Le leggi dei magneti

Le leggi del magnetismo hanno avuto un profondo effetto sulla scienza e sulla cultura. Sin dai primi anni del XIX secolo, gli scienziati hanno lavorato per identificare e spiegare le varie leggi fisiche che regolano il comportamento dei magneti in una varietà di contesti. Nel 1905, la comprensione scientifica del magnetismo si è evoluta al punto che ha contribuito a guidare la creazione della teoria della relatività speciale di Einstein. Sebbene una comprensione dettagliata e approfondita del magnetismo richieda uno sforzo notevole, è possibile ottenere un'ampia panoramica di queste leggi fondamentali in tempi relativamente brevi.

Le leggi del magnetismo sono state sviluppate e perfezionate ampiamente dagli esperimenti di Orsted, Ampere e altri scienziati ormai famosi all'inizio del 1800. La legge più fondamentale introdotta durante questo periodo è il concetto che i poli di un magnete hanno ciascuno la propria carica positiva o negativa distinta e attraggono solo poli di carica opposta. Ad esempio, è quasi impossibile impedire a due poli magnetici carichi positivamente di respingersi l'un l'altro. D'altra parte, è difficile impedire a un polo magnetico caricato positivamente e caricato negativamente di tentare di muoversi l'uno verso l'altro.

Dove questo concetto diventa particolarmente interessante è quando un magnete preesistente viene tagliato in due magneti diversi e più piccoli. Dopo il taglio, ciascuno dei magneti più piccoli ha i propri poli positivi e caricati negativamente, indipendentemente da dove è stato tagliato il magnete più grande.

Il concetto di poli di carica opposta è comunemente indicato come Prima Legge del Magnetismo.

La seconda legge del magnetismo è leggermente più complessa e riguarda direttamente la forza elettromotrice dei magneti stessi. Questa particolare legge è comunemente indicata come Legge di Coulomb.

La legge di Coulomb afferma che la forza esercitata dal polo di un magnete su un polo aggiuntivo aderisce a una serie di regole rigide, tra cui:

• La forza è direttamente proporzionale al prodotto delle forze del polo.
• La forza esiste in proporzione inversa al quadrato della distanza media tra i poli.
• La forza dipende dal mezzo specifico in cui sono posizionati i magneti.

La formula matematica comunemente usata per rappresentare queste regole è:

F =[K x M₁Xm₂)/D²]

Nella formula, M₁ e M₂ rappresentano le forze dei poli, D è uguale alla distanza tra i poli e K è una rappresentazione matematica della permeabilità del mezzo in cui sono posti i magneti.

Il Teoria del dominio del magnetismo fornisce ulteriori informazioni sul comportamento dei magneti. