Campo magnetico nella materia

1. Le proprietà magnetiche
dei materiali

2. L’ipotesi di Ampère

5. Sostanze ferromagnetiche e paramagnetiche
• Per molti atomi gli effetti di tutti i moti (orbitali o di spin) degli
elettroni si cancellano vicendevolmente così che essi non
hanno un momento magnetico proprio.
• Nelle sostanze paramagnetiche e ferromagnetiche questi
effetti non si annullano, così che ogni atomo o molecola
possiede un proprio momento di dipolo magnetico.
• I momenti magnetici microscopici sono orientati casualmente
nello spazio, e, in assenza di campo esterno, non producono
alcun effetto macroscopico.

6. Nel ferro e negli altri materiali ferromagnetici,
esistono delle vaste zone (dell'ordine di 10-2 mm)
dette domini di Weiss in cui i momenti magnetici
microscopici sono orientati concordemente.
Sostanze ferromagnetiche

7. • Se il cristallo ferromagnetico è immerso in un campo
magnetico esterno, i domini già orientati con il campo
aumentano di dimensioni a spese dei loro vicini, mentre gli
altri tendono comunque a ruotare per disporsi
favorevolmente. Questo porta ad un grande rafforzamento
(fino a migliaia di volte) del campo esterno.
• Quando cessa l'azione della corrente i domini orientati del
ferro si riportano nella situazione caotica precedente
(magnetismo temporaneo), mentre quelli dell'acciaio
rimangono orientati permanentemente.

8. • Se una sostanza paramagnetica è posta in un campo magnetico, i dipoli
elementari tendono ad allinearsi con il campo, ostacolati però fortemente
dal moto di agitazione termica. Ne consegue che solo una minoranza di
dipoli elementari riesce ad allinearsi con il campo esterno, rafforzandolo
molto debolmente (meno del 10%).
Sostanze paramagnetiche

9. La temperatura di Curie
• Un aumento di temperatura, causando disordine molecolare,
diminuisce la tendenza alla magnetizzazione. Per ogni
elemento ferromagnetico esiste una temperatura critica detta
di Curie al di sopra della quale si ha il passaggio dalla fase
ferromagnetica a quella paramagnetica.
• Per il ferro la temperatura di Curie vale 1043 K.

10. Sostanze diamagnetiche

11. • Nel 1846 Faraday scoprì che un campione di bismuto avvicinato ad un
magnete veniva da esso debolmente respinto. Questo comportamento
anomalo si verificava anche con argento, rame, mercurio e acqua. Faraday
chiamò diamagnetiche tutte queste sostanze.
• Le sostanze diamagnetiche hanno atomi e molecole prive di un momento
proprio di dipolo magnetico in quanto gli effetti magnetici di tutti i moti
degli elettroni si annullano.
In assenza di campi magnetici esterni, il momento magnetico risultante è
zero.
• Se si immerge il materiale in un campo esterno, esso produce, con la forza
magnetica, una asimmetria nella velocità degli elettroni creando un
debolissimo momento magnetico contrario al campo esterno che ne
risulta leggermente indebolito.
• Le sostanze che hanno comportamento diamagnetico sono l' acqua la
maggior parte delle sostanze organiche (DNA, oli, plastiche) e alcuni
metalli come il mercurio, l'oro, il rame, l'argento, il bismuto.

12. Levitazione diamagnetica

13. Levitazione diamagnetica

14. Levitazione diamagnetica

15. Applicazioni: supporti magnetici
• Alla base del funzionamento dei supporti magnetici
c'è il fatto che gli elettroni possiedono un minuscolo
momento magnetico, lo spin.
• Se si magnetizzano in modo opposto, in su o in giù,
aree diverse e ben definite di un dato supporto
magnetico (domini magnetici), è possibile codificare
l'informazione in modo binario: le due orientazioni
corrispondono ai bit 0 e 1

21. • Le moderne testine sono basate su
nanostrutture costituite da film sovrapposti di
alcune centinaia di nm e sono in grado di
leggere domini di 30 x 200 nm2. La loro
distanza dalla superficie del disco, che gira a
15000 giri al minuto, ( pari a una velocità
lineare di 100 km/h) è di 10 nm.

23. Due curiosità
• Levitron

24. Due curiosità
• Maglev

25. • Un treno a levitazione magnetica o MagLev è un tipo di treno che
viaggia senza toccare le rotaie grazie alla levitazione magnetica.
• La repulsione e l'attrazione magnetica vengono utilizzate anche
come mezzo di locomozione. Dato che il convoglio non tocca le
rotaie, l'unica forza che si oppone al suo moto è l'attrito dell'aria. Il
MagLev è quindi in grado di viaggiare a velocità elevatissime (fino a
581 km/h) con un consumo di energia limitato e un livello di rumore
accettabile. Sebbene la velocità del MagLev gli consenta di fare
concorrenza all'aereo anche nei lunghi percorsi, i costi per la
realizzazione delle infrastrutturene hanno limitato finora l'utilizzo a
brevi tratte molto frequentate. A Shanghai un MagLev collega la
città con l'aeroporto. La linea è lunga 30 chilometri e viene percorsa
dal treno in 7 minuti e 20 secondi con una velocità massima di
501,5 km/h e una velocità media di 250 km/h
• (Wikipedia)