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Elettromagnetismo

 

Descrizione

In fisica, l'interazione elettromagnetica è una delle quattro interazioni fondamentali previste dal Modello Standard, il cui mediatore è il fotone. Si tratta della forza generata dal campo elettromagnetico, il quale si propaga nello spazio per mezzo della radiazione elettromagnetica, un fenomeno ondulatorio che non richiede alcun supporto materiale per diffondersi nello spazio e che nel vuoto viaggia alla velocità della luce. La forza elettromagnetica è responsabile dell'interazione tra due oggetti carichi, sorgenti del campo elettromagnetico.

L'elettromagnetismo è dunque la branca della fisica che descrive i fenomeni legati all'interazione elettromagnetica e viene studiato dall'elettrodinamica classica, la teoria dei campi elettromagnetici generati da un insieme di cariche elettriche in moto e formulata secondo i principi della teoria della relatività, e dall'elettrodinamica quantistica, una teoria quantistica del campo elettromagnetico che include la teoria della relatività ristretta e che descrive tutti i fenomeni che coinvolgono particelle elettricamente cariche interagenti per mezzo della forza elettromagnetica. Esso ammette come caso particolare i fenomeni elettrostatici e i fenomeni magnetostatici. A tale interazione fondamentale si possono ricondurre molti fenomeni fisici macroscopici quali ad esempio l'attrito, lo spostamento di un corpo a mezzo di una forza di contatto ecc...

L'elettromagnetismo costituisce una teoria scientifica fondamentale che ha permesso di spiegare fenomeni naturali come l'elettricità, il magnetismo e la luce ed è stato il primo esempio in fisica di unificazione di due diverse forze fisiche, quella elettrica e quella magnetica.

Già prima della nascita di Cristo, Greci e Romani erano a conoscenza delle capacità della magnetite di attrarre limatura di ferro.

Inoltre fu preso in esame il fenomeno per il quale una sbarretta di ferro diviene un magnete naturale.

Nel 1200 sono state effettuate le prime ricerche sulla bussola, ma possiamo dire di avere informazioni certe solo nel 1600 quando il fisico William Gilbert pubblicò il “De Magnete”.

Egli dimostrò, utilizzando un ago magnetico e una calamita sferica, che la Terra si comporta come un enorme magnete.

John Michel inventò nel 1750 una bilancia con la quale, dimostrò che la forza attrattiva o repulsiva tra due poli è inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra loro.

All’inizio del XVIIII secolo, intorno al 1819, Hans Christian osservò che la corrente, percorrendo un cavo esercita una forza su un ago magnetico vicino.

Attraverso ulteriori esperimenti siamo giunti alla conclusione che una corrente che attraversa un filo conduttore genera un campo magnetico.

James Maxwell predisse l’esistenza delle onde elettromagnetiche e riconobbe la natura elettromagnetica della luce.

Successivamente vennero prese in esame le origini atomiche e molecolari delle proprietà magnetiche della materia.

Nel 1925 i fisici Samuel Goudsmit e George Uhlenbeck dimostrarono che l’elettrone è dotato di spin e che il suo comportamento è simile a quello di una barretta magnetica in momento definito.

Il momento magnetico è una grandezza vettoriale, che fornisce l’intensità e la direzione del suo campo magnetico e ne descrive il comportamento nel campo esterno.

In questo periodo troviamo accenni di meccanica quantistica.

Forze di natura magnetica interagendo con oggetti magnetizzati da correnti elettriche vengono definite campi magnetici.

La forma geometrica delle caratteristiche del magnete o il sistema di fili conduttori percorsi da correnti che lo generano, determinano l’andamento delle linee di forza del campo elettromagnetico.

Alcuni esempi:

  1. in un magnete a sbarra le linee di forza emergono da una delle estremità, si incurvano nello spazio circostante fino alle altre estremità dove sono vicine e parallele. Attraverso un aghetto magnetico e uno di limatura di ferro è possibile evidenziare la direzione delle linee di forza di un campo magnetico;

  2. la bussola, non è altro che un piccolo magnete libero di ruotare,tende ad allinearsi con le linee di forza.

Un campo magnetico può agire su particelle cariche in moto.

Queste particelle durante il loro tragitto sono soggette alla forza di Lorenz; questa forza cade perpendicolare sia alla direzione del campo, che alla velocità della particella interessata.

L’azione della forza di Lorenz modifica la traiettoria di una particella all’interno di un campo magnetico.

Riguardo ai materiali magnetici è possibile effettuare una netta classificazione:

- diamagnetiche,

- paramagnetiche,

- ferromagnetiche.

Una sostanza è detta diamagnetica quando immersa in un campo magnetico reagisce indebolendolo attraverso un breve momento magnetico diretto nel verso opposto.

Le sostanze diamagnetiche si trovano in grande quantità; le più comuni sono il bismuto metallico e alcune molecole organiche come il benzene.

Le sostanze paramagnetiche sono quelle dotate di momenti magnetici propri.

Nei non metalli questi fenomeni dipendono dall’intensità del momento magnetico indotto e inversamente proporzionale alla temperatura.

Alle alte temperature la direzione del campo magnetico è ostacolata dal moto di vibrazione e agitazione termica degli atomi stessi.

Una sostanza è detta ferromagnetica, se riesce a conservare un momento magnetico anche senza campo magnetizzante.

I materiali ferromagnetici sono formati da piccole aree dette domini. All’interno di questi, i momenti magnetici si allineano in un'unica direzione. In presenza di un campo esterno i domini si allineano secondo la direzione di questo, determinando la magnetizzazione del materiale.

Pierre Curie studiò un metodo per smagnetizzare i materiali ferromagnetici e scoprì che al di sopra dei 770°C questi perdevano le loro proprietà.

Recentemente sono state formulate altre classificazioni di materiali con proprietà magnetiche.

In seguito a recenti scoperte siamo giunti a conoscenza che esistono sostanze dette antiferromagnetiche, che possiedono momenti magnetici allineati in modo antiparallelo.

Sono state prese in esame anche altre sostanze che si differenziano per diversi tipi di momenti magnetici.

La magnetite per esempio risulta un ferrimagnete non un ferromagnete poiché al suo interno troviamo due tipi di ioni di ferro: ognuno di essi determina un momento magnetico, inoltre questi sono antiparalleli.

Al giorno d’oggi il magnetismo viene utilizzato per facilitarci in molti campi.

Il suo utilizzo si estende dall’informatica alla medicina fino al settore dei trasporti, rispettivamente con l’uso dei computer, delle risonanze magnetiche e dei treni magnetici.

 

Voci correlate

- Magnetismo,

- Geofisica,

- Geobiologia,

- Paleomagnetismo,

- Elettrostatica,

- Equazioni di Maxwell,

- Ottica,

- Onda (fisica),

- Onde elettromagnetiche terapeutiche,

- Modello di Lorentz-Drude;

- Fisica;

 

Tratto da Wikipedia, elaborato e modificato.