Forze magnetiche e magnetismo.

Maneggiando una calamita ti puoi rendere conto che attrae piccoli oggetti di ferro come chiavi,chiodi,graffette. Le forze che agiscono in questo caso sono chiamate forze magnetiche, e i corpi che le generano, magneti. I magneti vengono suddivisi in due categorie: i magneti naturali, come la magnetite, che per loro natura possiedono proprietà magnetiche; e i magneti artificiali, che sono costruiti dall'uomo. La forza attrattiva di qualunque calamita non è uniforme. Essa,infatti, è massima alle estremità dette poli, e decresce verso la parte centrale dove si annulla ( zona neutra ). Tutte le calamite posseggono due poli opposti: il polo nord (N) e il polo sud (S). Avvicinando due calamite puoi osservare che :i poli opposti si attraggono e i poli uguali si respingono.
Il processo mediante il quale un materiale acquista proprietà magnetiche è detto magnetizzazione;essa può avvenire per strofinio,per contatto e per induzione. Un corpo si magnetizza per strofinio semplicemente strofinandolo su una calamita; si magnetizza invece per contatto quando gli si fa toccare una calamita; infine, un corpo si magnetizza per induzione quando viene accostato a una calamita. Se il corpo è di ferro le proprietà magnetiche si perdono dopo poco tempo (magnete temporaneo) ,mentre se il corpo è di acciaio le proprietà magnetiche si conservano in modo permanente (magnete permanente). Un corpo magnetizzato perde le sue proprietà quando viene riscaldato o percosso.
Spezzando a metà una calamita,si può constatare che ogni pezzo conserva due poli magnetici ed è perciò ancora un magnete. Se si potesse dividere ogni pezzo in parti sempre più piccole,si otterrebbero ancora dei magneti: ogni frammento per quanto piccolo, conserva le proprietà magnetiche. E' perciò impossibile separare i due poli di una calamita. Questo fenomeno può essere spiegato immaginando che ogni particella elementare della calamita sia un piccolo magnete. In un corpo magnetizzato le particelle sono disposte ordinatamente, con il polo Nord in un verso e il polo Sud nell'altro verso: il polo Sud di ogni particella avrà davanti il polo Nord dell'altra o viceversa e tutte le forze magnetiche si neutralizzano. Questa disposizione ordinata delle particelle elementari nei magneti permette di spiegare tutti i fenomeni magnetici studiati : Le forze magnetiche sono maggiori ai poli perché verso un'estremità della calamita è rivolto il polo Nord di tutte le particelle che la formano; allo stesso modo il loro polo Sud è rivolto verso l'altra estremità della calamita stessa; La parte centrale di una calamita non ha proprietà magnetiche perché i poli delle particelle si annullano a vicenda ; Spezzando una calamita si ottengono ancora dei magneti,perché in ciascun pezzo affiorano le polarità delle particelle; Il calore e la percussione smagnetizzano la calamita, perché provocano l'agitazione delle particelle che perdono così la loro disposizione ordinata. Le particelle elementari che compongono i magneti vanno ricercate all'interno dell'atomo. Gli elettroni sono cariche elettriche negative che compiono un moto di rivoluzione intorno al nucleo e un moto di rotazione intorno al proprio asse; questa rotazione che può avvenire in senso orario o antiorario è detto spin. Tale rotazione fa sì che ogni elettrone si comporti come un piccolo magnete, perché è una carica elettrica in movimento. Negli atomi della gran parte degli elementi vi sono elettroni che ruotano in un certo senso e altrettanti che ruotano nel senso opposto: in questo caso gli effetti magnetici si neutralizzano. Negli elementi magnetici vi è invece un'eccedenza di elettroni che ruotano in un certo senso ,non controbilanciati da elettroni che ruotano nel senso opposto. Tale fenomeno è responsabile del comportamento magnetico dell'atomo di questi elementi.
Lo spazio entro cui agiscono le forze attrattive viene detto campo magnetico; è costituito da linee che in condizioni normali sono invisibili, le linee di forza: esse vanno dal polo Sud al polo Nord e viceversa. Le linee di forza sono dirette da polo Nord a polo Sud esternamente al magnete e da polo Sud a polo Nord internamente al magnete. Si possono visualizzare queste linee di forza ponendo una calamita sotto un cartoncino (o una lastra di vetro), su cui venga sparsa della limatura di ferro. La visualizzazione del campo magnetico prende il nome di spettro magnetico. La Terra è un'enorme magnete naturale che genera un campo magnetico molto potente; i suoi poli magnetici sono molto vicini ai poli geografici, anche se non coincidenti con essi. Ciò spiega perchè una calamita ad ago lasciata libera di ruotare, si dispone sempre in direzione nord-sud. Su tale principio viene costruita la bussola. Pertanto i poli magnetici della Terra conservano il loro nome con riferimento al polo Nord e al polo Sud geografico. I marinai usando la bussola durante la navigazione notarono una particolarità: l'ago non si dirige esattamente verso il nord geografico ma appare leggermente deviato. L'ago forma con la direzione nord-sud un angolo che è detto declinazione magnetica. Ciò accade perché i poli magnetici e i poli geografici della Terra no coincidono ma distano circa 1600 km. I poli magnetici della Terra non sono fissi.Studiando il magnetismo delle rocce in diversi luoghi della Terra,gli scienziati hanno potuto constatare che nel corso del tempo,i poli magnetici hanno più volte cambiato la loro posizione arrivando addirittura a scambiarsi di posto. Sospendendo un ago magnetico a un filo,si nota un'altra particolarità: l'ago appare leggermente inclinato poiché il polo Nord magnetico risulta un pò al di sotto del piano orizzontale e il polo Sud un po' al di sopra. L'angolo formato con il piano orizzontale viene detto inclinazione magnetica. Declinazione e inclinazione magnetica sono grandezze importanti di cui tiene conto chiunque usi la bussola per orientarsi. Il magnetismo terrestre è responsabile di fenomeni particolari come le tempeste magnetiche e le aurore polari. Le tempeste magnetiche,che causano disturbi nelle comunicazioni radio, sono delle violenti fluttuazioni dell'intensità del campo magnetico terrestre,provocate dal vento solare,ossia dalle particelle elettriche espulse dal sole che arrivano sulla Terra. Gli stessi flussi di particelle sono responsabili delle aurore polari,luci e bagliori multicolori che illuminano il cielo nelle regioni prossime al polo Nord e al polo Sud. L'origine dei fenomeni legati al magnetismo terrestre resta ancora poco chiara: secondo alcuni sarebbero dovuti alla presenza di grandi quantità di nichel e ferro nel nucleo terrestre,secondo altri sarebbero dovuti al materiale fluido in movimento sotto la crosta terrestre.