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C2- Dipolo e Proprietà Magnetiche

1 risposta in questa discussione

Dipolo magnetico

In risonanza magnetica si usa spesso il termine dipolo magnetico: esso rappresenta la struttura magnetica più semplice ed è caratterizzato da un momento di dipolo μ, un polo positivo e un polo negativo. Il campo magnetico corrispondente al dipolo è caratterizzato da linee di forza che escono dal polo negativo (polo nord) e tornano al polo positivo (polo sud).

Esempi di dipolo magnetico sono un solenoide di lunghezza finita percorso da corrente, una calamita a forma di sbarretta, e, come vedremo, il protone dell’atomo di idrogeno.

linee%20induzione%20barretta.jpg

Linee di induzione magnetica in una barretta magnetica

Un solenoide è un lungo filo percorso da corrente e avvolto a forma di elica a corto passo, tale per cui il diametro di ogni spira è molto più piccolo rispetto alla lunghezza complessiva dell’elica. Sommando vettorialmente i campo magnetici di ogni spira si ottiene il campo complessivo. Ogni spira fornisce un piccolo campo con linee di induzione concentriche, per cui tra le spire il campo complessivo si annulla mentre all’interno del solenoide, in punti sufficientemente lontani dal filo, il campo complessivo è parallelo all’asse del solenoide.

Ponendo il dipolo in una campo magnetico esterno su di esso agisce una forza con momento:

τ = μ x B = μB sin θ

dove θ è l’angolo tra il momento di dipolo μ e il campo esterno B.

Il momento τ tende a ruotare il dipolo e ad allinearlo a B.

Proprietà magnetiche dei materiali

Esistono in natura sostanze che, pur avendo momento magnetico complessivo nullo in assenza di un campo magnetico esterno, se avvicinate al polo di un forte magnete ne vengono attratte o respinte. Le sostanze attratte sono dette paramagnetiche, mentre quelle respinte sono dette diamagnetiche.

Quando un campione paramagnetico viene immerso in campo magnetico B, al suo interno si induce un momento magnetico che tende a disporsi nella stessa direzione del campo applicato. Nel caso in cui si applichi B ad una campione diamagnetico, invece, nel materiale si induce un momento magnetico il cui verso è opposto a quello di B.

I materiali ferromagnetici (ferro, cobalto, nichel e leghe di questi ed altri elementi), qualora non siano mai stati sottoposti a campi magnetici esterni, hanno un momento complessivo trascurabile. Tali materiali, tuttavia, vanno incontro ad una magnetizzazione permanente qualora vengano immersi in un campo B, ciò significa che, una volta allontanato il materiale dal campo magnetico, il suo momento complessivo non è più nullo. Per spiegare questo comportamento si può pensare che il campione sia costituito da tanti domini magnetici, ossia regioni in cui i dipoli sono perfettamente allineati tra di loro per effetto di una interazione chiamata accoppiamento di scambio. In presenza di un campo magnetico esterno i domini con direzione favorevole a B aumentano di dimensioni e tutti i dipoli degli altri domini tendono a ruotare secondo il campo esterno. Tolto B si ha una alterazione permanente dei confini dei domini per cui il materiale non ritorna più al suo stato iniziale.

Per temperature superiori alla temperatura di Curie i materiali ferromagnetici si comportano come se fossero paramagnetici.

Nei materiali antiferromagnetici, per effetto dell’accoppiamento di scambio, i dipoli (ioni) adiacenti sono antiparalleli per cui non si manifestano effetti magnetici esterni importanti. Per temperature superiori alla temperatura di Néel tali materiali hanno proprietà paramagnetiche.

Nelle sostanza ferrimagnetiche, come ad esempio la magnetite, sono presenti due tipi di ioni con proprietà magnetiche diverse per cui si producono effetti esterni intermedi tra quelli del ferromagnetismo e dell’antiferromagnetismo. Anche tali materiali, per alte temperature, diventano paramagnetici.

I materiali privi di proprietà magnetiche sono detti amagnetici, essi non risentono della presenza di campi magnetici esterni.

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