Magnetismo nella materia

nicofontana
di nicofontana
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Scopri il magnetismo nella materia analizzando i momenti magnetici atomici e molecolari. Approfondisci come i materiali influenzano il campo magnetico attraverso la permeabilità magnetica relativa, distinguendo tra ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici.

Concetti Chiave

  • Il magnetismo nella materia può essere studiato analizzando l'effetto di un campo magnetico su un solenoide percorso da corrente.
  • L'induzione magnetica nel punto considerato è influenzata dalla presenza di un nucleo di ferro, che modifica il campo magnetico iniziale.
  • La permeabilità magnetica relativa [math]µ_r[/math] determina come il materiale influisce sul campo magnetico rispetto al vuoto.
  • Le sostanze si classificano in tre gruppi basati sui valori di [math]µ_r[/math]: diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche.
  • Materiali con [math]µ_r< 1[/math] sono diamagnetici, mentre quelli con valori superiori a [math]1 10^3[/math] sono paramagnetici o ferromagnetici.
IL MAGNETISMO NELLA MATERIA

È possibile studiare come la materia viene modificata dal campo magnetico osservando l’esempio seguente. Consideriamo un solenoide percorso da corrente e sia

[math]B_0 = µ_0 n i[/math]
l’induzione magnetica prodotta dal circuito in un punto dello spazio, con
[math]n[/math]
numero di spiere del solenoide. Se inseriamo nello spazio vuoto un nucleo di ferro, si osserva nel punto considerato l’induzione
[math]B = µ_r B_0[/math]
, la quale differisce dall’induzione
[math]B_0[/math]
per la presenza della costante
[math]µ_r[/math]
, detta permeabilità magnetica relativa del mezzo. Tale valore esprime in che modo la presenza della materia modifica il campo magnetico rispetto al vuoto. Infatti, in base ai valori assunti da
[math]µ_r[/math]
, le sostanze si suddividono in tre gruppi.

Per

[math]µ_r sono diamagnetiche (come l’acqua o il rame), per
[math]110^3[/math]
sono paramagnetiche (platino, aria, alluminio), mentre per
[math]10^3 sono ferromagnetiche.

Momenti magnetici atomici e molecolari

Il valore di

[math]µ_r[/math]
dipende da come gli elettroni si muovono attorno al nucleo in una determinata sostanza. Essi si comportano come delle correnti, quindi è possibile, come in una spira, associare ad essi un momento magnetico, detto momento magnetico orbitale. I momenti magnetici sono multipli interi di un valore elementare, detto magnetone di Bohr, indicato come

[math]µ_B = 9,27\cdot 10^{-24}\ A\ m^2.[/math]

Inoltre, gli elettroni sono dotati di un momento proprio, detto spin, ovvero il momento rotatorio dell’elettrone intorno al proprio asse. Di conseguenza, il momento magnetico complessivo di un atomo è la somma vettoriale dei momenti magnetici orbitali e di spin di ciascun elettrone.

Domande da interrogazione

  1. Qual è l'effetto della presenza di un nucleo di ferro in un solenoide percorso da corrente?

    2. L'inserimento di un nucleo di ferro modifica l'induzione magnetica nel punto considerato, portandola a un valore [math]B = µ_r B_0[/math], dove [math]µ_r[/math] è la permeabilità magnetica relativa del mezzo, che indica come la materia influisce sul campo magnetico rispetto al vuoto.

  2. Come si classificano le sostanze in base alla loro permeabilità magnetica relativa?

    3. Le sostanze si suddividono in tre gruppi in base ai valori di [math]µ_r[/math]: diamagnetiche per [math]µ_r< 1[/math] (es. acqua, rame), paramagnetiche per [math]1 < µ_r < 10^3[/math] (es. platino, aria, alluminio), e ferromagnetiche per [math]µ_r > 10^3[/math].

  3. Cosa rappresenta la costante [math]µ_r[/math] nel contesto del magnetismo?

    4. La costante [math]µ_r[/math], o permeabilità magnetica relativa, rappresenta il modo in cui la presenza della materia modifica il campo magnetico rispetto al vuoto, influenzando l'induzione magnetica in un dato punto.

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