiede un momento magnetico.
L'orbita descritta da un elettrone intorno al nucleo atomico può essere considerata come una spira percorsa da corrente, equivalente quindi a un magnetino elementare. L'elettrone possiede pertanto un momento magnetico orbitale (dovuto alla rotazione dell'elettrone attorno al nucleo) e un momento magnetico proprio (dovuto alla rotazione dell'elettrone attorno ad un asse con momento angolare detto spin) . Il momento magnetico di un atomo è dato dalla somma di tutti i momenti magnetici, orbitali e di spin, dei suoi elettroni.
In una sbarra magnetizzata, i momenti magnetici dei singoli atomi costituenti non sono orientati del tutto a caso (nel qual caso l'effetto totale medio sarebbe nullo), ma per una qualche ragione, per esempio per effetto di un campo magnetizzante, hanno un orientamento preferenziale lungo l'asse della sbarra. Nell'interno della sbarra, in ogni punto, vi sono correnti elementari di verso opposto che si annullano; in superficie, invece, tutte le correnti si sommano e ogni sezione si comporta come una spira di solenoide, che risulta equivalente nel suo complesso alla sbarra magnetizzata.
Nelle sostanze diamagnetiche, in cui gli atomi non hanno momento magnetico proprio, la presenza di un campo magnetico agisce su tutti gli elettroni nei loro moti orbitali e di spin di modo che l'intero sistema acquista un momento magnetico totale non nullo. Il fatto che la permeabilità magnetica μr sia minore di 1 è dovuto alla tendenza del sistema a opporsi alla perturbazione imposta: ogni corrente elementare si altera in modo da ridurre il campo magnetico applicato. Al contrario delle sostanze diamagnetiche, le sostanze paramagnetiche hanno un momento magnetico permanente. Quando sono sottoposte a un campo magnetico esterno, gli atomi vengono sollecitati ad allineare il loro momento magnetico nella direzione del campo. Questa tendenza all'allineamento viene però contrastata dall'agitazione termica; essa risulta direttamente proporzionale all'intensità del campo applicato e inversamente proporzionale alla temperatura assoluta (legge di Curie).
I materiali ferromagnetici, quali il ferro, il nichel, il cobalto, le leghe contenenti tali metalli,ecc., si magnetizzano molto intensamente sotto l'azione di un campo magnetico e rimangono magnetizzati quando il campo si annulla. Le sostanze ferromagnetiche sono caratterizzate dall'avere una permeabilità relativa molto maggiore di 1; essa raggiunge in media valori dell'ordine di 103-104. In generale, la permeabilità diminuisce al crescere della temperatura; esiste una ben determinata temperatura, caratteristica di ogni sostanza, detta punto di Curie, al di sopra della quale le sostanze ferromagnetiche perdono le loro proprietà, diventando paramagnetiche. Le sostanze ferromagnetiche sono costituite da regioni microscopiche, chiamate domini di Weiss, le quali, in assenza di campo esterno, sono magnetizzate per effetto di un forte campo magnetico molecolare che tende ad allineare all'interno del dominio i singoli dipoli magnetici degli atomi che lo compongono.

Le direzioni di magnetizzazione dei domini in generale sono casuali, ma un campo magnetico esterno anche debole tende ad allinearle provocando una forte magnetizzazione che cresce all'aumentare del campo esterno fino ad arrivare a un valore di saturazione che si ha quando tutti i domini sono orientati nella direzione del campo esterno. Diminuendo l'intensità del campo magnetizzante, si osserva un fenomeno di isteresi, consistente in una diminuzione della magnetizzazione inferiore all'aumento precedente; inoltre, all'annullarsi del campo, la magnetizzazione conserva ancora un valore residuo non nullo. Per annullarlo è necessario applicare un campo opposto il cui valore è detto campo coercitivo.

 

 

Si può interpretare l’isteresi sulla base del concetto di dominio magnetico. Quando si fa crescere il campo magnetico  e poi lo si fa diminuire riportandolo al suo valore iniziale, i domini non ritornano completamente alla loro configurazione originaria, ma conservano una memoria dell’aumento subìto. Questa memoria è essenziale per l’immagazzinamento delle informazioni dei materiali magnetici (nastri magnetici musicali, dischetti per P.C.) la conservazione di tale memoria può accadere anche per via naturale, un fulmine che trasporta corrente produce campi magnetici intensi che magnetizzano le sostanze ferromagnetiche presenti nelle rocce; a causa dell’isteresi queste rocce trattengono un po’ di magnetizzazione (magnetiti)

 

Fonte: zazzetti.altervista.org

 

 

Magnetismo tutto di tutto

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• INTERAZIONE MAGNETICA

   

  VII secolo a.C.: alcuni minerali del ferro, come magnetite (Fe3O4), attraggono limatura di ferro.

   

  Nuova proprietà fisica (magnetismo), diversa da

  • interazione gravitazionale (perché non si presenta in tutti i corpi)
  • interazione elettrica (perché questi minerali non attirano sughero, plastica, foglie, ecc.)

   

  Questa proprietà è concentrata in alcune regioni del corpo: poli magnetici.

   

  
  2 tipi di poli magnetici: Nord e Sud

   

  Non esistono poli magnetici isolati

   

  
  La Terra è un enorme magnete:

  
  

  CAMPO MAGNETICO

   

  Le interazioni fra corpi magnetizzati possono essere descritte ammettendo che un corpo magnetizzato genera un campo magnetico  nello spazio circostante.

   

  può essere rappresentato disegnando le linee di forza del campo magnetico in modo che:

  • 
    la direzione del campo magnetico sia tangente a una linea in qualsiasi punto
  • 
    il numero di linee di forza per unità di area sia proporzionale al modulo del campo magnetico

  

  Una definizione più precisa di  è data studiando il comportamento delle cariche elettriche in un campo magnetico.

  
  

  CORRENTI ELETTRICHE E

  CAMPO MAGNETICO

   

  Oersted (1820) trova un collegamento fra elettricità e magnetismo: “una corrente elettrica produce un campo magnetico”

   

  
  Per un filo rettilineo, il campo magnetico è tangente a circonferenze perpendicolari al filo e aventi il filo al centro.

   

  
  Regola della mano destra per determinare il verso del campo magnetico

   

  
  

  FORZA SU UNA CORRENTE ELETTRICA IN UN CAMPO MAGNETICO

  
  Oersted: “un magnete esercita una forza su un filo percorso da corrente”.

  

  versore tangente al filamento percorso da corrente di intensità I;

  
  L lunghezza del filo immerso nel campo

   

  Questa relazione permette di definire il vettore campo magnetico

   

  UNITA’ DI MISURA

  [B] = [FI-1L-1] ® N/(A×m) º T (Tesla)

   

  FORZA SU UNA CARICA IN MOTO IN CAMPO MAGNETICO

  Particella carica in moto con velocità    in un campo magnetico

  
  

  
  CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UN FILO RETTILINEO

  
  

  • Direzione: le linee di forza sono circonferenze aventi come centro il filo
  • Verso: regola della mano destra

   

   

   

   

   

  
  

  FORZA FRA CORRENTI PARALLELE

   

  
  Due fili paralleli, separati da distanza L, aventi lunghezza l e percorsi da correnti di intensità I1 e I2, esercitano una forza l’uno sull’altro, perché ciascuno dei due si trova nel campo magnetico generato dall’altro:

  
  Campo magnetico generato da I1 nella regione in cui è posto il filo percorso da corrente I2:

  La forza sul filo percorso da corrente I2 risulta:

  
  

  Analogamente, I1 è soggetto alla stessa forza da parte di I2.

  
  Le forze sono attrattive se I1 e I2 hanno lo stesso verso, repulsive se hanno verso opposto.

   

  LEGGE DI AMPERE

   

  Determinare il campo magnetico generato da una corrente in un filo di forma qualsiasi.

   

  
  Consideriamo un qualsiasi percorso chiuso attorno ad una corrente: questo percorso si può considerare come composto da piccoli segmenti, ognuno di lunghezza Dl (tali che B sia costante in ciascun tratto):

   

  S(B// ×Dl) = m0I    legge di Ampere

  B//: componente di B parallela al segmento Dl

  S: sommatoria su tutti i segmenti Dl

  I: corrente totale passante attraverso la superficie circondata dal percorso chiuso 

   

   

   

  
  

  CAMPO MAGNETICO ALL’INTERNO DI UN SOLENOIDE

   

  Solenoide: avvolgimento costituito da numerose spire percorse da corrente

  
  Solenoide ideale: spire molto ravvicinate e solenoide molto lungo Þ campo magnetico confinato all’interno ed uniforme.

  
  La legge di Ampere permette di calcolare il modulo del campo magnetico:

  (B//Dl)ab + (B//Dl)bc + (B//Dl)cd + (B//Dl)da = m0NI

  • N: numero di spire che stanno nel cammino abcd
  • (B//Dl)cd = Bl  (l lunghezza del lato cd)
  • (B//Dl)ab = (B//Dl)bc = (B//Dl)da = 0

  Bl = m0NI

  B = m0×I×N/l = m0nI

  n = N/l numero di spire per unità di lunghezza

  
  

  MOTO DI UNA PARTICELLA CARICA

  IN UN CAMPO MAGNETICO UNIFORME

   

  

  q: carica

  : velocità

  : campo magnetico (uniforme)

   

  Quale sarà la traiettoria della particella?

  esempio: elettrone (carica negativa) che si muove con velocità  perpendicolare a :

  

  •   perpendicolare a  Þ modulo di  non varia
  • In ogni punto la forza  determina una variazione della direzione della velocità
  • Il moto risultante è circolare uniforme

  

   

  SPETTROMETRO DI MASSA

  Lo spettrometro di massa misura la massa di ioni

   

  • S: sorgente di ioni

   

  • fra S1 e S2 sono presenti un campo elettrico  ed un campo magnetico , perpendicolari

   

  • se la forza elettrica qE è bilanciata dalla forza magnetica qvB Þ gli ioni seguono un percorso rettilineo:

  qE=qvB Þ v=E/B

   

  • dopo S1 è presente solo un campo magnetico B’ uniforme Þ percorso circolare:

  

   

  • Per ioni con la stessa carica: mµr Þ separazione di isotopi

   

  INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

   

  Una corrente elettrica produce un campo magnetico (Oersted).

  
  Un campo magnetico produce una corrente elettrica ?

  Esperimenti di Faraday:

  Il galvanometro misura una corrente in Y solo quando si chiude o si apre l’interruttore.

  • Un campo magnetico costante non produce corrente elettrica, un campo magnetico variabile può produrre corrente elettrica (corrente indotta).
  • Una forza elettromotrice indotta è prodotta da un campo magnetico variabile.

   

  
  Ulteriori conferme

   

  LEGGE DI FARADAY SULL’INDUZIONE

   

  Flusso magnetico FB che attraversa una spira di area A:

  FB = B×A×cosq

  
  q angolo fra il campo magnetico e la retta perpendicolare al piano della spira.

  UNITA’ DI MISURA

  [FB] = [BL2] ® T×m2 º Wb (Weber)

   

  
  Se il flusso attraverso una spira cambia di una quantità DFB nel tempo Dt, la f.e.m. indotta risulta:

   

  LEGGE DI LENZ

  Una f.e.m. indotta produce sempre una corrente il cui campo magnetico si oppone alla variazione di flusso iniziale.

  
  

  MODI DIVERSI PER INDURRE f.e.m. 

  
  

  • Variazione di B

   

  • Variazione di A

  
  

  • Variazione di q

  
  

   

  
  

  INDUTTANZA

  
  Circuito percorso da corrente Þ B µI Þ flusso di B attraverso il circuito:

  FB = LI

  L: autoinduttanza (dipende dalla forma del conduttore)

   

• UNITA’ DI MISURA

  [L] = [FB/I] = Wb/A º H (Henry)

   

  
  Se la corrente elettrica non è costante Þ FB variabile nella spira Þ f.e.m. indotta:

   

  • Se un circuito ha resistenza trascurabile, la corrente è determinata dall’induttanza.
  • Se una sorgente di f.e.m. alternata è applicata alla bobina, la tensione applicata è bilanciata dalla f.e.m. indotta:

  se L grande Þ DI piccola Þ I piccola

  • Un’induttanza tende ad impedire il flusso della corrente alternata
  
  

   

  MUTUA INDUTTANZA

  
  Due bobine poste l’una vicina all’altra:

  F2 = MI1

  F1 = MI2

  M: mutua induttanza

   

  UNITA’ DI MISURA

  [M] = [F/I] = H

   

  Se le correnti elettriche sono variabili:

  
  

   

  
  

  INDUTTANZA DI UN SOLENOIDE

   

  Solenoide formato da N avvolgimenti, di lunghezza l e sezione A:

  nel solenoide:    B=m0nI, dove n=N/l

   

  f.e.m. indotta:

  quindi:       

  variazione corrente DI  Þ   variazione flusso DjB

  

  

   

   

   

   

• 
  

  ENERGIA ACCUMULATA IN UN CAMPO MAGNETICO

   

  Energia U accumulata in una induttanza L percorsa da corrente I:

  U = LI2/2

   

  • L’energia accumulata in una induttanza è contenuta nel campo magnetico.

   

  Per un solenoide:

   

   

  • L’energia U è confinata nel volume V=Al all’interno degli avvolgimenti.

   

            densità di energia:   

  
  

  CAMPO ELETTRICO E VARIAZIONE DI CAMPO MAGNETICO

   

  Flusso magnetico variabile Þ f.e.m. indotta Þ corrente indotta Þ esiste un campo elettrico nel filo.

   

  In generale (anche se non ci sono conduttori): un campo magnetico variabile genera un campo elettrico.

   

   

   

  CAMPO MAGNETICO E VARIAZIONE DI CAMPO ELETTRICO

   

  Ipotesi formulata da Maxwell (1864): un campo elettrico variabile genera un campo magnetico.

   

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  Magnetismo

 

• L’azione del campo magnetico su cariche in moto
  Si può dimostrare che una carica q  che si muove con velocità v perpendicolarmente alle linee di forza di un campo magnetico uniforme B è sottoposta alla forza di Lorentz il cui modulo è:
  (1)   F = qvB
  Essendo la forza di Lorentz perpendicolare alla velocità, e quindi allo spostamento, non compie lavoro e pertanto essa non produce alcun cambiamento nell'energia cinetica della carica e quindi della velocità. La velocità cambia solo in direzione ma non in intensità. Quindi sotto l'azione di questa forza, che svolge il ruolo di forza centripeta, la carica si muove di moto circolare uniforme per cui si può scrivere:
  
  Oss 1. L’equazione (3) mostra che il raggio della circonferenza descritta dalla carica è direttamente proporzionale alla quantità di moto della carica e inversamente proporzionale al campo magnetico.
  Oss 2. La direzione della forza è perpendicolare sia a B che a v  ed il suo verso lo si ottiene ponendo le dita tese della mano destra nel verso delle linee di forza del campo, pollice nel verso del moto della particella, la forza è entrante nel palmo della mano se la carica è negativa, uscente se è positiva.
  Oss 3. Dall’equazione (4) si ha che la frequenza del moto, chiamata frequenza di ciclotrone, e quindi anche il periodo e la velocità angolare, è indipendente dalla velocità. Le cariche veloci si muovono su grandi circonferenze e quelle lente su circonferenze piccole, ma tutte le cariche impiegano lo stesso tempo per compiere un giro. In realtà ciò è vero quando si può trascurare la variazione della massa con la velocità della carica, cioè per cariche con velocità piccola rispetto a quella della luce (c = 3x108 m/s).
  Oss 4. La caratteristica della forza di Lorentz di essere perpendicolare al vettore velocità e quindi allo spostamento la rende molto diversa dalle altre forze. Infatti, ad esempio, la forza gravitazionale ed elettrica agiscono sempre nella direzione del movimento, invece la forza di Lorentz non è in grado di spingere o tirare ma solo di deflettere. Una conseguenza di questa peculiarità è che la forza di Lorentz è perpendicolare alle linee di forza del campo magnetico e quindi a B, mentre nel caso del campo elettrico il vettore Ee la forza elettrica sono entrambi tangenti alle linee di forza.
  
  Oss 5. La (1) è un caso particolare della relazione più generale:
  
  

  dove a è l’angolo tra v e B. Dalla (6) risulta evidente che se a = 0 oppure a = 180 °, vale a dire se il vettore velocità è parallelo alla direzione di B la forza di Lorentz è nulla, mentre se a = 90° ritroviamo la (1). Riveste particolare importanza il caso in cui l’angolo a ha un valore qualunque, diverso dai precedenti (vedi fig.1).

