In fisica, il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre il ferro nonché trasmettere tale capacità ad altri materiali.
Per estensione semantica, il magnetismo è anche la branca della fisica concernente il suddetto fenomeno. In particolare per fenomeni stazionari, ovvero non variabili nel tempo, si parla più specificatamente di magnetostatica (che presenta alcune analogie formali con l’elettrostatica allorché si sostituiscano alle distribuzioni di carica elettrica le densità di corrente elettrica).
Non tutti i materiali ferrosi sono magnetici
- La maggior parte della gente pensa al ferro come materiale magnetico. Il ferro è attratto dai magneti, ma solo entro un certo intervallo di temperatura e altre condizioni specifiche.
- Il Ferro magnetico è nella sua forma α. Il modulo α avviene sotto di una temperatura speciale chiamato punto di Curie, che è a 770° C. Il ferro è paramagnetico sopra tale temperatura e solo debolmente è attratto da un campo magnetico.
- I materiali magnetici sono costituiti da atomi con gusci elettrici parzialmente riempiti. Così, la maggior parte dei materiali magnetici sono metalli. Tra gli altri elementi magnetici possiamo includere nichel e cobalto.
- I metalli non magnetici (diamagnetici) includono rame, oro e argento.
Perché il Ferro è magnetico
Il Ferromagnetismo è il meccanismo attraverso cui i materiali sono attratti da magneti e formano magneti permanenti. La parola richiama il magnetismo del ferro, perché questo è l’esempio più familiare del fenomeno. Il ferromagnetismo è una proprietà meccanica quantistica di un materiale. Essa dipende dalla sua microstruttura e dallo stato cristallino, che può essere influenzata dalla temperatura e dalla composizione.
La proprietà meccanica quantistica è determinata dal comportamento degli elettroni. Specificamente, una sostanza ha bisogno di un momento di dipolo magnetico per essere un magnete, che proviene da atomi con gusci elettronici parzialmente riempiti. Gli atomi composti da gusci elettronici riempiti non sono magnetici perché hanno un momento dipolare pari a zero.
Ferro e altri metalli di transizione sono parzialmente riempiti di elettroni, quindi alcuni di questi elementi e loro composti sono magnetici. Negli atomi di elementi magnetici, quasi tutti i dipoli sono allineati sotto di una temperatura speciale chiamato il punto di Curie.
Per il ferro, il punto di Curie avviene a 770° C. Sotto questa temperatura, il ferro è ferromagnetico (fortemente attratto da una calamita), ma sopra il ferro cambia la sua struttura cristallina e diventa paramagnetico (si attacca debolmente ad un magnete).
Altri elementi magnetici
Il ferro non è l’unico elemento che esercita il magnetismo. Nichel, cobalto, gadolinio, terbio e disprosio sono ferromagnetici. Come con il ferro, le proprietà magnetiche di questi elementi dipende dalla loro struttura cristallina e se il metallo è inferiore al suo punto di Curie. α-ferro, cobalto e nichel sono ferromagnetici, mentre γ-ferro, manganese e cromo sono antiferromagnetici.
Il Gas litio è magnetico quando è raffreddato sotto 1 Kelvin. Sotto certe condizioni, manganese, attinidi (ad esempio, plutonio e nettunio), e rutenio sono ferromagnetici. Mentre il magnetismo spesso si verifica nei metalli, si verifica raramente nei non metalli.
L’Ossigeno liquido, per esempio, può essere intrappolato tra i poli di un magnete! L’Ossigeno ha elettroni spaiati, permettendogli di reagire ad un magnete. Il Boro è un altro metalloide che esercita una paramagnetica attrazione maggiore della sua repulsione diamagnetica.
L’Ossigeno liquido, per esempio, può essere intrappolato tra i poli di un magnete! L’Ossigeno ha elettroni spaiati, permettendogli di reagire ad un magnete. Il Boro è un altro metalloide che esercita una paramagnetica attrazione maggiore della sua repulsione diamagnetica.
Acciaio magnetico e non magnetico
L’acciaio è una lega a base di ferro. La maggior parte delle forme di acciaio, tra cui acciaio inossidabile, sono magnetici. Esistono due principali tipi di acciai inossidabili che mostrano differenti strutture di reticolo cristallino uno dall’altro, gli acciai inossidabili ferritici sono leghe di ferro-cromo ferromagnetiche a temperatura ambiente.
Mentre normalmente non è magnetizzato, l’acciaio ferritico diventa magnetizzato in presenza di un campo magnetico e rimane magnetizzato per qualche tempo dopo la rimozione del magnete.
Gli atomi metallici in acciaio inossidabile ferritico sono disposti in un corpo centrato (BBC). Gli acciai inossidabili austenitici tendono ad essere non magnetici. Questi acciai contengono atomi disposti in un cubo (FCC) reticolo a facce centrate.
Il tipo più popolare di acciaio inossidabile, il tipo 304, contiene ferro, cromo e nichel. Eppure, gli atomi in questa lega di solito hanno la struttura reticolare FCC, risultando una lega non magnetica. Il Tipo 304 non diventa parte ferromagnetica se l’acciaio viene piegato a temperatura ambiente.
Metalli non magnetici
Mentre alcuni metalli sono magnetici, la maggior parte non lo sono. Esempi chiave includono rame, oro, argento, piombo, alluminio, stagno, titanio, zinco, e bismuto. Questi elementi e le loro leghe sono diamagnetiche.
Leghe non magnetiche sono ottone e bronzo. Il carbonio è un metalloide fortemente diamagnetico. Inoltre, alcuni tipi di grafite respingono i magneti con forza sufficiente per far levitare un magnete.
