Magneti e poli magnetici
I magneti (o calamite) sono corpi in grado di attrarsi e di respingersi a seconda della reciproca posizione; sono infatti caratterizzati da due poli magnetici, detti nord e sud, che esercitano tra di essi una forza attrattiva se sono di diverso tipo e una forza repulsiva se sono dello stesso tipo.
In questa prima lezione del corso introduciamo i fenomeni magnetici partendo dall'esperienza quotidiana. A chi non è capitato di interagire con i magneti? Come vedremo tra un attimo, a nessuno. ;)
Parleremo dei magneti in generale e ne analizzeremo le principali analogie e differenze rispetto alle cariche elettriche, dopodiché daremo un accenno ai fenomeni magnetici, così da anticiparvi ciò di cui ci occuperemo nelle lezioni successive.
Magneti e poli magnetici
Tutti conosciamo il funzionamento di una calamita perché tutti, in un modo o nell'altro, abbiamo avuto la possibilità di utilizzarne una. Nella vita quotidiana ci capita spesso di imbatterci nelle calamite, ad esempio nei giocattoli, nelle chiusure di alcune borse, negli elettrodomestici o ancora negli attacchi dei cavi di alcuni dispositivi tecnologici.
Il comportamento di una calamita è solo uno degli aspetti di un fenomeno molto più ampio e più rilevante, detto magnetismo. L'esistenza dei fenomeni magnetici era nota fin dai tempi degli antichi greci, che si erano accorti che un particolare materiale presente in natura, la magnetite, aveva la curiosa capacità di attrarre il ferro.
I corpi che manifestano questo tipo di attrazione vengono chiamati magneti (o calamite, nel linguaggio comune). Si osserva inoltre che i magneti hanno anche la capacità di interagire tra di loro, attraendosi o respingendosi.
Vi è un classico esperimento in cui vi sarete sicuramente imbattuti nella vostra esperienza quotidiana. Se appendiamo a un filo una bacchetta magnetica e poi ne avviciniamo un'altra, notiamo che la bacchetta appesa può allontanarsi o avvicinarsi. Ad esempio, se avvicinando la bacchetta a un'estremità di quella appesa vediamo che esse si attraggono, osserveremo anche che esse si respingono avvicinando la bacchetta all'estremità opposta.
Il comportamento attrattivo e repulsivo dei magneti è noto a tutti, e se avete letto le lezioni di elettrostatica non potrete fare a meno di riscontrare un'analogia rispetto alle cariche elettriche. In effetti le cariche elettriche possono essere di due tipi, positive e negative, e sappiamo che:
- tra cariche dello stesso segno si esercita una forza repulsiva;
- tra cariche di segno opposto si ha una forza attrattiva.
Nel caso dei magneti accade la stessa cosa ma in questo frangente non si parla di cariche magnetiche, bensì di poli magnetici.
Nello specifico possiamo distinguere tra due poli che prendono il nome di polo nord magnetico e di polo sud magnetico, nomi mutuati dalla geografia per analogia con il campo magnetico terrestre, di cui tratteremo nel prosieguo delle lezioni.
Così, ora, sappiamo che poli magnetici opposti si attraggono e che poli magnetici uguali si respingono.
Accoppiamento dei poli magnetici
Nell'esperimento delle bacchette abbiamo fatto riferimento alle estremità perché i magneti manifestano una tendenza all'attrazione o alla repulsione proprio alle estremità, dove sono situati i poli magnetici nord e sud.
La prima sostanziale differenza tra fenomeni elettrici e magnetici è che, se da un lato le cariche elettriche possono essere isolate, i due poli magnetici si presentano sempre in coppia.
Nulla vieta a una carica elettrica di esistere senza una corrispondente carica di segno opposto: basti pensare a un elettrone, che non è altro che una carica negativa. Per i magneti invece il discorso cambia (e in generale per tutti i fenomeni magnetici): non è possibile avere solo un polo nord magnetico senza il corrispondente polo sud magnetico, e viceversa. In altri termini non può esistere quello che chiameremmo un monopolo magnetico.
Questo è un fenomeno ben conosciuto e facilmente osservabile. Se prendessimo un magnete, che per sua natura ha un polo nord e un polo sud, potremmo pensare che rompendolo a metà otterremmo da una parte un polo nord e nell'altra un polo sud. In realtà, dopo averlo spezzato, ognuna delle due parti avrebbe nuovamente due poli opposti.
In sintesi non c'è modo di avere un singolo polo magnetico.
Generalità dei fenomeni magnetici
I fenomeni magnetici non riguardano soltanto i magneti, e hanno una presenza e una diffusione molto più estesa in natura.
Il nostro stesso pianeta si comporta come un grosso magnete, con i poli magnetici situati in prossimità dei poli geografici; si tratta del magnetismo terrestre che peraltro è responsabile del funzionamento della bussola, uno strumento fondamentale per le attività umane.
Nei tempi più recenti della storia della Fisica si è poi scoperto che il magnetismo può essere prodotto anche da cariche elettriche in movimento, e viceversa che il moto di un magnete attraverso un circuito elettrico permette la circolazione in quest'ultimo di corrente elettrica.
Nello sviluppo della teoria avremo modo di scoprire che i fenomeni magnetici sono indissolubilmente legati a quelli elettrici, ed è proprio questa l'osservazione che ha indirizzato Maxwell verso il culmine della teoria: la scoperta delle onde elettromagnetiche.
Nella prossima lezione entreremo subito nel vivo e parleremo del campo magnetico, una nozione fondamentale per lo studio dei fenomeni magnetici.
Nel frattempo, in caso di dubbi, potete usare la barra di ricerca interna e reperire tutto quello che vi serve tra le migliaia di risposte e di esercizi svolti su YM. ;)
Buona Fisica a tutti!
Alessandro Catania (Alex)
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