Fisica II – Materia

Magnetismo nella materia

Gli atomi hanno momenti magnetici di dipolo dovuti al moto dei loro elettroni. Ogni elettrone ha a sua volta un momento magnetico di dipolo intrinseco associato alla sua rotazione su se stesso (spin). Il momento magnetico risultante di un atomo dipende dalla disposizione degli elettroni nell'atomo. I dipoli magnetici assumono la direzione orientata dell'induzione del campo magnetico esterno (si allineano parallelamente al campo magnetico esterno) e ciò tende a far aumentare l'induzione magnetica.

Categorie di sostanze

Le sostanze si suddividono in tre categorie:

• Sostanze paramagnetiche
• Sostanze diamagnetiche
• Sostanze ferromagnetiche

Caso paramagnetico

Nelle sostanze paramagnetiche i dipoli magnetici non interagiscono fortemente tra loro e sono di norma diretti e orientati casualmente (momenti magnetici). In presenza di un campo magnetico esterno, i dipoli assumono parzialmente la direzione orientata dell'induzione del campo magnetico esterno, aumentandola.

L'ordine dei momenti magnetici è correlato anche con la temperatura. Infatti, il moto di agitazione termica dei dipoli tende a rendere casuale la loro direzione orientata. Perciò, più alta sarà la temperatura e più basso sarà l'ordine dei momenti magnetici, e viceversa, più bassa sarà la temperatura e più alto sarà l'ordine.

Caso diamagnetico

Le sostanze diamagnetiche sono sostanze le cui molecole sono prive di momento magnetico permanente.

Caso ferromagnetico

Le sostanze ferromagnetiche sono sostanze in cui si produce un alto grado di allineamento anche in presenza di campi magnetici esterni deboli, determinando un grande aumento dell'induzione magnetica risultante. Anche in assenza di un campo magnetico esterno, i dipoli di una sostanza ferromagnetica possono essere equi-orientati, ossia avere la stessa direzione orientata.

Magnetizzazione

Una sostanza posta in un forte campo magnetico ha, come visto sopra, un allineamento dei suoi momenti magnetici di dipoli nella direzione orientata dell'induzione del campo magnetico esterno. In tal caso, la sostanza è detta magnetizzata ed è descritta dalla sua intensità di magnetizzazione o più semplicemente magnetizzazione.

La magnetizzazione è, per definizione, il momento magnetico di dipolo risultante riferito all'unità di volume della sostanza:

dmM = dV

All'interno della sostanza magnetizzata si creano delle correnti microscopiche, dovute al moto intrinseco delle cariche atomiche. Possiamo supporre, per semplicità, che questi moti siano equivalenti a microscopiche spire percorse da corrente (prendiamo come esempio un cilindro). La corrente totale in un punto qualsiasi...