  In tal caso il vettore velocità all’ingresso del campo deve essere scomposto nella componente Vx parallela alle linee del campo magnetico (uniforme) e nella componente Vy perpendicolare. E’ evidente che:

  

  La componente Vx è parallela a B e perciò la forza di Lorentz lungo questa direzione è nulla. Il moto della carica lungo questa direzione sarà pertanto rettilineo uniforme con velocità Vx. La componente Vy, invece, essendo perpendicolare al campo B darà luogo ad una forza di Lorentz:

  

  che determinerà un moto circolare della carica giacente in un piano perpendicolare alla direzione dell’asse x. Pertanto la particella mentre ruota perpendicolarmente a B trasla nella direzione del campo magnetico per effetto di Vy. La composizione di questi due movimenti è un moto elicoidale la cui traiettoria è un’elica cilindrica. Il raggio dell’elica si ottiene applicando la (3):

  
  Il passo dell’elica, cioè la distanza tra spire adiacenti, è definito dal prodotto del periodo di rotazione T della carica per la sua velocità Vx. Quindi:

  (7)   

   

  AZIONE DI UN CAMPO MAGNETICO SU UN FILO PERCORSO DA CORRENTE

   

• Un campo magnetico è in grado di esercitare una forza e quindi spostare un conduttore percorso da una corrente di intensità I. Vogliamo dimostrare che tale forza è l'effetto macroscopico, cioè è la risultante, delle innumerevoli forze di Lorentz che agiscono su ogni carica in moto. Infatti la forza che agisce su ogni elettrone di carica e vale:

  (8)      F = evB sena

  La forza che agisce sulla carica complessiva Q, costituita da tutti gli elettroni presenti nel tratto L di filo è:
  (9)      F = QvB sena

  Gli elettroni nel conduttore si muovono di moto rettilineo uniforme con velocità   v = L/t  che sostituita nella (5) fornisce:

  sena
  ma, I = Q/t  pertanto:

  sena

  dove, ovviamente, a è l’angolo che il filo forma con la direzione del campo magnetico.

   

  Fonte: www.fisicachimica.it/

   

 

• Magnetismo tutto di tutto

 

Inquinamento Elettromagnetico

 

ONDE ELETTROMAGNETICHE

Introduzione

Tutto quello che ci circonda e che fa parte della nostra vita è diffusore d’onde elettromagnetiche: il televisore, il forno a microonde, la termocoperta, il telefono cord-less, il cellulare e gli schermi dei computer. Inoltre anche le linee ad alta tensione, i ripetitori radio-televisivi (o per telefonia mobile) e gli apparati elettromedicali contribuiscono all’inquinamento elettromagnetico. 

L’impiego, ormai globale, di apparecchiature elettriche è talmente sviluppato da non poterne prevedere una diminuzione nei prossimi anni.

Negli ultimi tempi, stampa e televisione hanno discusso molto di questo problema, soprattutto per quanto riguarda la “telefonia mobile” , ormai molto diffusa, dato che ogni persona usa abitualmente un cellulare.
Ma quali effetti può provocare alla nostra salute? Questi effetti sono tangibili, o solo presunti?

 

Che cosa sono i campi elettromagnetici?

Il fenomeno dei campi elettromagnetici non è una novità degli ultimi anni, anche se il recente sviluppo e la diffusione della tecnologia ha prodotto un loro consistente aumento ed un crescente dibattito nell'opinione pubblica. Da sempre esistono fonti naturali di radiazioni elettromagnetiche: il Sole, le stelle e la stessa Terra sono quelle principali (la luce, ad esempio, è un'emissione di radiazioni ad altissima frequenza). Noi stessi, o meglio i nostri corpi, emettiamo radiazioni elettromagnetiche con una frequenza di poco inferiore a quella della luce visibile (raggi infrarossi).
Il progresso tecnologico ha però aumentato sensibilmente la quantità di emissioni presenti all'interno ed all'esterno delle nostre abitazioni.

I campi elettrici e magnetici hanno origine dalla presenza di cariche elettriche e dal movimento delle cariche stesse (corrente elettrica). La variazione nel tempo delle correnti elettriche lungo un filo di materiale conduttore o un'antenna, produce campi elettrici e magnetici che si diffondono nello spazio sotto forma di onde, trasportando energia.
I cellulari, le stazioni radio base, i radar, i ripetitori radio-televisivi... sono delle sorgenti di campi elettromagnetici ad alta frequenza e la componente dell'onda elettromagnetica che più frequentemente viene rilevata è quella del campo elettrico (in questo caso i valori sono espressi in Volt/metro).
Gli elettrodomestici, gli elettrodotti, gli impianti elettrici... sono delle sorgenti di campi elettromagnetici a bassa frequenza. Per tali fonti viene di solito misurato il campo magnetico (i valori sono espressi in microtesla) in quanto, alle basse frequenze, la componente magnetica si propaga attraverso i muri e gli ostacoli di varia natura, mentre il campo elettrico è facilmente schermato dalle pareti e dal terreno.

 

IL MAGNETISMO

 

Il magnetismo è un ramo della fisica che studia le interazioni magnetiche tra corpi e le proprietà della materia connesse a tali fenomeni.
Forze di carattere magnetico si manifestano tra cariche elettriche in movimento, quindi esiste una stretta relazione tra elettricità e magnetismo. L'apparato concettuale comune a questi due tipi di forze si chiama teoria elettromagnetica.

• Come si misura:

Nel Sistema Internazionale l'unità di misura del campo d’ induzione magnetica B è il tesla (simbolo T), mentre per il campo magnetico H si usa l'ampere/metro (A/m) .

 

Storia del magnetismo:

L'esistenza di un magnetismo naturale era noto già agli antichi greci(V - VI secolo AC) ma probabilmente ancora precedentemente era già stato scoperto nell'antica Cina dove, si dice, era già in uso un rudimentale prototipo di bussola magnetica.
Quello che è certo, comunque, è che già gli antichi avevano scoperto la capacità di alcuni minerali (ad esempio la magnetite) di attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi.
Questa capacità di esercitare una forza a distanza ha dato fin dagli albori un particolare significato al magnetismo.
Tutt'ora nel XXI secolo si sente parlare di forze magnetiche.
I primi studi quantitativi sui fenomeni magnetostatici si possono far risalire alla fine del Settecento ( inizio dell'Ottocento ) ad opera dei francesi Biot e Savart e, successivamente, di Ampère,sempre in Francia.
Il magnetismo è la parte dell'elettromagnetismo che studia i campi magnetici. Per fenomeni stazionari si suole parlare di magnetostatica che presenta alcune analogie formali con l'elettrostatica .
Per fenomeni tempo-dipendenti i campi elettrici e magnetici si influenzano a vicenda ed è necessario ricorrere ad una descrizione unificata dei due campi ottenuta nel 1864 dallo scienziato britannico James Clerk Maxwell.
Particolarmente rilevante è il fenomeno dell'esistenza di un magnetismo terrestre.
Infatti il nostro pianeta presenta un debole magnetismo (circa 0.5 gauss) grosso modo equivalente a quella generata da un dipolo magnetico disposto lungo la direttrice Polo Nord - Polo Sud.

 

I Poli magnetici

Analogamente al caso elettrostatico anche nel magnetismo si individuano due sorgenti di campo e di natura opposta che vengono convenzionalmente definiti poli.
Usando come magnete di riferimento la Terra si parlerà allora di polo nord e polo sud;in particolare il polo nord geografico corrisponde (o quasi) con il polo sud magnetico e viceversa per il polo sud geografico.
Una proprietà interessante dei magneti naturali è che essi presentano sempre sia un polo nord che un polo sud.
Anche spezzandoli, infatti, i due magneti risultanti avranno ancora ciascuno una coppia di poli opposti.
Poiché il processo può teoricamente proseguire all'infinito questo lascia supporre che il magnetismo naturale abbia in effetti origine dalle proprietà atomiche della materia.
Considerando infatti ogni singolo elettrone orbitale come una microscopica spira percorsa da corrente e tenendo anche conto del momento di spinta,si può intuire che,collettivamente,questi possano contribuire, in un mezzo materiale, a presentare un campo magnetico macroscopicamente osservabile.
In realtà occorre tenere conto del fatto che i moti di agitazione termica tendono, in generale, ad allineare tutti questi microscopici dipoli magnetici a caso così che normalmente il valore complessivo è nullo.
Solo in alcuni minerali, i magneti naturali, questi dipoli si autoregolano su scala macroscopica formando le cosiddette regioni o domini di Weiss con dipoli tutti allineati.

 

Il magnetismo terrestre è un fenomeno naturale del pianeta Terra relativo all'esperienza di un campo magnetico osservabile in prossimità della superficie terrestre.
Il campo magnetico terrestre si ritiene venga generato da moti convettivi di particelle cariche nel nucleo della terra o, perlomeno, si ritiene che da questi moti provenga il contributo maggiore.
In prima approssimazione gli effetti del magnetismo possono essere paragonati a quelli che sarebbero prodotti da un grosso solenoide, o da una grossa calamita lineare, presente all'interno della Terra.
Gli effetti reali del magnetismo terrestre sono in realtà più complicati di quelli che sarebbero prodotti da un tale modello banale.
Il campo magnetico terrestre è facilmente rilevabile sulla superficie terrestre, in prossimità della quale,le linee di campo sono molto prossime a quelle dei meridiani.
Un ago magnetizzato,lasciato libero di ruotare su una superficie orizzontale,tende ad allinearsi con le linee di campo sopra citate.
Per convenzione viene definito polo Nord dell'ago il polo che punta verso il polo Nord geografico: ne consegue che il polo magnetico che si trova in prossimità del polo Nord geografico è il polo Sud magnetico e che il polo magnetico che si trova in prossimità del polo Sud geografico è il polo Nord magnetico.
Tuttavia è abbastanza frequente trovare su parecchi testi l'indicazione, non corretta dal punto di vista fisico, data in senso inverso (cioè di chiamare Polo magnetico Nord, quello vicino al Polo geografico Nord, basandosi sulla vicinanza geografica anziché sulle caratteristiche magnetiche)
In realtà l'asse geografico e l'asse magnetico non sono coincidenti; infatti, il secondo si scosta dal primo in base alla posizione e al momento della sua rilevazione: mentre i poli geografici sono fissi, quelli magnetici sono soggetti ad un continuo, seppur lento, spostamento.
Questo comporta che il polo geografico non coincide con il polo magnetico (ogni polo geografico dista circa 2000 km dal polo magnetico più vicino ed il polo magnetico Sud si trova nella parte settentrionale del Canada).
Quindi l'ago della bussola non indica il polo Nord geografico.
L'angolo compreso tra la direzione indicata dalla bussola e la direzione verso il nord geografico è detto declinazione magnetica e il suo valore, come detto, dipende dal punto di osservazione sulla superficie terrestre e dal momento di osservazione.
In talune zone la declinazione magnetica è tutt'altro che trascurabile, come non lo è se si deve seguire una rotta piuttosto lunga. Ovviamente in prossimità dei poli i valori di declinazione possono essere molto elevati.
Il magnetismo terrestre ha una notevole importanza per la vita sulla Terra. La sua presenza infatti genera una sorta di "scudo" elettromagnetico che devia e riduce il numero di raggi cosmici che giungono sulla Terra.
L'intensità del campo magnetico terrestre non è costante nel tempo,avendo subito nel tempo geologico notevoli variazioni, che hanno portato ripetutamente a fenomeni di inversione del campo, con scambio reciproco dei poli magnetici Nord e Sud.
Inoltre, la posizione dei poli magnetici rispetto ai continenti è cambiata nel passato geologico (deriva dei poli).
Le variazioni di verso del campo magnetico terrestre possono essere utilizzate per datare campioni di roccia che contengono sostanze magnetizzate (magnetostratigrafia).
Esistono delle zone di anomalia magnetica in cui il valore della declinazione è anomalo rispetto alle aree circostanti.
Le cause di queste anomalie sono da attribuirsi alla magnetizzazione delle rocce dei luoghi dove vengono rilevate, che formano dei deboli campi magnetici che si compongono con quello terrestre.
In Italia si hanno anomalie magnetiche nelle isole Capraia, d'Elba, Lipari, Pantelleria, nella provincia di Genova, nelle province di Napoli e Caserta, nella Sardegna centro occidentale, nella zona etnea della Sicilia e nel Piemonte nord occidentale.

 

Cos’è Il campo magnetico:

Oggetti magnetizzati o fili percorsi da correnti elettriche interagiscono con forze di natura magnetica.
Queste forze possono essere descritte mediante il concetto di campo magnetico e rappresentate graficamente con un insieme di linee di forza o di campo.
L'andamento delle linee di forza di un campo magnetico dipende dalla forma geometrica e dalle caratteristiche del magnete o del sistema di fili conduttori percorsi da corrente che lo generano; nel caso di un magnete a sbarra, ad esempio, esse emergono da una delle estremità, e poi si incurvano nello spazio circostante fino a raggiungere l'altra estremità e chiudersi all'interno della barra, dove sono vicine e parallele.
Alle estremità del magnete le linee di forza sono più fitte, il che corrisponde a una maggiore intensità del campo; sui lati invece il campo è più debole e quindi le linee sono più distanziate.
È possibile evidenziare la direzione e il verso delle linee di forza di qualunque campo magnetico per mezzo di un aghetto magnetico o di un po' di limatura di ferro.
Infatti una bussola, che non è altro che un piccolo magnete libero di ruotare, posta in un campo magnetico tende ad allinearsi con le linee di forza del campo.
Sparpagliando invece della limatura di ferro su un foglio di carta tenuto sopra un oggetto magnetizzato, questa tende a distribuirsi sul foglio in corrispondenza delle linee di forza del campo.
Oltre che su materiali magnetici, il campo magnetico agisce su particelle cariche in moto.
Quando una particella si muove attraverso un campo magnetico, è soggetta a una forza, detta forza di Lorentz, diretta perpendicolarmente sia alla direzione del campo, che alla velocità della particella.
Per l'azione della forza di Lorentz, la traiettoria di una particella carica all'interno di un campo magnetico viene incurvata e, in assenza di altre forze, risulta circolare.
Questa proprietà viene sfruttata negli acceleratori di particelle e negli spettrometri di massa per controllare la traiettoria delle particelle cariche.

• Applicazioni:

Negli ultimi cento anni il magnetismo ha trovato numerose applicazioni. L’elettrocalamita, ad esempio, è la base del motore elettrico e del trasformatore.
In tempi più recenti, inoltre, lo sviluppo di nuovi materiali magnetici è stato importante per la rivoluzione prodotta dal computer. La memoria dei computer può essere fabbricata mediante domini a bolla.
Questi domini sono piccole regioni che presentano una magnetizzazione parallela o antiparallela rispetto alla magnetizzazione dell'intero materiale. 
A seconda della sua direzione di magnetizzazione ogni bolla indica un 1 o uno 0, nel sistema binario usato nei computer.
I materiali magnetici sono anche impiegati per la fabbricazione di nastri e dischi in cui vengono immagazzinati dati.
In molte delle moderne tecnologie sono utilizzati grossi e potenti magneti.
I treni a levitazione magnetica scorrono sulle rotaie per mezzo di forti magneti, evitando così il contatto e l'attrito tra ruote e rotaie dei treni convenzionali. Anche nella risonanza magnetica nucleare, un importante strumento diagnostico utilizzato in medicina, si usano forti campi magnetici.
Inoltre, negli attuali acceleratori di particelle si usano magneti superconduttori per mantenere i fasci di particelle su orbite definite e ben focalizzate.

 

 

L’INQUINAMENTO ELETTROMAGNETICO

L’uso dell’energia nella sua forma elettromagnetica è aumentato notevolmente per via dello sviluppo e della diffusione degli impianti per le telecomunicazioni e delle apparecchiature elettriche; così l’inquinamento elettromagnetico è in continua crescita sul nostro pianeta, costituendo una seria minaccia per la salute pubblica. I campi elettromagnetici inquinanti sono generati sia in Bassa frequenza che in Alta frequenza, due milioni di volte superiori a quelli del fondo naturale. I campi a Bassa frequenza sono generati dagli elettrodotti, dai trasformatori e dagli elettrodomestici, i campi ad Alta frequenza dalle onde impiegate per le trasmissioni radiotelevisive e per la telefonia mobile. Quest’ultimo settore merita un discorso a parte per i danni causati dall’utilizzo, ormai estremamente diffuso, dei telefoni cellulari e per la presenza nell’ambiente urbano dei ripetitori, i quali determinano l’impatto più dannoso sulla popolazione esposta alle loro onde.
In quest’ambito gli interessi in gioco sono forti, quindi i gestori degli impianti per le telecomunicazioni, in accordo con amministratori e proprietari d’immobili, non hanno scrupoli nell’istallare impianti ed antenne in prossimità di condomini, approfittando della disinformazione che avvolge la questione, di una legislazione insufficiente e “corrompendo” i condomini con offerte vantaggiose (contratti gratuiti di rete fissa, telefonini in omaggio, sostanziose somme di denaro).

 

Gli effetti nocivi dell' inquinamento elettromagnetico

Gli effetti nocivi che i campi elettromagnetici determinano sull’organismo umano possono essere suddivisi in due categorie: a breve e a lungo termine.  Gli effetti a breve termine maggiormente riscontrati negli individui esposti alle radiazioni sono: micro-scosse, vibrazione dei capelli   e della peluria, fino ad arrivare a variazioni del metabolismo, delle funzioni ghiandolari, del sistema immunitario, del sistema nervoso centrale e del comportamento. Gli effetti a lungo termine possono essere suddivisi, a loro volta, in tumorali e non tumorali. Svariati sono gli effetti non tumorali, evidenziati da attendibili studi scientifici: disturbi neurologici, circolatori e del sonno; alterazioni ematologiche, vertigini, depressione, cefalee; limitazione della capacità di apprendimento, perdita di memoria, caduta di capelli.
Per quanto riguarda gli effetti tumorali, l’esposizione a campi elettromagnetici viene associata all'incremento di tumori del sistema nervoso centrale e del sangue (è stato riscontrato un grave rischio per la popolazione infantile, maggiormente soggetta a forme leucemiche a causa della ridotta massa fisica).
Passando ai telefoni cellulari, c’è da dire che la situazione in Italia è peggiore rispetto agli altri paesi, in quanto il nostro paese detiene il primato europeo per il numero di possessori di telefoni cellulari con un tasso di crescita costante. I cellulari attualmente sul mercato operano a frequenze comprese tra 800 e 1800 MHz ed emettono potenze massime comprese tra 0,2 e 0,6 Watt che diminuiscono molto rapidamente con la distanza del dispositivo.

