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Momento magnetico

Che cos'è il momento magnetico?

Il momento magnetico è una misura delle forze magnetiche di un magnete elementare o di una corrente circolare. Il momento magnetico viene solitamente utilizzato per indicare l'effetto magnetico dello spin delle particelle elementari. Ad esempio, lo spin dell'elettrone ha un certo momento magnetico. Anche gli spin atomici dei materiali para- e ferromagnetici hanno un momento magnetico.
Il momento magnetico misura l'intensità del campo magnetico generato da una corrente circolare. Per il momento magnetico \(\vec{m}\) di una corrente circolare I che racchiude un'area A vale:

\(\vec{m} = I \cdot \vec{A}\)
La forza delle proprietà magnetiche degli spin degli elettroni o degli spin di altre particelle elementari è indicata anche dal momento magnetico.

Figura a sinistra: una corrente I produce sempre una densità di flusso magnetico B. L'intensità di questa densità di flusso magnetico e la sua direzione all'interno della spira possono essere caratterizzate anche dal momento magnetico m.
Figura a destra: dipolo elettrico. Il campo elettrico di due corpi di carica opposta ha la stessa forma del campo magnetico di una spira. Si parla di campo di dipolo con un momento di dipolo associato. Una singola carica ha un momento di monopolo elettrico.
Figura a sinistra: una corrente I produce sempre una densità di flusso magnetico B. L'intensità di questa densità di flusso magnetico e la sua direzione all'interno della spira possono essere caratterizzate anche dal momento magnetico m.
Figura a destra: dipolo elettrico. Il campo elettrico di due corpi di carica opposta ha la stessa forma del campo magnetico di una spira. Si parla di campo di dipolo con un momento di dipolo associato. Una singola carica ha un momento di monopolo elettrico.
Il momento magnetico è un vettore perpendicolare alla superficie percorsa da corrente e la cui punta della freccia punta verso il polo nord. Di conseguenza, le linee di campo corrono chiuse dal polo nord al polo sud e poi, nell'anello del conduttore, parallelamente al momento magnetico, tornano al polo nord (vedi figura).

Poiché non esistono campi magnetici con un solo polo (monopoli), il momento magnetico più semplice è il cosiddetto momento di dipolo. E' composto sempre due poli opposti. I campi elettrici, invece, possono avere anche un momento monopolare. Si tratta del campo emanato da una singola carica puntiforme. Al contrario, due cariche a distanza fissa formano un momento di dipolo elettrico, analogo a quello del magnetismo. (Vedi figura)

L'effetto magnetico dei magneti permanenti si può spiegare anche con le correnti circolari nel materiale. Si presume che gli elettroni abbiano uno spin elettronico da cui proviene un momento magnetico. Durante la magnetizzazione, tutti questi momenti magnetici sono allineati in parallelo. Questo fenomeno viene definito anche polarizzazione magnetica. Nei materiali ferromagnetici, questo porta alla magnetizzazione permanente se l'allineamento è sufficientemente forte. La polarizzazione magnetica non scompare quindi quando il campo magnetico esterno viene spento. La polarizzazione magnetica residua è detta anche rimanenza. I momenti magnetici di tutti gli spin degli elettroni sono quindi allineati in parallelo e danno luogo a una magnetizzazione macroscopica, che è la somma di tutti i momenti magnetici degli spin degli elettroni.

Il motivo dell'allineamento permanente è l'interazione di scambio tra tutti i momenti magnetici degli spin degli elettroni. Questa interazione di scambio stabilizza gli spin degli elettroni allineati tra loro e si verifica la remissione. L'allineamento dei momenti magnetici può essere disturbato dall'aggiunta di calore, che favorisce il movimento degli elettroni e quindi il rimescolamento dei momenti magnetici degli spin degli elettroni. Anche i colpi violenti inferti a un magnete permanente distruggono la magnetizzazione. Infine, la magnetizzazione viene distrutta da un campo opposto di intensità coercitiva, perché il campo opposto esercita una forza sui momenti magnetici degli spin di elettroni allineati che tenta di far ruotare i momenti magnetici nella direzione opposta.



Ritratto del dott. Franz-Josef Schmitt
Autore:
Dott. Franz-Josef Schmitt


Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.

Il diritto d'autore sull'intero contenuto del compendio (testi, foto, illustrazioni ecc.) appartiene all'autore Franz-Josef Schmitt. I diritti esclusivi di utilizzazione dell'opera appartengono a Webcraft GmbH, Svizzera (come gestore di supermagnete.de). Senza espressa autorizzazione di Webcraft GmbH non è permesso copiarne il contenuto né utilizzarlo in alcun'altra forma. Proposte di miglioramento o complimenti riguardo al compendio possono essere inviati per e-mail a [email protected]
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