Nel corso delle precedenti lezioni abbiamo imparato come costruire un magnete artificiale: per la legge di Biot-Savart, un filo conduttore percorso da corrente elettrica genera un campo magnetico. Avvolgendo allora un filo in molteplici spire si può ottenere un solenoide, e inserendo al suo interno un nucleo ferromagnetico possiamo costruire un elettromagnete.
Avendo ora compreso come costruire sorgenti di campo magnetico, possiamo dare un’interpretazione del fenomeno allo stato naturale: da che cosa è prodotto il campo magnetico dei magneti naturali?
Qualsiasi sostanza è costantemente attraversata da numerosissime correnti elettriche: quelle generate dagli elettroni nel loro inarrestabile moto di rivoluzione intorno ai nuclei atomici. In generale però tale movimento è troppo disordinato, e i campi magnetici generati dai diversi atomi finiscono per compensarsi l’uno con l’altro, dando un risultato netto nullo.
Nei magneti permanenti, invece, a causa delle specifiche proprietà degli elementi che li costituiscono, il moto degli elettroni intorno al nucleo di ogni atomo è più ordinato e complessivamente può essere assimilato alla corrente prodotta da una spira. Tali spire, interagendo le une con le altre, tendono ad allinearsi in configurazioni ben specifiche, come quella illustrata qui sotto:
Mentre all’interno del materiale le correnti elettroniche si compensano le une con le altre, sulla superficie questa compensazione non avviene: per questo prendono vita delle correnti elettriche superficiali chiamate correnti amperiane, dal nome di André-Marie Ampère, il quale descrisse e quantificò per primo l’interazione magnetica tra due fili percorsi da corrente con la sua famosa legge. Le correnti amperiane svolgono il ruolo di “magnetizzare” l’elemento, come se si trattasse di un vero e proprio solenoide.
Quando un corpo diviene sorgente di campo magnetico, esso si dice polarizzato magneticamente, intendendo con questa espressione che è possibile individuare sulla superficie del corpo due poli, $\text{N}$ e $\text{S}$, proprio come in un magnete naturale. Il processo che porta un corpo dall’essere magneticamente neutro a magneticamente polarizzato si chiama polarizzazione magnetica. Data la presenza di due poli, un corpo polarizzato si dice anche dipolo magnetico.
Il fenomeno è analogo al dipolo elettrico: in effetti, le linee di campo del campo elettrico generato da un dipolo elettrico sono del tutto analoghe a quelle del campo magnetico. Ma le cause dei due fenomeni sono profondamente differenti: mentre la polarizzazione magnetica è dovuto all’allineamento delle correnti elettroniche, la polarizzazione elettrica nasce da una separazione di cariche elettriche di segno opposto. In questo secondo caso infatti il campo elettrico esterno spinge gli elettroni e i nuclei atomici in direzioni opposte, a causa del segno opposto delle loro cariche elettriche. Come mostra l’immagine sottostante tale separazione di cariche viene ancora una volta compensata all’interno del materiale: ogni carica elettrica di un segno ha nelle sue immediate vicinanze una carica di segno opposto. Gli effetti si fanno sentire soltanto sulla superficie dove ciò non è più vero.
Crediti immagine: Brews ohare, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polarization_and_magnetization.JPG