 

Cosa fare?

Quando si acquista una casa è necessario accertarsi dell’eventuale presenza di linee, cavi o cabine elettriche; antenne fisse per la telefonia cellulare, radar, ripetitori radio / TV.
In casa è consigliabile: tenere apparecchi elettrici (segreteria telefonica, radiosveglia, ecc.), ad almeno un metro di distanza dal letto (nella camera in cui si dorme, i fili elettrici non dovrebbero passare dietro la testa); mantenere un metro di distanza dallo schermo di un qualsiasi monitor; utilizzare il phon tenendolo il più possibile distante dai capelli; non posizionare il letto a ridosso di una parete che confina con un quadro elettrico (dove c'è l'interruttore principale); mantenere una distanza di almeno un metro e mezzo dai termosifoni elettrici portatili; cercare di ridurre al minimo i tempi di funzionamento di elettrodomestici come tritatutto, tostapane, frullatori, ecc.

EFFETTI DELL’ELETTROMAGNETISMO

Effetti negativi

 

La comunità scientifica si è accorta che il nostro corpo si comporta come un'antenna per via di un fenomeno detto "risonanza", motivo per il quale la fisica sanitaria e le stesse normative in vigore trattano differentemente non solo le emissioni di televisori e di tralicci per l'alta tensione, ma distinguono anche le stesse onde radio (AM e FM).
Poiché i fenomeni elettromagnetici dipendono dalla geometria dei corpi, le diverse parti del corpo reagiscono in modo diverso.
Insonnia, cefalea, irritabilità, depressione, stanchezza o anche tumori possono essere gli effetti di una eccessiva esposizione ai campi elettromagnetici.
Per il momento  è però possibile basarci solamente su risultati epidemiologici, ovvero studi statistici, che aspettano una effettiva convalida dalle prove di laboratorio.

In Inghilterra il dottor Perry ha pubblicato ricerche che dimostrano che la gente che vive in campi magnetici molto alti,è per il 40% più portata al suicidio. I risultati di 20 programmi condotti dalla Marina su volontari indicano che vi sono effetti biologici potenzialmente pericolosi per la salute umana.

Centoventi volontari furono sottoposti a campi di basso livello. Questi test produssero effetti allarmanti. Tutti tranne uno mostrarono una rapida crescita del siero triglicerico (un segnale evidente di problemi cardiaci).

Recenti ricerche scientifiche indicano che i campi magnetici possono non solo influenzare il comportamento individuale delle cellule, ma anche il rateo a cui queste si moltiplicano (aumentando il rischio di proliferazione casuale). Negli USA e in Svezia, alcuni studi hanno evidenziato come le persone che vivono nei pressi delle linee elettriche, possano più facilmente ammalarsi di cancro. Studi epidemiologici in Gran Bretagna hanno anche mostrato come i dipendenti delle compagnie elettriche, abbiano il doppio di possibilità di contrarre la leucemia mieloide acuta. Nonostante il peso crescente delle prove, le autorità continuano a permettere che le abitazioni siano costruite vicino alle linee di distribuzione elettrica.
Basti pensare che tale inquinamento ha ultimamente saturato l'ecosistema terrestre di radiazioni o campi elettromagnetici di varie frequenze.

Effetti biologici delle onde elettromagnetiche:

• Da 25 a 30 MHz (radiofrequenze CB, taxi, ecc) penetrano in tutti i tessuti, nelle ossa e in particolare nel cervello, nel midollo spinale e nel cristallino dell'occhio.
• Da 88 a 108 MHz (radiodiffusioni FM) penetrano fino a 4 cm di profondità nel cervello, nel midollo spinale e nel cristallino.
• Da 175 a 216 MHz (banda televisiva UHF) interessano soprattutto i bambini in crescita.
• Da 614 a 854 MHz (banda V-UHF televisiva e telefonia mobile da 900 a 1800 MHz) penetrano nel cervello fino a 2 cm e hanno una potenza energetica dieci volte superiore a quella delle onde FM.
• Da 2450 a 2.5 GHz (radar, satelliti, forni a microonde) penetrano nel cervello da 0.5 a 1 cm e sono dannose per gli occhi, il sangue ed i microrganismi.
• Da 10 a 100 GHz (radar militari e forni industriali) penetrano nel cervello per alcuni millimetri, disturbano il sangue e i microrganismi, possiedono una potenza energetica circa diecimila volte superiore rispetto a quella delle onde di 10 MHz.

 

 

Il prof. Ross Adey, biofisico, che conduce ricerche sui campi elettromagnetici sin dalla fine degli anni ’50, afferma:"Gli studi di laboratorio hanno identificato nelle membrane cellulari la parte dei tessuti che, con tutta probabilità, per prima subisce le interazioni con i campi elettromagnetici a bassa frequenza e i campi modulati a radiofrequenza/microonde. Studi epidemiologici hanno attirato l’attenzione verso i Campi elettromagnetici e i campi modulati a radiofrequenza come possibili fattori di rischio per leucemie, linfomi, tumori al seno, melanomi epiteliali, tumori al cervello".

 

In Italia, ricercatori come il dott. Franco Merlo (Istituto Nazionale per la ricerca sul cancro), il Prof. Giuseppe Masera (coordinatore di numerose ricerche internazionali sui tumori infantili) e il Prof. Cesare Maltoni (Fondazione europea di oncologia e scienze ambientali) hanno evidenziato da anni il nesso tra l’esposizione a campi elettromagnetici (CEM) a bassa frequenza (a cui nessuno di noi sfugge) e l’insorgenza di leucemie in popolazioni di età pediatrica (0-14 anni): bambini a lungo esposti a valori di CEM 50-60 Hz superiori a 0,2 microTesla (come quelli prodotti dagli elettrodotti ad alta tensione) hanno una probabilità doppia di sviluppare una leucemia rispetto a bambini esposti a livelli inferiori.

DANNI SULL’UOMO

 

 Le onde elettromagnetiche rappresentano un campo energetico in movimento che si sposta alla velocità di circa 300.000 Km al secondo. Hanno 6 parametri di misura: lunghezza, larghezza, altezza, frequenza, polarità destrogira (Sud +), polarità levogira (Nord -, hanno quindi un'immagine tridimensionale.
Oramai è saputo che vi è un continuo scambio di energia di onde elettromagnetiche, tra Cielo e Terra.
La Natura e l'Uomo vivono in mezzo a questo complesso interscambio, le nostre cellule cioè sono in stretto contatto con tali campi di forze.
L' inquinamento elettromagnetico  ha ultimamente saturato l'ecosistema terrestre di radiazioni o campi elettromagnetici di varie frequenze.

Risultati delle ricerche:

 

I primi sospetti vennero esposti nel 1972 da alcuni scienziati dell'Unione Sovietica: in una statistica condotta sul personale impiegato nelle centrali elettriche essi dimostrarono che gli operai risultavano affetti da sintomi quali disturbi nervosi, alterazioni della pressione arteriosa, emicranie ricorrenti, stanchezza, stress, depressione cronica ed un aumento delle malattie cardiache.
Nel 1979 uno studio dei dottori Nancy Wertheimer e Ed Leeper, dell'Università del Colorado, segnalò un aumento del 3 % dei casi di morte per cancro, tra i bambini che vivevano presso le linee dell'alta tensione a Denver, Colorado.
Nel Novembre del 1986 il dottor David Savitz, dell'Università del Nord Carolina, pubblicò i risultati di una ricerca condotta nell'ambito del New York Power Lines Project, sul sensibile aumento nell'incidenza di casi di tumore infantile e leucemia associato all'esposizione a campi elettromagnetici superiori ai 2,5 mG, confermando i risultati ottenuti in precedenza da Wertheimer e Leeper.
Le scoperte di Wertheimer, Leeper e Savitz furono ulteriormente ampliate da una serie di ricerche nei due anni che seguirono. Nel 1991, da S.J. London, nella rivista American Journal of Epidemiology; da John Peters e suoi colleghi dell'Università del Sud California, ed in Svezia nel 1992 da Maria Feychting e Anders Ahlbom, che confermarono un aumento del 3% nell'incidenza dei casi di leucemia infantile e del 2% dei casi di leucemia tra gli adulti.
In un articolo sulla rivista Time del 26 Ottobre 1992, Christine Gorman dichiarò: "Una delle scoperte più significative è che il rischio cancerogeno aumenta in proporzione alla forza del campo elettromagnetico ed una progressione così evidente rende difficile sostenere che vi potrebbero essere altre cause concomitanti che giustifichino l'aumento dei casi di leucemia"
In effetti una ricerca del 1992, condotta in Danimarca dal dottor Jorgen H. Olsen, ha rilevato un aumento del rischio di leucemia infantile, linfomi e tumori del cervello addirittura del 5%, nel caso di bambini che vivevano presso linee dell'alta tensione, esposti quindi a campi elettromagnetici della potenza di 4 mG.
Ma i bambini non sono gli unici soggetti a rischio. Già dal 1990, nel numero di Agosto, la rivista Microwave News ha riferito che gli epidemiologi del Centro Ricerche sul Cancro Fred Hutchinson di Seattle hanno scoperto nuove prove di un'associazione tra l'esposizione ai campi magnetici per motivi professionali e lo sviluppo di cancro alla ghiandola mammaria negli uomini. Questa ricerca conferma i precedenti risultati di uno studio dell'Università John Hopkins che dimostrava l'aumento del rischio di tale tipo di tumore, nei più giovani fra gli operai della compagnia dei telefoni di New York.
Paul Demers, lavorando con il gruppo di ricerca del dottor David Thomas al Centro Hutchinson, ha infatti scoperto che gli elettricisti e gli operai delle linee telefoniche o delle linee elettriche vengono colpiti dal cancro alla ghiandola mammaria con un'incidenza sei volte superiore alle percentuali per il sesso maschile. Un ulteriore studio della ricercatrice Dana Loomis, dell'Università del Nord Carolina, ha dimostrato che le donne impiegate come installatrici telefoniche o riparatrici di linee elettriche hanno il 38% in più di possibilità di essere colpite da cancro al seno, rispetto a donne con impieghi estranei all'elettricità.
I ricercatori hanno inoltre osservato una significativa associazione tra l'esposizione a forti campi elettromagnetici o EMF e l'insorgenza di casi di tumore al cervello.

 

Danni sull’uomo:

Effetto termico,ossia il riscaldamento del corpo o di sue parti esposte alle radiazioni: questo riscaldamento avviene internamente al corpo e non viene percepito dagli organi sensoriali: per l’organismo non è così possibile attivare meccanismi di compensazione. Gli organi con scarsa circolazione sanguigna (che favorisce la dispersione del calore prodotto) e bassa conducibilità termica (fattore negativo ai fini di una efficace dispersione del calore) sono i più colpiti
(testicoli, cornea, ecc.) insieme alla ghiandola pineale, minuscola ghiandola a forma di pigna (da cui il nome) che secerne melatonina: un ormone che regola, oltre l’umore, il sistema endocrino e riproduttivo.

Il prof. Ross Adey, biofisico, che fa ricerca sui campi elettromagnetici sin dalla fine degli anni ’50 ha identificato nelle membrane cellulari la parte dei tessuti che per prima subisce le interazioni con i campi elettromagnetici (CEM) a bassa frequenza e i campi modulati a radiofrequenza/micronde che sono possibili fattori di rischio per leucemie, linfomi, tumori al seno, melanomi epiteliali,
tumori al cervello per esposizioni prolungate a campi magnetici con intensità superiori a 0,2 microTesla: bambini a lungo esposti a valori di CEM 50-60 Hz superiori a 0,2 microTesla - come quelli prodotti dagli elettrodotti ad alta tensione - hanno una probabilità doppia di sviluppare una leucemia.

Sono state riscontrate:

• variazioni della permeabilità cellulare
• variazioni del metabolismo
• variazioni delle funzioni ghiandolari, del sistema immunitario, del sistema    nervoso centrale e del comportamento.
• possibili lesioni cerebrali
• influenza sulla crescita cellulare
• malformazioni fetali
• ustioni interne
• cataratta
• morte per infarto.
• variazioni del numero dei linfociti e granulociti (esperimenti su cellule)
• variazioni del livello di anticorpi e delle attività dei macrofagi (esperimenti su animali)
• tachicardia
• dolore agli occhi
• vertigini
• depressione
• limitazione della capacità di apprendimento
• perdita di memoria
• caduta di capelli

nei paesi dell’Est europeo studi hanno evidenziato anche:

• sterilità
• aumento degli aborti
• abbassamento della fertilità

 

Consigli per prevenire in casa:

L'impianto elettrico deve avere la messa a terra, antenne, cavi, televisioni e telefono debbono stare ad almeno 4,5 metri dal letto. Dobbiamo conoscere ed evitare i nodi reticolari per la posizione del letto. Pochi oggetti metallici, poco cemento, pochi materiali sintetici e isolanti chimici, molto legno. Evitare grandi superfici di specchi nella stanza da letto. Come abitudini individuali,il medico suggerisce di camminare il più possibile usando scarpe di cuoio e fibre naturali per i vestiti (cotone, seta), tenere piante in casa e aprire spesso le finestre, utilizzare lampade a spettro totale e non al neon, utilizzare cristalli di quarzo per l'assorbimento di onde elettromagnetiche provenienti da televisioni, telefoni cellulari o computer. Pannelli di sughero possono isolare pareti che stanno a fianco di grosse trasmittenti di cavi ad alta tensione i quali potrebbero interferire sui corpi fino a una distanza di 300/400 metri. E' importante cominciare a responsabilizzarci sul nostro modo di vivere per essere in grado di evitare o ridurre le abitudini nocive alla salute, per evitare gli stress geopatici ed elettrici.

 

IL WIRELESS

Il termine wireless indica i sistemi di comunicazione tra dispositivi elettronici, che non fanno uso di cavi.
Generalmente il wireless utilizza onde radio a bassa potenza;inoltre le reti wireless sono una importante forma di connessione per molte attività:infatti,soprattutto le reti  wireless,vengono installate negli aeroporti, nelle università, nei parchi pubblici delle grandi città.
Un tempo questa tecnologia veniva utilizzata solo in condizioni in cui l'uso di cavi fosse difficile o impossibile ma,con il passare del tempo,le WLAN (wireless local area network, in inglese abbreviato WLAN) stanno entrando anche nelle case, permettendo la condivisione di dati e della connessione Internet (mediante Router) tra i computer di una famiglia.
Il WLAN è una rete locale senza fili;quindi con il termine WLAN si vogliono indicare tutte le reti locali di computer che non utilizzano dei collegamenti via cavo per connettere fra loro gli host della rete.
Ci sono due principali tipi di rete Wireless:

• PAN (Personal Area Network)
• WLAN o WAN wireless (Wide Area Network)

Le reti Wireless possono utilizzare le onde radio,le luci infrarosse o i laser come mezzo di trasmissione.
Ecco che tipi di reti Wireless utilizzano tali mezzi di trasmissione e come:

• Onde radio: vengono utilizzate dalle reti tipo Wi-Fi che hanno il compito di “uniformare” ambienti dove le diverse postazioni da collegare possono  essere separate da muri o da intercapedini.
• Luci infrarosse: vengono utilizzate per collegare dispositivi visibili e non separati ma la loro lentezza le ha mandate in disuso a vantaggio dei dispositivi Bluetooth.
• Laser: vengono utilizzate per collegare reti realizzate tramite altre tecnologie.

Il laser viene utilizzato di norma per la sua grande velocità di trasmissione ma la sua sensibilità alle condizioni esterne lo ha mandato in disuso a vantaggio dei collegamenti tramite onde radio. Il problema principale delle reti senza filo o Wireless è la sicurezza perché i segnali essendo irradiati nell'etere,possono essere intercettati e decifrati. È buona norma considerare le reti senza filo come reti a bassa sicurezza e pertanto vietare agli utenti collegati in rete di accedere a dati riservati.

PRIMI danni delle reti WIRELESS:

Il Wi-fi, la tecnologia per connettersi a internet senza l'utilizzo di cavi, finisce sul banco degli  imputati in inghilterra. Sir William Stewart, capo dell'agenzia per la protezione della salute (Hpa),ha annunciato di voler avviare un'indagine per stabilire i potenziali pericoli che il wireless rappresenta per la salute, in particolare per quella dei bambini. Nelle scuole del Regno Unito, infatti, il nuovo network per la connessione si sta diffondendo molto rapidamente, con metà degli istituti elementari e i 3/4 delle superiori già attrezzati.
Secondo quanto riportato dal giornale 'Independent on Sunday', Stewart vuole che i bambini vengano monitorati per individuare eventuali effetti nocivi del wi-fi, il cui funzionamento è stato accostato alle radiazioni emesse dalle antenne per la telefonia cellulare. Alcuni ricercatori hanno avanzato l'ipotesi che la rete senza fili crei uno “smog elettronico” potenzialmente dannoso per la salute. E i rischi sarebbero molto seri. Recenti ricerche parlano infatti di alto potenziale cancerogeno e senilità precoce.
Stewart, già consulente del governo Blair e autore di inchieste sulla pericolosità dei telefonini, aggiunge così il suo peso alla schiera di coloro che da tempo chiedono un indagine sul wireless. Infatti la nuova tecnologia non preoccupa solo Stewart: il sindacato degli insegnanti ha annunciato che scriverà questa settimana al ministro per l'Istruzione Alan Johnson perché avvii un'indagine ufficiale su queste radiazioni e sui rischi da esposizione. Inoltre alcuni governi locali europei - come Salisburgo in Austria - hanno chiesto alle scuole di non installare il wi-fi, citando gli studi che ne dichiarano la pericolosità.

