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Differenza tra ferromagnetismo, paramagnetismo e diamagnetismo

Qual è la differenza tra ferromagnetismo, paramagnetismo e diamagnetismo?

I materiali magnetici sono quei materiali che sono capaci di magnetizzarsi quando vengono sottoposti all’azione di un campo magnetico esterno.

In questi materiali il movimento degli elettroni attorno ai nuclei positivi degli atomi si comportano come delle microscopiche spire percorse da corrente, dotate di polo nord e sud. Ognuna di questa microscopica spira è detta dipolo magnetico.

Per cui ogni atomo che compone la materia dei materiali magnetici è associabile ad un proprio dipolo magnetico.

Quando un dipolo magnetico è immerso in un campo magnetico esterno esso si orienta come le linee di forza del campo stesso. Esistono tuttavia tre diverse categorie di materiali magnetici a seconda di come si comportano i dipoli magnetici in presenza di un campo esterno.

Materiali diamagnetici

Nei materiali diamagnetici (come l’acqua e l’argento) gli atomi non possiedono un dipolo magnetico proprio ma nel momento in cui sono esposti a un campo magnetico esterno essi generano un dipolo magnetico che ha la proprietà di orientarsi in maniera opposta al campo magnetico che lo sta inducendo.

Il risultato finale è che i materiali diamagnetici sono debolmente respinti dai campi magnetici.

Materiali paramagnetici

Nei materiali paramagnetici (come l’alluminio e il platino) gli atomi possiedono un dipolo magnetico che in assenza di un campo esterno sono orientati in maniera casuale lungo tutte le direzioni dello spazio e che in presenza di un campo magnetico esterno di orientano lungo le linee di forza del campo stesso.

Il dipolo magnetico addizionale che si genera va a sommarsi a quello apportato dal campo esterno col risultato di aumentare il campo magnetico complessivo.

Per cui risulta che i materiali paramagnetici sono debolmente attratti dai campi magnetici in quanto ne amplificano seppur debolmente l’intensità.

Materiali ferromagnetici

Nei materiali ferromagnetici (come il ferro ed il nichel) gli atomi possiedono un dipolo magnetico proprio e sono organizzati su piccole regioni dette domini di Weiss in cui la direzione della magnetizzazione è uniforme.

Dunque pur essendo complessivamente orientati in maniera casuale i dipoli i materiali ferromagnetici presentano una struttura più ordinata a livello microscopico per cui basta anche un campo magnetico esterno applicato ad essi poco intenso per far sì che tutti i dipoli magnetici si orientino nello stesso modo col risultato che queste sostante sono fortemente attratte dai campi magnetici esterni. Il campo magnetico complessivo risulta allora molto amplificato rispetto all’intensità del campo esterno.

Innumerevoli le applicazioni dei materiali ferromagnetici a partire dalle memorie magnetiche alle elettrocalamite.

Caratteristiche magnetiche dei materiali

Il campo magnetico esterno applicato ai materiali e quello indotto poi al loro interno sono legati tra di loro attraverso la definizione di un parametro tipico di ogni materiale detta permeabilità magnetica relativa μR. Si tratta di un numero adimensionale definito come:

induzione magnetica B

In cui H è il campo magnetico esterno mentre B è il vettore di induzione magnetica all’interno del materiale.

La costante 1 + xm prende il nome di permeabilità magnetica relativa μR ed è un parametro proprio dei materiali:

μR = 1 + xm

Vediamo quanto valgono suscettività magnetica e permeabilità magnetica nelle tre classi di materiali magnetici.

1) Diamagnetici

xm assume valori molto bassi e negativi compresi tra -10-4 / -10-5 indipendente dalla temperatura.

La permeabilità magnetica relativa assumerà invece un valore leggermente inferiore a 1 essendo pari a 1 + xm = μr < 1.

2) Paramagnetici

xm assume valori molto bassi e positivi compresi tra 10-5 / 10-4 dipendente dalla temperatura (inversamente proporzionale a T).

La permeabilità magnetica relativa assumerà invece un valore leggermente inferiore a 1 essendo pari a 1 + xm = μr > 1.

3) Ferromagnetici

xm assume valori molto elevati e positivi compresi tra 103 / 105 dipendente dalla temperatura fino a un valore limite della temperatura detta temperatura di Curie al di sopra della quale il materiale perde le proprietà ferromagnetiche e si comporta come un materiale paramagnetico. Inoltre xm non è costante ma è una funzione dell’intensità del campo magnetico esterno H.

La permeabilità magnetica relativa assumerà invece un valore molto superiore a 1 essendo pari a 1 + xm = μr >> 1.

Nella tabella sotto sono riportati i valori della permeabilità magnetica relativa per alcuni materiali.

Permeabilità magnetica relativa per alcuni materiali

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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