Rimanenza

Cos'è esattamente la rimanenza magnetica? – Definizione

Il termine rimanenza magnetica, o densità di flusso rimanente, descrive la magnetizzazione di un materiale ferromagnetico dopo che il campo magnetico esterno è stato spento. Ciò significa un certo magnetismo residuo o la magnetizzazione residua di un materiale.

La densità del flusso magnetico indica la forza della rimanenza magnetica. Si misura in unità di Gauss o Tesla, con la seguente assegnazione: 10.000 Gauss = 1 Tesla

Un esempio di materiale ferromagnetico con elevata rimanenza è il ferro. Può essere magnetizzato se esposto a un campo magnetico per un certo periodo. La rimanenza fornisce quindi informazioni sulla forza di questa magnetizzazione. La rimanenza massima può essere determinata utilizzando una cosiddetta curva di isteresi: questa è diversa per ogni materiale. La rimanenza è particolarmente forte nei materiali ferromagnetici. Il campo magnetico del materiale è diretto in direzione opposta al campo esterno.

Materiali ferromagnetici rimanenti

I tre elementi che presentano proprietà ferromagnetici a temperatura ambiente sono:

• Nichel
• Cobalto
• Ferro

Oltre a questi elementi, ci sono anche diverse leghe e composti con proprietà ferromagnetiche. Alcuni elementi diventano ferromagnetici solo a temperature molto basse, ad esempio i cosiddetti superconduttori. I materiali con proprietà ferromagnetiche mostrano un effetto di rimanenza molto forte dopo che il campo magnetico esterno o la magnetizzazione vengono spenti (a differenza dei paramagneti, ad esempio).

Rimanenza nella vita quotidiana

La rimanenza può essere osservata anche nella vita di tutti i giorni: Se, ad esempio, esponi un paio di forbici o uno spillo a un forte campo magnetico, gli oggetti vengono attratti da oggetti contenenti ferro. Uno spillo con magnetizzazione rimanente può, ad esempio, attaccarsi a un radiatore o servire come base per una bussola fatta in casa.

Bussola magnetica fai da te tramite rimanenza

Sono necessari i seguenti materiali:

• uno spillo magnetizzato
• un pezzo di polistirolo
• una ciotola d'acqua

Ora basta posizionare lo spillo magnetizzato sul pezzo di polistirolo e lasciarlo galleggiare nell'acqua. Ora si allineerà automaticamente con il campo magnetico terrestre - a condizione che non ci siano altri campi magnetici influenti - e quindi funzionerà come una bussola.

Basi fisiche della rimanenza

Sappiamo che una sostanza è composta da diversi atomi. Nei metalli, questi si combinano per formare un reticolo. Ogni atomo a sua volta ha:

• Nuclei atomici costituiti da protoni
• Neutroni, se necessari
• Un guscio composto da elettroni

La rotazione come chiave della rimanenza magnetica: l'elettro spin

Gli elettroni hanno quello che è noto come spin elettronico. Questo è responsabile delle proprietà magnetiche. La rimanenza è quindi direttamente correlata a questo spin. Nelle lezioni di fisica, la magnetizzazione è rappresentata da piccole frecce nel materiale ferromagnetico. Queste si allineano e formano un campo magnetico. Le piccole frecce rappresentano quindi i magneti elementari. Fondamentalmente, questi non sono altro che gli spin degli elettroni. Senza un campo magnetico esterno, non sono soggetti ad alcun ordine e sono in continuo movimento. Come con qualsiasi corpo, il movimento degli atomi aumenta a temperature più elevate. Un materiale ferromagnetico è quindi normalmente non magnetico per natura - dopo tutto, i poli dei molti spin degli elettroni o magneti elementari puntano in tutte le direzioni possibili, che sono anche in continuo cambiamento.

Dal caos all'ordine magnetico

• Stato naturale: senza un campo magnetico esterno, gli spin degli elettroni sono disordinati.
• Sotto l'influenza di un campo magnetico: i magneti elementari si allineano parallelamente.
• Effetto rimanenza: l'allineamento rimane anche dopo la rimozione del campo magnetico, se la temperatura non è troppo elevata.

Ruolo dell'interazione di scambio

Interazione di scambio – concepibile come il livello energetico più basso possibile tra i rispettivi spin elettronici. Di conseguenza, il materiale mantiene le sue proprietà magnetiche anche dopo la rimozione del magnete.

• L'allineamento parallelo degli spin viene mantenuto
• Viene creato un polo magnetico nord e sud permanente

Come si può invertire la rimanenza?

Se il magnete viene esposto alle seguenti condizioni, esiste la possibilità che la rimanenza scompaia:

• Impatto meccanico: a causa di forti vibrazioni
• Stress termico: dovuto al calore elevato
• Forza contraria magnetica: a causa di campi magnetici opposti

Temperatura di Curie come punto critico

Per una completa smagnetizzazione mediante calore, è necessario raggiungere la temperatura di Curie specifica del materiale:

• Nichel: 358 °C
• Ferro: 768 °C
• Cobalto: 1127 °C

Tuttavia, nel caso degli shock, non esiste una soglia esatta per la completa scomparsa della rimanenza.

Basi energetiche della smagnetizzazione

Fondamentalmente, i magneti devono essere forniti di energia per smagnetizzarli. Perché? Beh, potrete immaginare che una certa quantità di energia sia immagazzinata in un magnete grazie all'allineamento dei singoli spin degli elettroni. Ciò può essere specificato dalla densità di energia magnetica.

Qualità del magnete e sua determinazione

La quantità di prodotto energetico e la temperatura massima di esercizio sono i fattori determinanti per la qualità del magnete. Ciò è indicato dal prodotto energetico e da una successiva combinazione di lettere per la qualità, ad esempio "N" per 80 °C.

Maggiore è la qualità;

• maggiore è la forza magnetica
• maggiore è la rimanenza risultante

Isteresi e magnetizzazione

La curva di isteresi mostra che non esiste una stretta proporzionalità tra la magnetizzazione di un materiale ferromagnetico e la variazione del campo magnetico esterno. Questo spiega perché la rimanenza rimane anche dopo che il campo magnetico esterno è stato rimosso.