IL CELLULARE

 

Il cellulare è un apparecchio elettronico per la comunicazione radiotelefonica, tale comunicazione avviene entro il raggio di copertura delle stazioni telefoniche o ricevitori;la potenza del raggio è misurata in Hz.
Ci sono vari opinioni,positivi e non,sull’uso dei cellulari e sui danni che esso provoca:

Opinioni  contro l’uso dei cellulari:

I cellulari, inseparabili compagni sia sul lavoro che a casa,sono estremamente dannosi per la salute;ma molti sostengono,che tale ipotesi sia falsa e appoggiano incondizionatamente l’utilità di questi apparecchi.
I cellulari (ed anche i cordless) emettono radiazioni elettromagnetiche ad alta potenza, in una fascia compresa tra i 900 MHz ed i 2.4 GHz.
Negli anni ’50 negli USA si registrarono vari casi di antennisti precocemente invecchiati e solo successivamente si scoprì che la causa di tale “fenomeno”,era l’esposizione alle radiazioni emesse dall’antenna.
Infatti le radiazioni sono utilizzate anche in campo militare per provocare danni alle persone ed alle apparecchiature.
I danni,causati dalle radiazioni elettromagnetiche sull’uomo,possono essere:

• Mal di testa,stanchezza ed affaticamento.
• Perdita di memoria e confusione mentale.
• Depressione e stati d’ansia.
• Vampate di calore ed arrossamenti cutanei
• Cataratta, problemi alla retina, cancro dell’occhio
• Danneggiamento dei nervi del cuoio capelluto.
• Acufeni (fischi nelle orecchie) e sensazioni di odori.
• Dolori articolari, spasmi e tremori.
• Problemi digestivi ed ipercolesterolemia.
• Alterazione dell’attività cerebrale durante il sonno (indice e causa di gravi perturbazioni).
• Alterazione della barriera di protezione del cervello da virus, tossine ed altri agenti patogeni.
• Diminuzione dell’emoglobina nel sangue.
• Depressione del sistema immunitario.
• Stimolazione dell’asma e delle allergie in genere.
• Alterazione del sistema endocrino, soprattutto a livello di pancreas, tiroide, ovaie e testicoli.
• tumori al cervello e al collo
• mancata rigenerazione del sangue
• aumento della pressione sanguigna come se il soggetto fosse sottoposto a stress
• perdita della memoria
• ipersensibilità

 

Gli effetti delle radiazioni sui bambini invece sono:

• perdita di memoria e concentrazione,
• riduzione delle capacità d’apprendimento
• aumento dell’aggressività
• maggiore vulnerabilità a infezioni e malattie
• disturbi del sonno.

Opinione neutra:

Secondo degli studi eseguiti a Brescia  l'uso dei cellulari ha un effetto eccitante sulle cellule del cervello e,secondo uno studio complementare effettuato in Svezia,tale effetto non fa né male né bene .
"È dimostrato senza alcuna ombra di dubbio", hanno detto i responsabili dello studio, "che le emissioni elettromagnetiche dei telefoni cellulari producono effetti sull'eccitabilità del cervello di chi li usa". La zona più esposta alle radiazioni elettromagnetiche è la corteccia cerebrale:basti pensare che  dopo 45 minuti d'esposizione alle invisibili radiazioni di un dispositivo cellulare, la corteccia cerebrale è chiaramente "sovraeccitata". Ora il problema sarà studiare gli effetti che queste radiazioni provocano e capire se sono positivi o negativi.

Come evitare i danni:

I danni vengono combattuti con le piastrine IFC,uno strumento eccezionale per la salute ed il benessere.Le piastrine lavorano con le energie sottili, quelle presenti negli organismi viventi, dette anche bioenergie.
Tali  piastrine agiscono sugli esseri viventi sia a livello energetico che di metabolismo cellulare, hanno molti impieghi e possono essere utilizzate anche per la protezione dalle emissioni dei cellulari

STATISTICHE

 

Statistiche

L’indagine è stata fatta su un campione di alunni e professori del corso I(informatica,quindi persone con propensione ad usare le nuove tecnologie).
Il campione e’ stato 50 persone all’incirca.
Il testo del sondaggio è stato:

 

 

Il sondaggio copre tre zone, i cellulari, il WiFi e i ripetitori.
Alcune domande hanno lo scopo di verificare quanto le persone sono esposte a queste onde negative e altre per verificare il grado di conoscenza dei pericoli.
Con lo svolgimenti delle indagini ci siamo accorti che cè differenza tra i giovani e i professori.
Noi giovani tendiamo ad utilizzare maggiormente il cellulare e tutte le nuove tecnologie presenti.

                

PROVVEDIMENTI CONTRO L’ELETTROMAGNETISMO

L'esposizione del pubblico a campi elettromagnetici è regolamentata da una varietà di norme, volontarie o di legge. Tra queste, le più importanti sono le linee guida internazionali elaborate dalla Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non Ionizzanti (ICNIRP), contestualmente ad una serie di standard internazionali. Le linee guida sono state predisposte in modo tale da evitare qualsiasi tipo di danno noto, provocato dalla esposizione; nei valori limite è incorporato un ampio margine di sicurezza. I livelli di esposizione sono quasi sempre molto al di sotto dei limiti raccomandati.

 

• Politiche cautelative

In tutto il mondo si è creato un crescente movimento, per l’adozione di un "approccio cautelativo" nella gestione dei rischi sanitari, di fronte all’incertezza scientifica. Come agenzia internazionale per la salute, l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) non consiglia normalmente alle autorità nazionali di adottare politiche che vadano al di là delle conoscenze consolidate. Nella dichiarazione firmata a Londra durante la "Terza Conferenza Ministeriale su Ambiente e Salute" nel 1999, l'Organizzazione Mondiale della Sanità è stata tuttavia incoraggiata a tenere in considerazione "la necessità di applicare rigorosamente il principio di precauzione nella valutazione dei rischi e di adottare maggiori iniziative ed un approccio più preventivo nei confronti di potenziali danni alla salute".
Sono state sviluppate diverse politiche di cautela per rispondere alle preoccupazioni che, a fronte di un’incertezza scientifica, sono state espresse per problemi di salute pubblica, di igiene del lavoro e di igiene ambientale.

 

Queste politiche comprendono:

• il principio di precauzione
• la cosiddetta "prudent avoidance"
• il principio ALARA.

 

Il principio di precauzione è una politica di gestione del rischio che viene applicata in circostanze caratterizzate da un alto grado di incertezza scientifica, e riflette la necessità di intervenire nei confronti di un rischio potenzialmente grave senza attendere i risultati della ricerca scientifica.
Per i paesi dell'Unione Europea, il trattato di Roma afferma che "le politiche ambientali della comunità devono essere basate sul principio di precauzione". Il 2 febbraio 2000, la Commissione Europea ha approvato un importante comunicato sul principio di precauzione, fornendo linee guida per la sua applicazione.
Secondo questa definizione, il principio di precauzione è "orientato ai rischi"; esso richiede cioè una valutazione dei rischi, comprese considerazioni di costo/beneficio. Il suo impiego è chiaramente mirato a fornire risposte provvisorie a minacce potenzialmente gravi per la salute, fino a quando non siano disponibili dati adeguati per azioni fondate su una maggiore base scientifica.

La "prudent avoidance" fu inizialmente sviluppata, come strategia per la gestione del rischio nel caso di campi elettrici e magnetici a frequenza industriale, da Morgan, Florig e Nair della Carnegie Mellon University. Nel loro rapporto del 1989 all’Office of Technology Assessment degli Stati Uniti questi autori definirono la "prudent avoidance" come "l’adozione di provvedimenti per tenere le persone al di fuori dei campi ridisegnando il tracciato degli impianti e riprogettando sistemi e dispositivi elettrici". La prudenza fu definita come "prendere misure per evitare le esposizioni laddove ciò comporti costi modesti".
Dal 1989 il principio della "prudent avoidance" si è evoluto verso il significato di provvedimenti semplici, facilmente raggiungibili e a basso costo, per ridurre l’esposizione a campi elettromagnetici anche in assenza di rischi dimostrabili. In generale, gli enti governativi hanno applicato questa politica solo ai nuovi impianti, dove piccole modifiche di progetto permettono di ridurre i livelli di esposizione del pubblico. Esso non è stato applicato per richiedere modifiche di impianti già esistenti, che in generale risultano molto dispendiose.
Così definito, il principio della "prudent avoidance" prescrive l’adozione di misure a basso costo per ridurre l’esposizione, in assenza di una qualunque previsione scientificamente giustificabile che tali provvedimenti riducano il rischio. Questi provvedimenti sono generalmente sotto forma di raccomandazioni volontarie piuttosto che di limiti o regole stringenti.
La "prudent avoidance" (non necessariamente identificata con tale espressione) è stata adottata come politica in parte dei settori elettrici dell’Australia, della Svezia e di alcuni degli Stati Uniti (California, Colorado, Hawaii, New York, Ohio, Texas e Wisconsin).
La "prudent avoidance" non è stata adottata formalmente negli Stati Uniti per regolamentare gli impianti di telecomunicazione e quelli di diffusione radiotelevisiva. Tuttavia, gli enti governativi hanno rivolto all’industria delle telecomunicazioni raccomandazioni che potrebbero essere considerate forme di "prudent avoidance". Nel 1999, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha esortato l’industria della telefonia mobile a progettare telefoni che minimizzino l’esposizione a campi elettromagnetici a radiofrequenza, fino ai livelli necessari per il funzionamento del dispositivo.

ALARA è l’acronimo dell’inglese As Low As Reasonably Achievable (il più basso ragionevolmente raggiungibile). è una politica atta a minimizzare rischi conosciuti, mantenendo l’esposizione ai livelli più bassi ragionevolmente possibili tenendo in considerazione i costi, la tecnologia, i benefici per salute pubblica ed altri fattori sociali ed economici. Oggi, il principio ALARA è usato soprattutto nel contesto della protezione dalle radiazioni ionizzanti, dove i limiti non sono stabiliti sulla base di una soglia, ma piuttosto sulla base di un "rischio accettabile". In queste circostanze, è ragionevole minimizzare un rischio che si presume possa esistere anche a livelli inferiori ai limiti raccomandati, considerato che ciò che costituisce un "rischio accettabile" può variare molto da individuo a individuo.
L’ALARA non costituisce una politica appropriata per i campi elettromagnetici (che si tratti di linee elettriche o di campi a radiofrequenza), data l’assenza di qualunque rischio prevedibile a bassi livelli di esposizione e data l’ubiquità dell’esposizione stessa.

• Politiche di cautela nei riguardi dei campi elettromagnetici

La "prudent avoidance" ed altre politiche di cautela nei riguardi dell’esposizione a campi elettromagnetici hanno guadagnato popolarità tra molti cittadini, che pensano che queste politiche offrano una protezione contro rischi scientificamente non provati. Tuttavia, l’applicazione di simili approcci è molto problematica. La maggiore difficoltà è data dalla esposizione cronica a campi elettromagnetici al di sotto dei livelli raccomandati dalle linee guida, o dalla mancanza di qualunque comprensione della natura del danno sanitario, ammesso che ne esista uno. Mentre il peso delle evidenze che si richiedono per attivare una politica cautelativa è indiscutibilmente inferiore a quello richiesto per definire delle linee guida di esposizione, è chiaro che un rischio deve essere identificato e che occorre una certa comprensione di quali siano le condizioni in cui questo rischio può verosimilmente presentarsi.
Un’altra difficoltà è l’ubiquità, nella società moderna, dell’esposizione a campi elettromagnetici, a livelli ed entro intervalli di frequenze molto variabili. È quindi difficile creare politiche cautelative che siano coerenti ed eque. Per esempio, in tipici ambienti urbani si trova una moltitudine di sorgenti di radiofrequenze, che vanno da trasmettitori a bassa potenza per telecomunicazioni fino ad impianti a potenza molto alta per la diffusione radiotelevisiva. E’ difficile immaginare una politica cautelativa coerente ed equa che minimizzi l’esposizione ai campi elettromagnetici a radiofrequenza delle stazioni base per telefonia cellulare, data la presenza di sorgenti molto più potenti nella medesima area urbana. Di fatto, i tentativi di realizzare una politica cautelativa per le antenne della telefonia cellulare sono stati generalmente parziali, senza alcuna attenzione verso altre sorgenti (molto più potenti) di energia a radiofrequenza nell’ambiente.

 

 “Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici”

 

 

 

Electromagnetic Hypersesitivity

 

In questo articolo descriviamo l’Ipersensibilità Elettromagnetica. Una patologia che non è molto diffuso, però crea molti disagi alle persone che ne sono affette.

Fonte: www.itisfedi.pt.it/progetti/elettromagnetismo/

 

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  Magnetismo tutto di tutto

 

FENOMENI MAGNETICI ELEMENTARI

Esiste un minerale del ferro, l'ossido Fe3O4, denominato magnetite, che possiede la proprietà di attirare oggetti ricavati da altri minerali ferrosi; i frammenti della magnetite si chiamano magneti naturali. Anche un pezzo di ferro può acquistare tale proprietà quando viene messo a contatto con un magnete naturale ( per un fenomeno detto di induzione magnetica), in tal caso si dice che il ferro si è magnetizzato. I materiali che si magnetizzano al contatto con i magneti si dicono ferromagnetici. In genere quando un materiale ferromagnetico viene allontanato dal magnete naturale la sua magnetizzazione scompare. Tuttavia alcuni materiali ferromagnetici come l'acciaio conservano la magnetizzazione acquistata, se il contatto è stato particolarmente prolungato. Pertanto, con questi ultimi materiali si possono realizzare dei magneti artificiali o calamite. Lavorando una calamita nella forma di rombo allungato si ottiene un ago magnetico. Disponendo unago magnetico in modo che possa liberamente ruotare intorno ad un asse verticale passante per il suo baricentro, esso orienta una sua estremità in una direzione molto vicina a quella del Polo Nord geografico: questa estremità si chiama polo Nord; l'estremità opposta polo Sud. Il fatto che un ago magnetico si orienti spontaneamente nella direzione Nord-Sud indica che la Terra può essere considerata un enorme magnete che presenta il polo Sud magnetico in corrispondenza del polo Nord geografico.
Se si hanno a disposizione due aghi magnetici, si possono compiere alcune semplici esperienze, che rivelano i seguenti fatti:

• I poli dello stesso nome si respingono
• i poli di nome diverso si attraggono
• la forza magnetica che agisce tra i poli dei due aghi diminuisce al crescere della distanza tra i due poli

IL CAMPO MAGNETICO

Abbiamo già introdotto il concetto di campo elettrico per descrivere le interazioni tra le cariche elettriche. Analogamente, poiché nello spazio che circonda un magnete si manifestano forze magnetiche, tale spazio è sede di un campo magnetico. In particolare se in prossimità di una calamita (magnete sorgente) noi poniamo un aghetto magnetico (magnete esploratore) libero di ruotare, si vede che esso si orienta secondo una data direzione. Ripetendo tale prova in più punti della zona circostante alla calamita, è possibile tracciare un sistema di linee, che risultino in ogni punto coincidenti con la direzione secondo la quale si orienta l'ago in quel punto. Tali linee sono le linee del campo magnetico generato dalla calamita. Il verso di queste linee è quello indicato dal Polo Nord dell'ago esploratore e pertanto esse escono dal polo Nord della calamita ed entrano nel polo Sud. In quelle regioni dove le linee di forza sono rettilinee e parallele, si dice che il campo magnetico è uniforme. Uniforme è ad esempio il campo magnetico tra le espansioni polari di una calamita a ferro di cavallo. Analogamente a quanto si è fatto con i campi magnetici ed elettrici chiameremo linee di forza di un campo magnetico le linee che ammettono come tangente in ogni punto la direzione del campo nel punto stesso.

CONFRONTO TRA CAMPO MAGNETICO ED ELETTRICO: Nella descrizione dei precedenti fenomeni sono affiorate profonde analogie tra forze elettriche e forze magnetiche. Abbiamo definito il campo magnetico usando la stessa metodologia che ci ha condotti a definire il campo elettrico, il fatto poi che esistono due poli magnetici che si respingono se hanno lo stesso nome e si attraggono in caso contrario rappresenta un'altra analogia tra fenomeni magnetici ed elettrici. La somiglianza però non va oltre dato che tra i due campi esistono differenze sostanziali. Eccone le principali:

• Mentre le cariche negative si possono separare da quelle positive  non è possibile nel magnetismo isolare su di un magnete una delle polarità: esse si accompagnano sempre. Se si spezza una calamita in due parti, non si ottiene la separazione delle due polarità, ma si ottengono ancora due magneti.

 

• Non potendo ottenere dei "monopoli" magnetici non si conosce nel magnetismo alcun fenomeno analogo alla corrente elettrica, nel senso che non esiste un equivalente magnetico della carica elettrica.

• Mentre nel campo elettrico le linee di forza che si dipartono da un corpo elettrizzato possono perdersi all'infinito ( cosa che accade, ad esempio, nel caso di una carica positiva isolata), nel campo magnetico le linee di forza si chiudono sempre sui poli del magnete.

 

• Conosciamo le particelle elementari che sono  responsabili dell'elettrizzazione dei corpi: gli                               elettroni e i protoni. Invece, non riusciamo a identificare le particelle che determinano le proprietà magnetiche delle calamite.

