Insieme di leggi e fenomeni cui è legato il comportamento dei magneti, siano essi naturali, artificiali o legati a fenomeni di carattere elettrico
Insieme di leggi e fenomeni cui è legato il comportamento dei magneti, siano essi naturali, artificiali o legati a fenomeni di carattere elettrico. Il magnetismo è dovuto al fatto che gli atomi di ferro (ma anche di cobalto o di nichel) hanno elettroni che sono in grado di allineare i loro spin (cioè gli assi intorno ai quali ruotano) in modo da disporli paralleli l’uno all’altro. Gli elettroni con spin paralleli sommano tra loro gli effetti magnetici e generano un campo magnetico. Il campo magnetico può essere immaginato come una sorta di griglia di linee che circondano il magnete. Queste linee rappresentano la direzione della forza (perciò si chiamano linee di forza) che agirebbe sopra un pezzetto di ferro collocato all’interno della griglia.
Esistono magneti naturali e magneti artificiali. Un magnete assai diffuso è la magnetite (un minerale di ferro), che si trova anche in Italia. Le proprietà magnetiche della magnetite, già note ai greci e ai romani, furono fino al XVII secolo gli unici aspetti noti del magnetismo, che costituisce attualmente una delle branche fondamentali della fisica moderna.
Di contro, un pezzo di ferro strofinato con un magnete naturale si magnetizza e diviene un magnete artificiale, una calamita, a cui si possono dare forme e dimensioni opportune.
Una magnetizzazione ben più intensa si ottiene con il passaggio della corrente elettrica. In un comune pezzo di ferro esistono, infatti, tante piccole zone in ciascuna delle quali gli spin degli elettroni sono allineati. Tuttavia, le diverse zone sono orientate a caso, in tutte le possibili direzioni, e quindi il ferro presenta normalmente un campo magnetico complessivamente nullo. Quando però viene immerso in un campo magnetico esterno, alcune zone aumentano di volume rispetto alle altre e il magnetismo del ferro diventa diverso da zero: il ferro, cioè, si trasforma in calamita.
Il concetto di polo magnetico fu introdotto, nella prima trattazione sistematica del magnetismo, da William Gilbert nel Seicento, così come la distinzione dei poli in positivo e negativo e una sommaria teoria sul magnetismo terrestre. Il maggior impulso verso la moderna teoria del magnetismo fu dato dalla scoperta dei legami tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici risultante dalle esperienze e dagli studi di Romagnosi, Oersted, Ampère e altri. Fu così possibile effettuare studi sul magnetismo mediante magneti (elettromagneti) molto più potenti di quelli naturali impiegati in precedenza. Si constatò che tutte le sostanze risentono in qualche modo del campo magnetico in cui siano immerse. Alcune sostanze (sostanze organiche e inorganiche), dette «ferromagnetiche», presentano un comportamento simile a quello del ferro, venendo cioè attratte da un magnete; altre, come alcuni metalli e sali di ferro, hanno un comportamento quasi indifferente al campo magnetico, venendo o leggermente attratte dal magnete (sostanze paramagnetiche) o leggermente respinte (sostanze diamagnetiche).
Le calamite. Le calamite hanno la proprietà di attrarre il ferro. Ogni calamita ha due poli (le due estremità) che si comportano in modo opposto. Per analogia con i Poli terrestri, anche i poli magnetici vengono indicati come polo nord e polo sud. Se prendiamo due calamite a ferro di cavallo e ne facciamo combaciare gli estremi, possono accadere due cose diverse: le due calamite si attirano tra loro e i ferri di cavallo rimangono incollati l’uno all’altro; oppure le due calamite si respingono e anzi non si riesce a tenerle attaccate se non con un certo sforzo. La ragione di tutto ciò è che in ciascuna calamita un’estremità (il polo nord) è diversa dall’altra estremità (il polo sud).
Se avviciniamo le due calamite in modo che l’estremità nord dell’una sia di fronte all’estremità sud dell’altra, si avrà attrazione poiché le linee di forza del campo magnetico delle due calamite andranno nella stessa direzione. Se invece avviciniamo poli dello stesso tipo, si avrà repulsione poiché le linee di forza del campo magnetico delle due calamite tenderanno verso direzioni opposte.
Il campo magnetico terrestre. L’ago magnetico di una bussola si dirige sempre verso il Polo nord magnetico. Se spostiamo l’ago della direzione nord-sud, esiste una forza che lo fa ritornare nella posizione iniziale. Questa forza è dovuta al campo magnetico della Terra. La teoria attualmente più accreditata che spiegherebbe le cause del campo magnetico terrestre è quella secondo cui esistono correnti elettriche prodotte dal nucleo liquido del nostro pianeta al di sotto dei 2900 km di profondità. Questo campo magnetico subisce variazioni nella direzione e nell’intensità, dovute principalmente al vento solare che altera le condizioni della magnetosfera terrestre.
Il paleomagnetismo. Misurando il magnetismo residuo ancora presente in alcuni materiali, si possono ottenere indicazioni sulla direzione del campo magnetico terrestre al momento in cui tali materiali hanno subito una trasformazione e quindi dedurne l’età di formazione. Dai risultati ottenuti sembrerebbe che la direzione del campo magnetico terrestre si sia invertita molte volte nel corso dell’evoluzione geologica e che i poli magnetici abbiano subito notevoli spostamenti.