LE SORGENTI DEL CAMPO MAGNETICO

 

Abbiamo osservato che c'è una certa analogia tra fenomeni di tipo magnetico e di tipo elettrico e questo fatto indusse alcuni scienziati, particolarmente nel '700 a riflettere sulla possibilità che i due fenomeni fossero strettamente correlati. Era noto, infatti, ad esempio, che una bussola impazziva se nelle sue vicinanze scoccava un fulmine. Il fenomeno non appariva tuttavia del tutto probante e d'altra parte vi erano dei fatti che sembravano creare una netta frattura tra il comportamento di un corpo carico e il comportamento di un magnete. La ricerca di un legame tra fenomeni magnetici fu tuttavia presa in considerazione ma i primi tentativi di osservare in laboratorio delle interazioni cioè delle forze tra cariche elettriche e magneti fallirono. Ad esempio si osservava che un corpo strofinato non esercitava alcuna forza sull'ago di una bussola. Si cercò anche di produrre in laboratorio l'effetto di un fulmine sulla bussola ma senza successo poiché non era facile generare grandi quantità di cariche.
Una ripresa delle ricerche sull'interazione tra fenomeni magnetici ed elettrici avvenne nel marzo del 1800 quando Alessandro Volta  inventò la pila cioè un generatore in grado di assicurare elettricità di intensità e durata regolabili a piacere. Con l'ausilio di un tale strumento nel 1820 il danese Oersted osservò che l'ago di una bussola devia dalla normale direzione nord-sud, e quindi ruota, quando viene posta in prossimità di un filo percorso da corrente.
Questo esperimento fu determinante perché dimostrò che una corrente elettrica, e quindi delle cariche elettriche in movimento, genera nello spazio circostante un campo magnetico le cui linee di forza sono una serie di circonferenze concentriche con il centro sul conduttore. Tali linee sono chiuse, come avviene per le linee di forza dei campi magnetici generate dai magneti permanenti. Per quantificare l'intensità del campo magnetico si introduce una grandezza vettoriale chiamata vettore induzione magnetica così definito:

• direzione: coincide con le tangenti alle linee di forza che ricordiamo sono circolari e concentriche al filo
• verso: disposta la mano destra attorno al filo con il pollice che punta nel senso della corrente , il senso di rotazione delle altre dita individua il suo verso e quindi il verso delle linee di forza
• intensità: è espressa dalla relazione trovata dai fisici francesi Biot e Savart la quale afferma che in un punto alla distanza d dal filo dove circola la corrente I si ha che  :

dove m è una costante denominata permeabilità magnetica del mezzo che dipende dalla sostanza in cui si trova immerso il filo. Nel S.I. la permeabilità magnetica del vuoto, e con buona approssimazione dell’aria, vale mo= 4p10-7Tm/A dove T sta per Tesla che è l’unità di misura del campo magnetico.
Quindi, un filo percorso da corrente elettrica genera un campo magnetico. Ma la corrente elettrica sta ad indicare nient'altro che un moto di cariche elettriche. Pertanto la precedente affermazione può essere così riformulata: sono le cariche elettriche in moto che generano un campo magnetico! Da notare che  per generare un campo magnetico le cariche non devono per forza muoversi all'interno di un filo o cavetto. Ad esempio il flusso di particelle cariche che arrivano sulla Terra dalla nostra stella durante le esplosioni solari, generano un campo magnetico. Tale campo  interagisce con quello associato alle onde elettromagnetiche prodotte, ad esempio, dai telefoni cellulari e pertanto disturbano le comunicazioni telefoniche. Il fatto di aver scoperto che il moto di cariche elettriche genera un campo magnetico è importante per quattro motivi:

• Se ho la necessità pratica di generare un campo magnetico non sono più costretto ad utilizzare una calamita artificiale o naturale cioè andare in miniera estrarre la magnetite e strofinarla su un pezzo di acciaio, mi basta far passare corrente in un filo.
• Il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente avendo delle linee di forza circolari, chiuse, determina su un magnete posto nelle sue vicinanze, come l’ago di una bussola, forze attrattive o repulsive non dirette lungo l’oggetto sollecitato ma tali da  determinare una sua  rotazione.
• Abbiamo individuato il meccanismo per il quale una calamita produce un campo magnetico: nei magneti vi devono essere delle cariche in moto.
• Tutto ciò ci fa intravedere una teoria unificata dei fenomeni elettrici e magnetici. Una carica elettrica ferma genera un campo elettrico cioè esercita attorno a sé delle forze elettriche, se la carica si muove, oltre a portarsi appresso il suo campo elettrico genera anche un campo magnetico e quindi esercita forze magnetiche.
• Se poniamo una carica in moto o un filo in cui scorre corrente in un campo magnetico, su di essi agirà una forza magnetica.

 

(3) Una visione microscopica dei materiali magnetici

Confrontando i campi magnetici prodotti dai magneti (naturali e artificiali) con quelli generati dalle correnti, Ampère pervenne all'ipotesi che all'interno dei magneti circolassero delle correnti microscopiche distribuite in modo ordinato. Le conoscenze attuali sulla struttura della materia confermano l'ipotesi di Ampere; infatti, tenendo presente il modello atomico di Rutherford il moto di un elettrone attorno al nucleo equivale ad una spira, cioè a un filo conduttore piegato a forma di circonferenza, percorsa da una piccolissima corrente. Pertanto, la sezione di una calamita cilindrica si presenterebbe nel seguente modo (vedi fig.   ).

Le correnti interne si elidono l'un l'altra, mentre restano attive solo quelle sulla superficie del magnete: l'insieme di queste equivale ad un'unica corrente circolate intorno al magnete in grado di generare un campo magnetico. Nelle sostanze ordinarie l'orientamento di queste spire è del tutto casuale e pertanto il loro campo magnetico risultante è praticamente nullo

4 )Interazione elettromagnetica: Abbiamo osservato che una carica elettrica in quiete genera nello spazio circostante solo un campo elettrico le cui linee di forza sono semirette. Invece una carica che si muove con velocità v genera, oltre al campo elettrico, anche  un campo magnetico, le cui linee di forza sono circonferenze aventi i centri sulla retta su cui giace v (vedi figura   ).

 

 

 

 

Pertanto se parliamo di forza elettrica e di forza magnetica  non abbiamo a che fare con due forze davvero differenti: la forza elettrica è legata a cariche elettriche ; la forza magnetica è legata al moto di cariche elettriche. Ciò che discrimina le due forze è in pratica lo stato di moto dell'osservatore. Un osservatore fermo rispetto alle cariche in movimento constaterà la presenza di tutte e due i tipi di forze. Un osservatore che viaggia con la stessa velocità delle cariche sentirà solo l'effetto di una forza elettrica. Tuttavia bisogna prestare attenzione: se la carica che stiamo considerando sono elettroni che si muovono in un conduttore l'osservatore sentirà la presenza del campo magnetico generato dagli ioni positivi del reticolo cristallino! In conclusione, poiché la stessa forza può apparire elettrica o magnetica si dice che  sono espressione della stessa interazione fondamentale detta elettromagnetica. A questo punto ci viene una forte tentazione la forza elettromagnetica è riconducibile alla forza gravitazionale? Non esageriamo! Sappiamo bene che la prima si esercita solo tra sistemi aventi la proprietà di essere dotati di carica elettrica, la seconda invece si esercita tra sistemi aventi una differente proprietà fondamentale , quella di essere dotati di massa. Qualcuno però potrebbe obiettare che tali sistemi non sono completamente sprovvisti di carica. E' vero ma le loro cariche si annullano a vicenda ! Non esiste una carica "netta" disponibile. 
Ecco allora che il mondo si presenta più semplice di quanto non suggerisca l'apparenza. La nostra lista delle forze fondamentali presenti in natura è molto breve: forza gravitazionale, elettromagnetica, e la forza nucleare (è la “colla” che tiene uniti i protoni nel nucleo). Qualcuno potrebbe obiettare che ci sono molte altre forze in natura: forza elastica, di attrito …Ma queste non sono altro che manifestazioni, su grande scala, degli effetti di una enorme quantità di interazioni elettromagnetiche tra i costituenti elementari della materia. Ad esempio una molla è tanto più rigida quanto più intense sono le forze attrattive elettromagnetiche tra le molecole del materiale da cui essa è formata.

 

Fonte:  www.fisicachimica.it/.../magnetismo

 

Magnetismo

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MAGNETISMO

Il magnetismo è il Ramo della fisica che studia le interazioni magnetiche tra corpi e le proprietà della materia connesse a tali fenomeni. Forze di carattere magnetico si manifestano tra cariche elettriche in movimento, quindi esiste una stretta relazione tra elettricità e magnetismo. L'apparato concettuale comune a questi due tipi di forze si chiama teoria elettromagnetica.
Recentemente l'osservazione dei fenomeni magnetici ha fornito importanti indizi per lo studio della struttura atomica della materia.

STORIA DEGLI STUDI SUL MAGNETISMO

Le proprietà magnetiche di alcuni materiali erano già note agli antichi greci, ai romani e ai cinesi: presso questi popoli infatti era conosciuta la capacità dell'ossido di ferro chiamato magnetite di attrarre limatura di ferro. Essi inoltre osservarono che una sbarretta di ferro a contatto con frammenti di magnetite si magnetizza, cioè diventa un magnete naturale: alle estremità si producono un polo nord e un polo sud magnetici. Poli simili si respingono, mentre poli diversi si attraggono.
L'uso della bussola per la navigazione in Occidente e le prime ricerche sul comportamento dell'ago magnetico risalgono pressoché al 1200, ma il primo studio organico dei fenomeni magnetici si trova nell'opera De magnete pubblicata nel 1600 dal fisico William Gilbert. Lo scienziato, utilizzando un ago magnetico e una calamita di forma sferica, osservò che la Terra stessa si comporta come un'enorme calamita e, attraverso una serie di esperimenti condotti con metodo scientifico, riuscì a sconfessare le nozioni scorrette sul magnetismo fino ad allora ritenute valide.
Nel 1750, il geologo John Michell inventò una bilancia con la quale mostrò che l'intensità della forza attrattiva o repulsiva tra due poli magnetici è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Successivamente Charles-Augustin de Coulomb, cui si deve la descrizione completa della forza tra cariche elettriche, verificò e sviluppò le osservazioni di Michell con gran precisione.

CALAMITE E POLI MAGNETICI

Un magnete presenta sempre due zone in cui la proprietà di attrarre si manifesta notevolmente più intensa che altrove. Queste zone sono chiamate poli magnetici.
Se prendiamo due magneti e ne avviciniamo i poli possiamo distintamente avvertire il manifestarsi di forze che possono essere di repulsione o di attrazione:

 

 

 

Avvicinando due magneti possono esserci due casi:

• Si attraggono

 

                                                  N      S                     N     S

 

2) Si respingono
 

                                                  S       N                     N     S

I magneti possiedono sempre due poli magnetici di tipo diverso; i poli magnetici dello stesso tipo si respingono, poli magnetici di tipo diverso si attraggono. 

Per individuare i poli magnetici è semplicemente necessario disporre attorno al magnete un po’ di limatura di ferro.

 

TIPI DI MATERIALI MAGNETICI

Esistono diverse classificazioni dei materiali in base alle loro proprietà magnetiche.
La classificazione che distingue le sostanze in diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche è basata sulle diverse reazioni dei materiali sottoposti all'azione di un campo magnetico esterno. Quando una sostanza diamagnetica viene immersa in un campo magnetico, essa reagisce indebolendo il campo esterno con un piccolo momento magnetico diretto in verso opposto. Questo fenomeno è l'effetto macroscopico dell'induzione nel materiale di correnti elettriche atomiche, i cui singoli momenti magnetici hanno verso contrario al campo applicato. Sono molte le sostanze diamagnetiche: le più tipiche sono il bismuto metallico e alcune molecole organiche come il benzene, la cui struttura ciclica favorisce l'instaurarsi di correnti indotte.
Il comportamento paramagnetico riguarda materiali i cui atomi e le cui molecole sono per loro natura dotati di un momento magnetico proprio. In presenza di un campo magnetico esterno, i singoli momenti magnetici atomici tendono ad allinearsi lungo la direzione del campo applicato, rinforzandolo. I materiali paramagnetici contengono solitamente metalli di transizione o elementi delle terre rare, i cui atomi sono caratterizzati dalla presenza di elettroni spaiati. I fenomeni paramagnetici nei non-metalli dipendono generalmente dalla temperatura; più precisamente, l'intensità del momento magnetico indotto è inversamente proporzionale alla temperatura. Ad alte temperature infatti l'allineamento dei momenti magnetici atomici della sostanza lungo la direzione del campo magnetico è ostacolato dal moto vibrazionale di agitazione termica degli atomi stessi.
Una sostanza si dice ferromagnetica se è in grado di conservare un momento magnetico anche una volta rimosso il campo magnetizzante. Questo effetto è il risultato di una forte interazione tra i momenti magnetici atomici della sostanza. I materiali ferromagnetici sono divisi in piccole aree chiamate domini; all'interno di ogni dominio i momenti magnetici sono allineati in un'unica direzione. In presenza di un campo magnetico esterno i domini, che normalmente hanno un'orientazione casuale, si allineano secondo la direzione del campo applicato, determinando la magnetizzazione del materiale. L'energia spesa per smagnetizzare il materiale ferromagnetico magnetizzato si manifesta in un ritardo nella risposta, detto isteresi.
Al di sopra della cosiddetta temperatura di Curie, dal nome del fisico francese Pierre Curie che studiò il fenomeno nel 1895, i materiali ferromagnetici perdono le loro proprietà. Per il ferro metallico la temperatura di Curie è di circa 770 °C.
CAMPO MAGNETICO
Il campo magnetico è lo spazio attorno ad un magnete dove si manifestano la forze magnetiche.
Come si riconosce un campo magnetico?               
Per riconoscere un campo magnetico è necessario un aghetto magnetico.
L’aghetto:

• E’ costituito da 2 punte (N e S)
• Subisce un momento (due forze che lo fanno ruotare) fino a che si ferma per inerzia. Nel punto A c’è un campo magnetico diretto secondo l’asse NS. per convenzione il verso va da S a N.

                                               N                                     S

 

Se metto l'aghetto magnetico tra i due poli del magnete a forma di ferro di cavallo, noto che in qualunque posizione esso sia, si dispone sempre nello stesso modo
CONCLUDO che:

• dalla parte dove l'aghetto ha il polo N, nel magnete c'è il polo S; dall'altra parte c'è il polo N del magnete
• il campo magnetico si disegna con linee di forza parallele; il campo è UNIFORME.

Quindi:
Si chiama polo Nord di un magnete quello che si orienta verso il polo nord geografico, mentre si chiama polo Sud il polo opposto del magnete, cioè quello che si orienta verso il polo sud geografico.

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Il fatto che il polo Nord di un ago magnetico sia rivolto verso il Nord terrestre dimostra, che la Terra stessa si comporta come un magnete, i cui poli Nord e Sud, sono in prossimità rispettivamente del Sud e del Nord geografici. William Gilbert (1544-1603) costruì un magnete a forma di sfera, detto Terrella, osservò che un ago magnetico sulla superficie della Terra ha un comportamento analogo a quello di un ago magnetico sulla superficie della Terrella. L’orientazione di un ago magnetico determinata dalla Terra s’interpreta ammettendo che la Terra, come ogni magnete, genera nello spazio circostante un campo magnetico, detto campo magnetico terrestre. I poli magnetici sono spostati rispetto all’asse terrestre di circa 11°. Il piano verticale passante per l’asse di un ago magnetico, libero di ruotare intorno a un asse verticale, nella posizione di equilibrio forma col piano del meridiano terrestre, nel punto considerato, un angolo che prende il nome di declinazione magnetica. Inoltre un ago magnetico, libero di ruotare intorno ad un asse orizzontale, nella posizione di equilibrio, si dispone in modo che il suo asse formi col piano orizzontale un certo angolo, detto inclinazione magnetica. Gli angoli di declinazione e di inclinazione magnetica variano sia col tempo che con la posizione della superficie terrestre. Le variazioni più importanti sono le “inversioni” del campo magnetico scoperte studiando il magnetismo fossile (con periodicità irregolare il campo inverte la sua polarità). Le cause sono sconosciute, secondo alcune teorie il fenomeno è da ricondursi alle correnti di convezione, ma su come avvenga non esiste alcun dato.
Il fenomeno che dà origine al campo magnetico terrestre è ancora un mistero, ma sono state formulate diverse ipotesi:

• La prima sostiene che il nucleo ferroso si comporti come un’enorme calamita. Questa ipotesi è stata scartata poiché si è dimostrato sperimentalmente che una sostanza ad una temperatura caratteristica (punto di Curie, caratteristica di ogni sostanza) perde le sue caratteristiche magnetiche. La temperatura di Curie del ferro è  950 °C circa, molto inferiore alla temperatura che si ritiene abbia il nucleo.
• Un’altra ipotesi è quella che riconduce il fenomeno magnetico ad un movimento di cariche elettriche che generano un campo magnetico (effetto Oersted). Per fornire un flusso elettrico sufficiente a generare il campo geomagnetico, l’interno della terra dovrebbe avere una conducibilità elettrica alta come quella dei metalli, e l’unica parte della terra che potrebbe forse avere una tale conducibilità elettrica è il nucleo. Il nucleo terrestre, quindi, oltre che come buon conduttore di corrente elettrica deve funzionare come generatore di corrente elettrica. Perché ciò si realizzi è necessario che il nucleo sia formato da un materiale che si lasci attraversare facilmente dalla corrente, come lo sono i metalli, che il materiale del nucleo sia allo stato liquido e che sia mantenuto in agitazione, perché è questo rimescolamento che crea l’energia per mantenere il campo.

 

 

 

 

ELETTROMAGNETISMO
Fin ora è stato spiegato come un campo magnetico si possa creare con l’intervento di un magnete.
Con le teorie dell’elettromagnetismo si potrà vedere come un campo magnetico si possa creare anche con l’uso della corrente elettrica.
Questa teoria, che l’elettricità e il magnetismo sono proprietà della materia collegate tra loro, è stata sperimentata dallo scienziato danese H.C.Oersted, che nel 1819 osservò che un filo conduttore percorso da corrente elettrica esercita una forza su un ago magnetico posto nelle vicinanze.
Questa prima scoperta portò ad ulteriori studi da parte degli scienziati Ampère, Arago, fino a Faraday che, nel 1831, scoprì che una variazione del campo magnetico che investe un conduttore può indurre in esso una corrente elettrica.

 

 

Ecco un piccolo esempio:

una corrente elettrica genera intorno a sé un campo magnetico.                         
Si può determinare il verso del campo magnetico con la cosiddetta
“regola della mano destra”: disponendo il pollice nel senso che indica        
il verso della corrente, le dita indicano il polo nord dell’ago.
Se cambia il verso della corrente che scorre nel filo si osserva che
la sua direzione non cambia dato che l’ago ruota di un angolo di 180°.         

Per aumentare l’effetto magnetico prodotto da una corrente si avvolge su un cilindro di ferro un filo conduttore protetto da una guaina di materiale isolante per evitare il corto circuito: si ottiene così una bobina. Quando la spire del circuito sono percorse da corrente elettrica le estremità della bobina diventano i poli di un elettromagnete.   
Le linee di forza ottenute dal passaggio della corrente all’interno del filo, possono essere rappresentate anche nella seguente figura, che mostra il modo pratico di individuare il verso delle linee magnetiche:
chiudendo la mano destra con le dita mignolo, anulare, medio ed indice nel senso della corrente convenzionale, il pollice indica il verso positivo delle linee di forza magnetica, in altre parole il polo Nord.

LEGENDA:
corrente uscente
corrente entrante


La scoperta di Oersted è di grande importanza perché mette in luce la relazione che esiste tra elettricità e magnetismo, cioè, quando le cariche elettriche sono in movimento danno origine anche ad un campo magnetico.
È anche possibile affermare che la forza magnetica agisce solo sulle cariche elettriche in movimento, infatti, come una carica elettrica in un campo magnetico non è soggetta ad alcuna forza, le cariche elettriche ferme non esercitano alcuna azione nei confronti di un magnete.
Una grandezza importantissima nell’argomento “magnetismo” è certamente l’intensità della forza magnetica;
A parità di corrente e di campo magnetico, tale intensità dipende dalla direzione relativa della corrente e del campo: la forza è infatti massima quando la direzione della corrente e quella del campo magnetico sono perpendicolari tra loro ed è nulla quando sono parallele.
Perciò l’intensità della forza magnetica è direttamente proporzionale all’intensità di corrente (I) ed alla lunghezza (l) del tratto di conduttore immerso nel campo magnetico:
F= B*I*l

Il simbolo B, indica l’intensità dell’induzione magnetica. È una grandezza vettoriale che misura l’effetto del campo e perciò viene anche chiamata intensità del campo magnetico.
Questa legge si può anche scrivere così:
               F 
B=
               I*l  

 

Ciò permette anche di definire l’unità di misura dell’induzione magnetica, stabilita dal Sistema Internazionale:
la Tesla (T), in onore del fisico croato N.Tesla; un campo magnetico ha intensità 1T quando esercita una forza di 1N su un filo lungo 1m, disposto perpendicolarmente alla direzione del campo e percorso dalla corrente elettrica di 1A 

Le interazioni tra cariche possono essere di due tipi:

1. Se le cariche sono statiche ci si deve riferire alla legge di Coulomb ed al concetto di campo elettrico.
2. Se le cariche sono in movimento, si aggiunge un’interazione che è di natura magnetica e perciò si parla di forze elettromagnetiche.   

 

LA FORZA ELETTROMOTRICE INDOTTA
Gli studi di M..Faraday hanno portato allo sviluppo di tecnologie che hanno migliorato la vita quotidiana della società. Ciò è divenuto possibile attraverso la costruzione di generatori elettromagnetici, cioè macchine elettriche che producono forza elettromotrice indotta.
L’induzione elettromagnetica è un fenomeno fisico che consiste nella comparsa di una corrente elettrica all'interno di un circuito conduttore immerso in un campo magnetico, ogni volta che si verifica una variazione del flusso del campo attraverso il circuito stesso. Il flusso del campo magnetico rappresenta il numero di linee di forza che attraversano una data superficie nell'unità di tempo; dipende da una parte dall'intensità, dalla direzione e dal verso del campo magnetico, dall'altra dall'estensione della superficie e dalla sua orientazione nello spazio. Aumentando o riducendo l'intensità del campo, spostando i magneti che lo producono, o variando l'orientazione nello spazio del circuito conduttore, si producono variazioni del flusso attraverso la superficie racchiusa dal circuito che "inducono" la nascita di una corrente elettrica, detta per questo corrente indotta.
Si può conseguentemente dire che la forza elettromotrice indotta è una forza che mantiene una differenza di potenziale all'interno di un conduttore, permettendo il flusso della corrente elettrica; viene prodotta per induzione elettromagnetica, vale a dire attraverso la variazione del flusso di un campo magnetico mediante una bobina mobile, si misura in volt, la stessa unità di misura con cui si esprime la differenza di potenziale, o tensione. In un generatore ideale, il valore della forza elettromotrice f coincide esattamente con la differenza di potenziale misurata ai morsetti.
In sintesi: variando l’intensità del campo magnetico in cui è immerso un circuito si provoca in esso una forza elettromotrice indotta.

Facciamo un nuovo esempio:
Si prenda una spira di forma rettangolare che ruota con velocità costante in un campo magnetico di intensità uniforme. La spira costituisce il circuito immerso nel campo magnetico ed occorre aver chiaro che, a causa della rotazione della spira, l’intensità del campo magnetico che l’attraversa cambia continuamente: l’intensità è infatti massima quando il piano della spira è perpendicolare alla direzione del campo e diminuisce durante la rotazione fina ad annullarsi quando il piano della spira è parallelo alla direzione del campo.
In questo caso ai poli della spira si crea una tensione alternata, cioè una forza elettromotrice che cambia il suo verso con una frequenza uguale a quella del moto circolare della spira. La variazione nel tempo del valore della tensione alternata è descritta da una curva caratteristica chiamata sinusoide.
Questo è il principio sul quale funzionano i generatori elettrici di tensione alternata, chiamati alternatori, che consentono di realizzare la trasformazione di energia meccanica in energia elettrica, infine, le macchine capaci di realizzare la trasformazione di energia elettrica in energia meccanica sono chiamate motori elettrici.   

Per spiegare meglio i rapporti e le relazioni tra le varie grandezze precedentemente spiegate, si prenda in esame il principio del generatore:

Un conduttore giacente sul piano del disegno, è immerso, per la lunghezza l, in un campo magnetico le cui linee di forza sono perpendicolari al piano del disegno con verso entrante (x).
Se si sposta il conduttore trasversalmente, con una velocità costante perpendicolare alla sua lunghezza ed alle linee di forza magnetiche, si può rilevare ai suoi capi una differenza di potenziale, la forza elettromotrice indotta E, proporzionale al prodotto della lunghezza del conduttore per la velocità. La costante di proporzionalità è una proprietà del campo magnetico e del mezzo nel quale esso si sviluppa.

 

fonte: skuola.tiscali.it/ di MARINO AMBROSIO               

• Magnetismo

 

 

Magnetismo e Materiali Magnetici

 

Introduzione

Diversi secoli prima di Cristo, la scoperta della particolare proprietà di alcuni minerali come le ferriti (MO·Fe2O3, M = elemento metallico Fe, Mn, Zn, Sr, …), in grado di attrarre minerali di ferro, portò l’uomo a relazionarsi per la prima volta con quell’insieme di fenomeni naturali, tra i più antichi conosciuti nella storia della scienza, che rientrano oggi sotto la definizione generica di magnetismo. Già gli antichi Greci nel V secolo a.C. avevano osservato che alcune pietre “speciali” manifestavano la capacità di attrarre piccoli frammenti di ferro in corrispondenza delle loro estremità. Questi minerali furono fin da quei tempi chiamati generalmente magnetite, dal nome della regione greca in cui se ne trovava con particolare abbondanza e da cui venivano estratti: la Magnesia. Il passo successivo nella comprensione dell’elettromagnetismo fu accorgersi che gli “aghi magnetici” liberi di ruotare si orientavano naturalmente lungo l’asse Nord-Sud. Questo, con riferimento anche alla loro forma allungata, valse loro il nome di “aghi calamitati” o calamite (da calamus = canna) per la capacità di attrazione paragonata a quella della canna da pesca nella cattura della preda. In Occidente il primo cenno storico sull’uso di un ago calamitato per la navigazione è del XII secolo, in un poema francese del 1125 nel quale si parla della “bussola” come strumento ormai noto: questo riferimento farebbe cadere il merito prioritario per l’introduzione della bussola in Occidente a lungo attribuito a Flavio Gioia di Amalfi (XIV secolo).
Un primo rapporto sistematico sullo studio dei fenomeni magnetici è contenuto nella famosa epistola “De magnete” di Pietro Peregrino da Maricourt (1269). In seguito, nel XVI secolo, William Gilbert (1544-1603) nel "De Magnete”, uno dei primi e più importanti studi scientifici relativi al magnetismo, ipotizzò per la prima volta che la Terra stessa fosse un enorme magnete: "Magnus magnes ipse est globus terrestris”. Egli mise chiaramente in evidenza sia l’esistenza dei due poli di natura differente (Nord e Sud) in grado di attrarsi o di respingersi se di eguale segno, sia l’impossibilità di separarli. I due poli terrestri divennero facilmente riconoscibili, in quanto si poteva sfruttare il fatto che la Terra si comportasse come un grande magnete in grado di orientare parallelamente alla direzione Nord-Sud gli aghi delle bussole; si scelse di chiamare “Nord” della calamita il polo che volgeva verso il Nord terrestre, senza preoccuparsi del fatto che questa scelta fosse in contraddizione con la proprietà prima ricordata che “poli di uguale segno si respingono”.

 

Nonostante siano tanto antiche le prime rudimentali e intuitive considerazioni e applicazioni riguardanti la “forza magnetica”, tali fenomeni furono sistematicamente codificati in leggi fisiche solo negli ultimi due secoli. Durante tutto il XVIII secolo, oltre agli studi sui fenomeni elettrici, si svilupparono numerose osservazioni e misure sul magnetismo, benché la fenomenologia legata al comportamento magnetico della materia apparisse ancora complessa, quasi misteriosa, e comunque non riconducibile ad alcuna teoria: in ogni caso i due campi di ricerca (correnti elettriche e magnetismo) non evidenziavano all’epoca, alcuna connessione, anzi si arrivò a dichiarare che erano sicuramente indipendenti. Solo la disponibilità di flussi continui di cariche elettriche (la “corrente elettrica”), resa possibile dalla pila di Volta, permisero di rivedere le posizioni teoriche in questo campo. Agli inizi del XIX secolo l’idea che i fenomeni elettrici e magnetici dovessero essere in qualche modo connessi si stava diffondendo, l’evidenza sperimentale, però, si riduceva all’osservazione occasionale della magnetizzazione indotta dal fulmine o dalle scariche elettriche. Tale magnetizzazione appariva anche legata al magnetismo terrestre ed effetti simili alla magnetizzazione indotta fra magneti si potevano ottenere anche con la percussione durante la fucinatura del metallo, cosicché il ruolo dei vari agenti risultava tutt’altro che chiaro. L’interesse scientifico fu risvegliato dopo la pubblicazione, nel 1820, di un lavoro del fisico danese Hans Christian Oersted (1777-1851), professore al politecnico di Copenhagen, persuaso, come molti altri scienziati di cultura nordica, che tutte le forze e azioni esistenti in natura dovevano in qualche modo essere imparentate e derivare l’una dall’altra. Oersted inseguiva da anni l’idea che dovesse esistere una relazione tra magnetismo ed elettricità, tanto che già nel 1813 aveva scritto “andrebbe verificato se l’elettricità nella sua forma più latente ha una qualche influenza sul magnete in quanto tale”, ma avrebbe dovuto lasciar maturare la sua idea per anni prima di poterla verificare sperimentalmente. Oersted scrisse retrospettivamente: “A quei tempi il modo di procedere in questi esperimenti non mi era per nulla chiaro”. Egli era convinto che “così come un corpo soggetto ad una corrente elettrica molto forte emette in modo persistente nel tempo luce e calore, così, in modo analogo potesse emettere l’effetto magnetico”, preparò quindi un sottile filo conduttore, capace di arroventarsi sotto l’influsso della corrente ed emettere luce e calore, da collegare ai capi di una batteria voltaica. Dopo alcuni tentativi a vuoto, provò a porre il filo conduttore parallelo all’ago magnetico: contrariamente alla previsione dei più, quando il circuito fu chiuso l’ago ruotò tendendo a disporsi perpendicolarmente al filo. Invertendo la direzione della corrente, l’ago ruotava ugualmente ma in verso opposto; l’ago magnetico risentiva del passaggio della corrente elettrica deviando dalla direzione originaria, senza essere attirato o respinto. Oersted, inoltre, si rese conto che l’entità dell’effetto di deviazione cresceva con l’intensità della corrente ovvero, nel suo linguaggio: “con la violenza del conflitto tra le due elettricità opposte”. Riassunse i suoi risultati in un foglio di due pagine in latino “Experimenta circa effectum conflictus electrici in vacuum magneticum”, che alla fine del luglio 1820, fu spedito a tutti gli studiosi europei interessati.
Gli addetti ai lavori dovettero accettare che corrente elettrica e magnetismo non erano indipendenti. L’esperienza di Oersted portava all’assunto secondo cui un campo magnetico si genera in presenza di cariche elettriche in movimento. Dunque, al problema di comprendere l’origine del magnetismo nei corpi si aggiungeva la difficoltà di illustrare i rapporti tra elettricità e fenomeni magnetici.
Dopo aver ascoltato la lettura della memoria di Oersted all’Académie des Sciences di Parigi nel 1820, accettando l’evidenza sperimentale, André Marie Ampère (1775-1836) abbandonò le sue precedenti convinzioni per elaborare una teoria matematica che giustificasse l’esperienza di Oersted, intuendo che le proprietà magnetiche della materia potessero essere considerate l’effetto delle “correnti elettriche circolanti” al suo interno. Era questa un’ipotesi non osservabile empiricamente che a lungo fu circondata da perplessità e scetticismo, tuttavia, contribuì a gettare le basi per poter considerare la materia come un sistema organizzato di nuclei atomici e di elettroni, cioè di particelle cariche in movimento.
Solo agli inizi del secolo scorso, con l’avvento della meccanica quantistica e lo sviluppo della fisica atomica si riuscì ad interpretare l’elettromagnetismo in modo organico e soddisfacente. Attraverso gli studi di Michael Faraday (1791-1867), uno dei maggiori scienziati sperimentali di tutti i tempi, cominciò a chiarirsi parte della fenomenologia elettrica e magnetica. Basandosi sulle riflessioni di Faraday, James Clerk Maxwell (1831-1879) giunse, infine, attraverso l’introduzione del concetto di campo a una trattazione matematica dei fenomeni elettromagnetici di portata pari a quella che Newton aveva raggiunto circa centocinquanta anni prima nel campo della meccanica.

 

 

2.1 Il Magnetismo

Abbiamo visto che un campo magnetico è generato da cariche elettriche in moto; questo fenomeno è rilevabile sia a livello macroscopico, come nel caso di un conduttore percorso da corrente, sia a livello microscopico, considerando il momento magnetico associato al moto orbitale (ms) e il momento magnetico di  spin degli elettroni (ml)nei materiali magnetici, ovvero: il momento magnetico risultante di un atomo dipende dal numero e dalla disposizione dei suoi elettroni all’interno degli orbitali. Per ottenere il momento magnetico totale dell’atomo, occorre sommare i momenti magnetici degli elettroni, tenendo in considerazione il fatto che la direzione di ogni momento è data dalla combinazione dei segni di ml e ms. è possibile osservare allora che:

• gli atomi con livelli atomici completi, che hanno un numero uguale di elettroni con valore di ml e ms positivo e negativo, non mostrano momento magnetico perché ogni contributo viene annullato da un altro contributo di pari intensità ma di segno opposto;
• solo strutture atomiche con livelli elettronici incompleti mostrano un momento magnetico.

Poiché negli atomi isolati gli elettroni di valenza formano una struttura incompleta, dovremmo aspettarci che tutti gli atomi liberi, tranne quelli dei gas rari, mostrino proprietà magnetiche. Quando si considerano i solidi, a causa delle interazioni di legame osserviamo pochi materiali in grado di mantenere un momento magnetico a temperatura ambiente, mentre a temperature inferiori a 0 °C molti materiali incominciano a presentare proprietà ferromagnetiche, anche molto intense. A temperatura ambiente tutti i materiali magnetici contengono almeno un elemento di transizione, il quale possiede orbitali di tipo d fortemente orientati, non completamente riempiti, con elettroni spaiati. Questi orbitali, se non intervengono nella costituzione di legami nel solido, sono origine di forti effetti paramagnetici. Quando le distanze interatomiche sono tali da permettere l’interazione di scambio si producono effetti ferromagnetici marcati: questo suggerisce che il livello incompleto sia quello che fornisce il principale contributo al momento magnetico atomico.
Affinché il campo magnetico possa essere assunto come grandezza fisica, occorre darne una definizione operativa, occorre, cioè, trovare un metodo per definirne le proprietà sperimentalmente. Macroscopicamente, tale obiettivo può essere raggiunto attraverso la forza F (si veda l’equazione 2.1) che, in presenza di un campo magnetico, H, agisce nel vuoto su una carica q in movimento con velocità v:

Nell’equazione 2.1 µ0 è la permeabilità magnetica del vuoto, cheindica la facilità di propagazione del flusso magnetico nel vuoto e vale nel SI (Sistema internazionale delle unità di misura) 4π*10-7 Hr/m (Hr = Henry=Volt·s·A-1); la notazione vettoriale esprime il fatto che la forza agisce perpendicolarmente alla velocità ed alle linee di forza del campo magnetico. L’equazione 2.1 è detta anche legge di Lorentz e permette, ad esempio, di affermare che una particella carica in moto soggetta ad un campo magnetico costante compie una traiettoria circolare; attraverso la legge di Lorentz, nota la velocità v della particella e valutando il raggio di curvatura della traiettoria è possibile determinare direzione e intensità del campo magnetico, H. Secondo il SI, l’unità per la misura di H è l’Ampere su metro (A/m).
A livello microscopico, per una trattazione corretta del magnetismo occorrerebbe utilizzare i concetti della meccanica quantistica. Tuttavia, almeno in prima approssimazione si può fare riferimento ad un modello atomico classico, considerando solo le orbite che gli elettroni percorrono sotto l’azione del campo centrale dei nuclei; questi ultimi, sono considerati immobili e ininfluenti per la produzione del campo magnetico. In base a tale modello intuitivo (Fig. 2) , possiamo trattare le orbite elettroniche come spire circolari di raggio r, percorse da una corrente i (; e e ω sono rispettivamente la carica dell’elettrone e il modulo della sua velocità angolare). All’orbita elettronica, pertanto, può associarsi un momento magnetico m = i · a (a = area sottesa dall’orbita).  Ilmomento magnetico di ogni singolo elettrone è quindi pari a:

                                                          eq.    (2.2) 

Nella materia allo stato solido le orbite elettroniche di atomi adiacenti possono essere assimilabili a un insieme di spire elementari, di area dA, ciascuna caratterizzata da un proprio momento di dipolo, dm = dA·i, in grado di generare un campo magnetico, H, per unità di volume, V, pari a:

 

 

Intuitivamente, si può ricavare il valore del momento magnetico di un corpo esteso, considerandolo come un insieme di dipoli e osservando che i contributi delle correnti adiacenti all’interno del materiale si elidono vicendevolmente in quanto antiparallele, poiché, in una regione uniformemente magnetizzata, tutte le correnti ruotano nello stesso verso. L’unica regione del corpo dove non avvengono tali annullamenti reciproci è la superficie esterna; il momento magnetico totaledi un corpo può allora essere considerato pari alla sommatoria dei singoli momenti atomici o al campo generato da un’unica spira di corrente che avvolge la sezione considerata

m = i·n·S=∑ i·a                                                       eq. (2.4)

L’equazione 2.4 tiene conto dei contributi di tutti i dipoli: n è il numero di atomi disposti entro l’area della sezione, S, del corpo considerata; il prodotto i·n si misura in Ampere (A). Essendo il momento magnetico totale proporzionale al volume, è possibile definire l’intensità di magnetizzazione,M, (momento magnetico per unità di volume) come:

M =  =                                                      eq. (2.5)

 

L’induzione magnetica,B, ovvero la densità di flusso magnetico che attraversa un corpo magnetizzato, è uguale al prodotto tra l’intensità di magnetizzazione e la permeabilità magnetica nel vuoto µo:

 

L’unità di misura dell’induzione, adottata dal SI, è il Tesla (T); un Tesla è l’induzione magnetica di un campo che agisce con la forza di 1 Newton su una carica di 1 Coulomb che si muove alla velocità di 1 m/s (). Questa unità di misura è piuttosto grande, normalmente si usano sottomultipli di T (mT, mT, nT) o, soprattutto negli USA, il Gauss (G), unità di misura dell’induzione magnetica nel sistema c.g.s. (1 G = 10-4 T). Secondo quanto riportato sopra, si può dimostrare che il campo magnetico Hi generato dalle correnti superficiali all’interno del materiale è pari ad M (Hi = M); inoltre se è applicato un campo magnetico esterno, H, la densità di flusso magnetico (o induzione, B) risulterà uguale a

 

B = µo ·(M+H)                                                       eq. (2.7)

 

 Il vettore B viene anche definito come segue: B = µoM+µoH. Dove il termine µ0M è denominato polarizzazione magnetica, I, ed ha come unità di misura la medesima dell’induzione magnetica [I = µ0M ] (T). In assenza di un campo magnetico esterno, l’induzione (B = µ0M) ha linee di campo solenoidali, ovvero le linee del flusso magnetico compiono circuiti chiusi che non hanno una zona di origine né di termine.
Una grandezza importante per definire le proprietà magnetiche dei materiali è la suscettività magnetica χ che corrisponde al rapporto tra l’intensità di magnetizzazione e il campo magnetico applicato.

χ = eq.(2.8)
La suscettività è adimensionale ed indica quanto una sostanza può essere magnetizzata in presenza di un campo magnetico. Il valore di χ è usato, generalmente per descrivere le diverse classi di materiali magnetici. Nelle sostanze diamagnetiche χ è negativa (χ < 0) mentre è positiva nelle sostanze paramagnetiche (χ> 0) e positiva con elevato valore assoluto nelle sostanze ferromagnetiche (χ>>0). Analogamente, si osserva che la dipendenza dell’induzione di un materiale dal campo H è sintetizzata dalla permeabilità magnetica

m = eq.(2.9)                                                                    

Se definiamo permeabilità relativa µr, il rapporto µ/µ0, dividendo tutti i termini dell’equazione (2.7) per H risulta:

Come conseguenza, la permeabilità relativa µr risulta minore di 1, maggiore di 1 ed estremamente elevata, rispettivamente, nei materiali dia-, para-, e ferromagnetici. Occorre notare che le proprietà magnetiche dei materiali sono dettate non solo dal valore della magnetizzazionema anche da come essa varia in relazione al campo esterno H. Inoltre, poiché i materiali magnetici hanno geometria finita, le linee di flusso del campo creano all’esterno di ogni corpo un campo aggiuntivo di natura conservativa, detto campo smagnetizzante Hd direzionato nel verso opposto rispetto a M. Il campo smagnetizzante, come qualsiasi campo magnetico, interagisce con la magnetizzazione stessa, dando luogo a un termine di energia definito densità di energia magnetostatica.

 

Tabella I: schema riassuntivo delle diverse grandezze magnetiche e delle relative unità di misura nel Sistema internazionale (SI) e nel sistema cgs

Grendezze	Simbolo	SI	CGS	Fattori di conversione
Induzione magnetica	B	Tesla (T)	Gauss (G)	1 T = 104 G
Campo magnetico	H	A/m	Oersted (Oe)	1 A/m = 4p /103 Oe
Magnetizzazione	M	A/m	emu/cm3	1 A/m = 10-3 emu/cm3
Magnetizzazione per unità di massa	s	Am2/kg	emu/g	1 Am2/kg = 1 emu/g
Momento magnetico	m	Am2	emu	1 Am2 = 103emu
Suscettività	c	adimensionale	adimensionale	c cgs =c SI/4p
Suscettività per unità di massa	k	m3/kg	emu/Oe·g	1 m3/kg = 103/4p emu/Oe·g
Permeabilità magnetica del vuoto	m0	H/m	adimensionale	m0cgs= m0SI/4π10-7 H/m

 

2.2 Classificazione dei materiali magnetici

Come abbiamo visto in precedenza (§ 2.2) i materiali magnetici sono suddivisibili in tre classi generali: diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici, a seconda del diverso comportamento magnetico assunto in presenza di un campo applicato esterno, esplicitato attraverso il valore della suscettività, c

 

Diamagnetismo

Le sostanze diamagnetiche reagiscono ad un campo esterno (H) manifestando un debole momento magnetico indotto, antiparallelo rispetto ad H, che scompare al venire meno del campo stesso. Sono materiali i cui atomi non presentano un momento magnetico spontaneo in quanto possiedono tutti gli orbitali atomici riempiti o non ci sono elettroni spaiati; in presenza di un campo esterno la loro tendenza è quella di modificare le orbite elettroniche in modo da opporsi alla perturbazione imposta. Il diamagnetismo è un fenomeno intrinseco di tutti i materiali, ma risulta evidente solo quando ferromagnetismo e paramagnetismo non ne mascherano gli effetti. Negli atomi che non presentano momento magnetico intrinseco, questo fenomeno rappresenta l’unico effetto risultante dall’applicazione di un campo esterno, inoltre il momento così indotto risulta indipendente dalla temperatura. Le sostanze diamagnetiche presentano suscettività negativa, piccola, usualmente dell’ordine di 10-6-10-5, e sono contraddistinte da una relazione linearmente inversa tra M e H (Fig. 3). Alcune sostanze diamagnetiche comuni sono: quarzo (SiO2) χ =  - 0.62; Calcite (CaCO3) χ =  - 0.48; acqua  χ =  - 0.90.

 

 

 

 

Paramagnetismo

 

 

Paramagnetismo

Gli atomi delle sostanze paramagnetiche sono caratterizzati dal fatto di possedere un momento magnetico dovuto ad elettroni spaiati in orbitali parzialmente riempiti. Anche le sostanze paramagnetiche presentano diamagnetismo, ma l’importanza di questo fenomeno è mascherata dall’effetto di allineamento dei momenti atomici. Le sostanze paramagnetiche presentano una relazione lineare, direttamente proporzionale tra M e H, il valore della loro suscettività è positivo, ridotto, decrescente (a parità di campo) al crescere della temperatura (Fig. 4).

Nei materiali paramagnetici la suscettività assume valori dell’ordine di 10 -2 –10-4. Per tali sostanze occorre una dipendenza della suscettività dalla temperatura espressa dalla legge di Curie (eq. 2.11).

C è un parametro detto costante di Curie. Questa dipendenza dalla temperatura si spiega considerando il materiale come un insieme di momenti magnetici indipendenti, dovuti a ciascun atomo (o molecola) che compone la sostanza. In assenza di un campo applicato i singoli vettori m assumono direzioni casuali a causa dell’agitazione termica, cosicché la magnetizzazione netta risultante è nulla. Tuttavia, se si applica un campo, i momenti magnetici tendono a disporsi lungo la sua stessa direzione, anche se sono contrastati dall’agitazione termica che ne consente una parziale orientazione. È possibile pertanto considerare la legge di Curie come descrittiva del paramagnetismo, valutando l’effetto antagonista di due fenomeni: 1) la tendenza dell’insieme dei momenti magnetici m ad assumere direzione coincidente con quella del campo esterno H; 2) l’agitazione termica degli atomi, che tende ad imprimere una direzione casuale ad ogni momento intrinseco.
Si noti che la legge di Curie si basa sull’assunto che i momenti magnetici degli atomi siano influenzati unicamente dal campo esterno e dall’agitazione termica, non si considera una loro interazione; inoltre quando H = 0 la direzione media dei momenti atomici è casuale ed il momento risultante è nullo. Quando la temperatura è molto bassa (T << 100 K) o il campo molto alto la suscettività paramagnetica è indipendente dal campo applicato. Sotto queste condizioni la suscettività di un materiale è proporzionale al contenuto di ferro. Molti minerali contenenti ferro sono paramagnetici a temperatura ambiente, per esempio:  montmorillonite (argilla)  χ = 13; biotite (silicato) χ =  79; siderite (carbonato)  χ =   100 ; pirite (solfuro) χ =    30. Il paramagnetismo delle matrici minerali può essere significativo se la concentrazione di magnetite è molto bassa.  Altri materiali paramagnetici contengono terre rare, elementi di transizione e attinidi; anche l’ossigeno liquido e l’alluminio sono esempi di sostanze paramagnetiche.

Ferromagnetismo

Diversamente dai materiali paramagnetici, i momenti atomici delle sostanze ferromagnetiche hanno fra loro interazioni molto forti. Queste interazioni sono prodotte da forze di scambio tra elettroni, come risultato di un allineamento parallelo o antiparallelo dei momenti atomici. Weiss sviluppando il pensiero di Ampère, nel 1907, postulò che i momenti magnetici interagissero tra loro, suggerendo che tale interazione potesse essere rappresentata da un fittizio campo interno denominato campo molecolare Hm, direttamente proporzionale alla magnetizzazione e di intensità molto elevata (108-109A/m), approssimativamente 100 volte più forte del campo magnetico terrestre. L’interazione fra i diversi momenti elettronici è molto forte e tale da allineare tutti i momenti magnetici elementari del materiale, anche in assenza di un campo esterno. L’origine fisica del campo molecolare introdotto da Weiss, non può essere spiegata secondo una trattazione classica: nel 1928 Heisenberg fornì la dimostrazione teorica, associandola a un fenomeno quantistico legato alle forze di interazione tra spin elettronici adiacenti. Inoltre, perché si possa osservare il fenomeno della magnetizzazione spontanea in una sostanza sono necessarie alcune condizioni:

• gli atomi interessati devono possedere almeno un elettrone spaiato
• questi elettroni devono trovarsi in un orbitale direzionato, come l’orbitale d o f
• deve esserci una distanza interatomica adeguata perché si verifichi l’interazione di scambio ferromagnetica (se gli elettroni sono troppo vicini gli spin di segno uguale si respingono, se sono lontani non si ha interazione).

Grazie all’introduzione del campo molecolare ipotizzato da Weiss fu possibile una versione maggiormente generalizzata della legge di Curie, detta legge di Curie-Weiss:

Il termine TC  nell’equazione 2.12 è detto temperatura di Curie. Quando un materiale ferromagnetico subisce un riscaldamento, alla temperatura T > Tc perde le proprietà ferromagnetiche e si  comporta come un  paramagnete.  Questo accade perché l’agitazione termica all’interno del reticolo disturba l’allineamento dei momenti magnetici atomici e, al di sopra della temperatura di Curie, si ha il predominio sulle forze di allineamento dei momenti magnetici, producendo così un effetto di orientazione casuale. Quando la temperatura si mantiene inferiore alla temperatura di Curie, T < Tc, il materiale conserva le proprietà ferromagnetiche. Quando T = Tc la suscettività diverge (si veda l’eq. 2.12).

 

 

 

Poiché esiste proporzionalità diretta tra la temperatura di Curie e la costante del campo molecolare, Tc fornisce una misura della forza d’interazione tra i momenti magnetici degli atomi. Inoltre, la temperatura di Curie è una proprietà caratteristica di ogni sostanza e può essere utilizzata per una identificazione mineralogica. In natura esistono tre soli elementi ferromagnetici a temperatura ambiente: il ferro (TC = 770°C), il cobalto (TC = 1131°C) e il Nichel (TC = 358°C). 

 

Il comportamento di un materiale ferromagnetico sotto l’azione di un campo esterno, oltre che dall’energia di scambio, è regolato dall’equilibrio di diversi altri termini energetici. Il processo di magnetizzazione di un materiale come risposta a un campo applicato, per esempio, è di norma anisotropo, dipende cioè dalla direzione lungo la quale il campo e la magnetizzazione sono rilevate. Si può considerare l’anisotropia come una forza che tende a vincolare il vettore magnetizzazione lungo particolari direzioni; esistono tre tipi fondamentali di anisotropia: 1) cristallina, legata a proprietà intrinseche del materiale; 2) indotta, causata da effetti di riordinamento atomico nella struttura reticolare dovuta a sforzi applicati (ad esempio trattamenti termici applicati sotto tensione meccanica o in presenza di un campo esterno); 3) di forma, determinata dalla geometria del campione in esame. Nel caso dell’anisotropia cristallina vi sono alcuni assi cristallografici definiti direzioni di facile magnetizzazione, determinati dalla simmetria reticolare, lungo i quali il processo di magnetizzazione è favorito; in assenza di campo applicato il vettore magnetizzazione tende a disporsi lungo tali assi, inoltre lungo tali direzioni la saturazione si raggiunge a campi applicati più bassi. Per deviare il vettore M da tali direzioni occorre compiere un lavoro equivalente all’energia di anisotropia magnetocristallina immagazzinata nella struttura del materiale; l’origine di questo genere di anisotropia è da ricondursi al tipo d’interazione che si stabilisce tra gli spin elettronici e gli orbitali dei legami interatomici nei solidi (campo cristallino).

Fig. 6: Anisotropia Magnetocristallina: proprietà intrinseca di un ferromagnete, indipendente dalle dimensioni e dalla forma dei grani. È possibile osservarla misurando le curve di magnetizzazione lungo le distinte direzioni cristallografiche che assumono valori diversi a seconda dell’orientazione del campione rispetto al campo magnetico  (Magnetite: a 130 K, <111>  facile direzione di magnetizzazione,<100> difficile direzione di magnetizzazione,<110>  direzione di magnetizzazione intermedia).

Un altro termine energetico entra in gioco quando gli spin si allineano lungo la direzione del campo esterno; grazie all’accoppiamento spin-orbita, anche gli orbitali d o f, responsabili del ferromagnetismo, si orientano. Poiché questi orbitali non possiedono simmetria sferica, si ha come conseguenza una deformazione della struttura, un riarrangiamento delle orbite che comporta una deformazione elastica del materiale. L’effetto magnetostrittivo non è facilmente osservabile macroscopicamente, ma ha un’importanza notevole dal momento che influenza, per esempio, la permeabilità e il processo di magnetizzazione. Analogamente, l’applicazione di uno sforzo meccanico su di un materiale ne modifica la magnetizzazione ed induce un’anisotropia uniassiale (un unico asse di facile magnetizzazione) in direzione solitamente parallela a quella dello sforzo applicato. Allo sforzo meccanico si associa, quindi, una densità di energia detta “magnetoelastica” tale per cui è più semplice magnetizzare il materiale quando questo è compresso se la costante magnetostrittiva è negativa. Al contrario, se la costante magnetostrittiva è positiva, sono le tensioni meccaniche del materiale che definiscono la direzione del vettore magnetizzazione.
Esiste poi l’energia magnetostatica, che trae origine dalla presenza di poli magnetici liberi all’interno o sulla superficie di un materiale ferromagnetico e in corrispondenza di eventuali irregolarità strutturali, imperfezioni o bordi di grano, che determinano localmente una discontinuità del vettore magnetizzazione. Le caratteristiche geometriche costituiscono il fattore essenziale nel determinare il contributo di energia magnetostatica in un corpo ferromagnetico. La presenza di termini magnetostatici fa si che il corpo tenda naturalmente ad allineare la sua magnetizzazione lungo le direzioni che minimizzano l’energia magnetostatica, come nel caso degli aghi delle bussole; si parla in questo caso di anisotropia di forma.

Fig. 7: Anisotropia di forma: per  i grani di magnetite più piccoli di 20 micrometri l’anisotropia di forma è quella dominante. In particelle più grandi è, invece meno importante rispetto all’anisotropia magnetocristallina. Per i grani di ematite, a causa del basso valore della magnetizzazione di saturazione, l’anisotropia di forma non è solitamente importante. Per la magnetite oltre la temperatura ambiente, le costanti magnetocristallina e magnetostrittiva diminuiscono sino ad assumere un valore nullo alla temperatura di Curie.

Domini magnetici
Oltre all’ipotesi del campo molecolare, Weiss ipotizzò l’esistenza dei domini magnetici, cioè di regioni magneticamente sature e uniformi all’interno del materiale (dimensioni 1-100 micrometri: molto più grandi delle distanze interatomiche), aventi però direzione di magnetizzazione non uniforme l’una rispetto all’altra. In una regione magneticamente satura tutti i momenti magnetici elementari sono collineari e la magnetizzazione media del dominio assume il suo massimo valore M, detto MS = magnetizzazione di saturazione. Lo stesso vale per la polarizzazione I, che corrispondentemente diventa Is =µ0 Ms.

 

 

Un materiale ferromagnetico non è generalmente magnetizzato a livello macroscopico, in quanto ciascuno dei “domini magnetici” di cui è composto è orientato, in assenza di un campo esterno, in una direzione casuale: l’effetto complessivo è quello di un momento magnetico totale nullo. Un ferromagnete esibisce invece comportamento ferromagnetico anche a livello macroscopico quando è posto sotto l’azione di un campo sufficientemente intenso o quando il materiale viene raffreddato a partire da una temperatura superiore a quella di Curie sotto l’effetto del campo esterno (ad esempio il campo magnetico terrestre). In tali circostanze nel materiale si verifica l’espansione dei domini i cui momenti sono orientati parallelamente, o comunque in direzione favorevole, rispetto alla direzione del campo applicato, a svantaggio dei domini orientati sfavorevolmente, che si contraggono. Come risultato, si ha nel materiale un momento magnetico M intenso, parallelo ad H, proporzionale alla sua intensità e parzialmente permanente anche dopo la rimozione del campo magnetizzante. Le espansioni e le contrazioni dei domini magnetici sono processi reversibili per piccoli valori del campo magnetizzante, mentre per campi più intensi sono di tipo irreversibile, a causa di interazioni tra i momenti magnetici e la struttura del materiale (attriti di parete). La magnetizzazione torna ad essere reversibile per campi molto elevati, quando i fenomeni di magnetizzazione non sono più legati alla variazione dimensionale dei domini, ma diventano dipendenti principalmente dalla rotazione coerente delle orbite elettroniche degli atomi nei domini non orientati favorevolmente.
Come conseguenza nei materiali ferromagnetici non solo la relazione tra M e H è crescente ma non lineare fino al valore di saturazione Ms, anche i processi di magnetizzazione e smagnetizzazione non risultano coincidenti, ma si manifestano accompagnati da isteresi; questo comporta che, al venire meno del campo magnetizzante, rimanga al campione una magnetizzazione residua detta rimanenza magnetica, Mr, dovuta essenzialmente agli “attriti di parete” sopra citati.
Esistono, infine, due tipologie di comportamento magnetico, dette ferrimagnetismo e antiferromagnetismo, particolarmente interessanti per il settore della scienza e tecnologia dei beni culturali, perché tipiche dei minerali magnetici naturali, come la magnetite, l’ematite, la maghemite e la goethite.
Il comportamento ferrimagnetico è tipico delle sostanze costituite principalmente da ferriti (MO·Fe2O3); esse presentano due diversi reticoli (A e B) che hanno allineamento antiparallelo dei momenti di spin. Se le intensità dei momenti magnetici di A e B non sono uguali, il materiale presenta un momento magnetico complessivo non nullo, assumendo un comportamento macroscopico simile a quello delle sostanze ferromagnetiche.

Fig. 9: Rappresentazione degli spin in sostanze ferrimagnetiche. In composti ionici, come gli ossidi, è l’arrangiamento della struttura cristallina che porta ad assumere un comportamento ferrimagnetico.


Il comportamento antiferromagnetico, analogamente, è dovuto alla presenza di due reticoli A e B che presentano momenti magnetici antiparalleli, ma in questo caso con la stessa intensità: il momento magnetico totale in assenza di campo è nullo. In presenza di un campo magnetico esterno, tuttavia, il materiale presenta una debole suscettività positiva e il processo di magnetizzazione è caratterizzato da comportamento isteretico e rimanenza magnetica.

 

 

 

 

 

                    Tab. II: Principali  naturali con ordinamento ferrimagnetico/antiferromagnetico

Minerali	Composizione	Ordine Magnetico	Tc(°C)	Ms (Am2/kg)
Ossidi
Magnetite	Fe3O4	ferrimagnetico	575-585	90-92
Ematite	αFe2O3	antiferromagnetico	675	0.4
Ilmenite	FeTiO2	antiferromagnetico	-233
Magnesioferrite	MgFe2O4	ferrimagnetico	440	21
Solfuri
Pirrhotite	Fe7S8	ferrimagnetico	320	~20
Greigite	Fe3S4	ferrimagnetico	~333	~25
Ossiidrossidi
Goethite	αFeOOH	antiferromagnetico, debolmente ferromagnetico	~120	< 1
Feroxyhyte	dFeOOH	ferrimagnetico	~180	< 10

 

 

 

 

 

2.3 Cicli di isteresi e relativi parametri magnetici

Ciò che caratterizza in prima analisi un materiale ferromagnetico è la dipendenza della sua magnetizzazione dal campo applicato. Per studiare tale peculiarità, si analizza l’andamento della magnetizzazione di un campione sottoposto ad un campo magnetico (Fig. 10).

Quando un campione ferromagnetico è sottoposto ad un campo crescente a partire dallo stato H = 0, si ottiene la cosiddetta curva di prima magnetizzazione. Questa può procedere sino ad un valore finito di M, detto magnetizzazione di saturazione MS, corrispondente all’allineamento completo dei momenti magnetici dei diversi domini nella stessa direzione del campo applicato. Supponiamo, una volta raggiunto un certo valore di magnetizzazione, di diminuire il campo H: si osserva che la curva non ripercorre a ritroso lo stesso cammino compiuto durante il percorso di magnetizzazione iniziale. Ci troviamo di fronte ad una curva che presenta due valori di M in corrispondenza di un solo valore di H, tale fenomeno è comunemente detto isteresi, in particolare, nel nostro caso “isteresi magnetica”.

 

Mr, la rimanenza, è il valore che la magnetizzazione assume quando H viene riportato a zero (l’intercetta dell’asse delle ordinate). Da questo punto, invertendo il verso della corrente, il campo magnetico H assume valori negativi crescenti mentre la magnetizzazione M diminuisce. Il punto Hc, definito campo coercitivo, corrisponde al valore che occorre dare al campo magnetico H nella direzione opposta a M affinché M torni a zero. Facendo variare il campo H tra valori estremi simmetrici, si osserva che la curva M (H) percorre un ciclo chiuso. Infine Hcr, il campo coercitivo della rimanenza è un parametro rilevabile sperimentalmente importante per il geomagnetismo, corrispondente al valore del campo da cui la curva di isteresi torna al punto di origine se si interrompe il processo di magnetizzazione e si riporta il campo applicato a zero.
 Il fatto che esista un’isteresi magnetica evidenzia la presenza di meccanismi di dissipazione dell’energia legati al processo di magnetizzazione. È possibile dimostrare che l’energia dissipata per unità di volume nel corso di un ciclo d’isteresi completo è data dall’area del ciclo stesso.
In generale si è soliti classificare i materiali ferromagnetici in “dolci”, basso campo coercitivo (fino a un centinaio di A/m) e alta permeabilità (µr fino a 106), e“duri”, campi coercitivi molto elevati (dell’ordine di 104 A/m, ma anche superiori) e bassa permeabilità. Nei materiali naturali, la forma del ciclo d’isteresi può essere indicativa della composizione mineralogica del campione. I parametri sperimentali ricavabili dal ciclo d’isteresi, infatti, possono fornire indicazioni sulla struttura e sulla dimensione dei grani magnetici in quanto non dipendono solo dalle proprietà intrinseche dei materiali, ma anche dalla temperatura, dall’intensità del campo applicato, dalla struttura dei domini, dalle sollecitazioni subite, dalla dimensione dei grani cristallini e dalla geometria dei materiali.
Minerali ferromagnetici tendono a produrre dei cicli stretti, mentre la presenza di minerali antiferromagnetici rende i cicli più allargati. I cicli ristretti attorno all’origine del diagramma M (H), indicano la presenza di due o più componenti del campo coercitivo, corrispondenti a diverse fasi magnetiche. Campioni con una sola fase magnetica, mostrerebbero cicli generalmente più uniformi. Anche la struttura dei domini incide sulla forma dei cicli d’isteresi: materiali a singolo dominio hanno cicli più allargati rispetto ai materiali a multi dominio. I parametri Mr/Ms e Hc/Hcr, in particolare, sono utilizzati in studi geo-magnetici per capire la struttura a domini dominante nei grani magnetici, nei diversi depositi geologici. Infine, se ad alti campi la curva di magnetizzazione si riduce ad avere un comportamento lineare e reversibile, è ipotizzabile un contributo dovuto alla presenza di minerali paramagnetici.

2.4 Comportamento magnetico e dimensione delle particelle
A seconda delle dimensioni dei grani magnetici si possono osservare diversi comportamenti magnetici dei campioni di ossidiana: superparamagnetici (SPM), singolo dominio (SD), pseudo singolo dominio (PSD) e multidominio (MD) (Fig. 11).

 

 

 

Fig. 11: Valore del campo coercitivo in funzione della dimensione dei grani. Il massimo valore del campo coercitivo si ha entro l’intervallo SD. Per grani di dimensioni più grandi, il campo coercitivo diminuisce, in relazione all’aumento dei domini all’interno dei grani; per grani più piccoli, Hc diminuisce di nuovo, ma in questo caso per l’effetto di disordine causato dell’energia termica.
Esiste, infatti, una dimensione critica dei grani al di sotto della quale una particella si comporta come un singolo dominio. Tali grani alla magnetizzazione di saturazione sono uniformemente magnetizzati.                                                 La dimensione critica  dipende da diversi fattori intrinseci, come la magnetizzazione di saturazione e l’anisotropia magnetocristallina, e fattori estrinseci come la forma dei grani.
L’inversione della magnetizzazione nei grani SD è un processo che richiede alti valori di energia magnetica. Per cambiare la magnetizzazione di grani MD, invece, sono sufficienti bassi valori del campo applicato: essi, infatti, presentano bassi valori sia del campo coercitivo che della rimanenza. 
Quando piccoli grani MD (bassa campo coercitivo) esibiscono anche un comportamento SD (alta rimanenza) si ha un comportamento definito pseudo singolo dominio. Per la magnetite, l’importanza del comportamento PSD è dovuto al fatto che l’intervallo della taglia, tra 0.1-20 μm, copre le dimensioni dei grani che generalmente si trovano nei campioni. L’ematite mostra una risposta SD nella maggior parte delle rocce a causa della forte anisotropia magnetocristallina dovuta alla struttura esagonale della cella elementare.
Le dimensioni delle particelle possono ridursi entro l’intervallo SD sino al raggiungimento di un limite critico inferiore oltre il quale la rimanenza e il campo coercitivo della particella vanno a zero a temperatura ambiente. Quando questo avviene, i grani diventano superparamagnetici. Una particella SD di volume v ha una magnetizzazione uniforme diretta lungo gli assi di facile magnetizzazione. Se v  è sufficientemente piccolo (o la temperatura abbastanza elevata), l’energia termica (kT) è sufficiente per sovrastare l’effetto dell’energia di anisotropia, che tende a separare gli stati di magnetizzazione positivi e negativi, causando una magnetizzazione spontanea e reversibile. Si parla in queste condizioni di comportamento superparamagnetico (SPM). Per le particelle superparamagnetiche, il momento magnetico a campo nullo, sarà in media 0. Applicando un campo, si ha un allineamento dei momenti magnetici che può scomparire all’annullarsi del campo. Questo comportamento è analogo al paramagnetismo, eccetto che il momento magnetico da considerare  non è quello relativo ad ogni singolo atomo, ma quello di una particella SD che contiene, in media, 105 atomi. Per questo motivo i materiali superparamagnetici hanno un valore di suscettività superiore rispetto a quelli paramagnetici.
Proprietà isteretiche  di particelle  SD, PSD, e MD
La forma di un ciclo di isteresi in parte è determinata dal tipo di dominio presente nei materiali analizzati. I cicli dei materiali SD sono tipicamente più larghi di quelli MD in quanto riflettono gli alti valori della rimanenza e del campo coercitivo. I parametri del ciclo d’isteresi e, in particolare, il rapporto Mr/Ms e Hr/Hc, sono utilizzati per distinguere il tipo di dominio: il rapporto  Mr/Ms è un modo definitivo per differenziare particelle SD e MD (si veda Fig. 12). Per i grani SD il valore del rapporto Mr/Ms può essere facilmente calcolato e dipende dal tipo di anisotropia. Per le particelle PSD e MD, il calcolo del rapporto Mr/Ms risulta molto più complesso.

Fig. 12: Diagramma Mr/Ms vs Hr/Hc che consente di determinare il tipo di domini presenti nei grani.
Le particelle SPM non esibiscono alcuna rimanenza né campo coercitivo. La forma del ciclo di isteresi è per questo motivo estremamente lineare. I grani SPM mostrano inizialmente un rapido aumento della magnetizzazione  in funzione del campo applicato; in seguito al crescere del valore di campo, l’aumento della magnetizzazione è più graduale sino alla saturazione. Infatti, la distribuzione dei grani SD, PSD o MD è fondamentale per gli studi di datazione magnetica. La longevità della memoria magnetica dipende dall’effettiva dimensione dei grani dei minerali ferromagnetici: piccoli grani SD hanno capacità di ritenere una memoria magnetica per milioni di anni; per grani di dimensioni più grandi (MD o PSD), quando è energicamente più efficiente, per la stabilità interna, la divisione in subdommini con direzione di magnetizzazione differente, la capacità di memoria magnetica è meno duratura. Generalmente, grani di magnetite SD hanno dimensioni inferiori a un micrometro a differenza  di quelli MD che superano i 100 micrometri. L’ematite, per le proprietà magnetiche intrinseche, mostra con frequenza una risposta SD. Il rapporto magnetizzazione di rimanenza\saturazione aumenta per i grani di ossidi ferrimagnetici nella sequenza: particelle multidomino (per Fe3O4> 20 micrometri), pseudo singolo dominio, singolo dominio (per Fe3O4 0.03-0.04 micrometri). I grani con dimensioni entro limiti MD-SD, hanno un valore del rapporto magnetizzazione di rimanenza\saturazione intermedio (particelle PSD). Il campo coercitivo Hc è relativamente basso per MD e generalmente cresce con il diminuire delle dimensioni dei grani sino a SD. Il rapporto Hc/Hmax aumenta nella sequenza SD, PSD, MD.
La separazione dei grani SPM da quelli MD, basata sulle proprietà isteretiche, può essere un problema quando si effettuano misure solo a temperatura ambiente. In alcuni casi può essere utile raffreddare i campioni a temperature molto inferiori a 0 °C, per differenziare i due comportamenti. I grani SPM a temperatura ambiente, possono diventare SD a basse temperature ottenendo significativi cambiamenti nei parametri dei cicli. Effettuare misure a temperature diverse evidenzia il contributo SPM (Fig. 13). 

 

 

 

 

    

Fig. 13 a-b: cicli di isteresi ottenuti a temperature diverse (a, 300 K; b, 50 K) che evidenziano il comportamento superparamagnetico.

 

Fonte: www.inrim.it/~ferrara/Lezioni/magnetismo

 

 

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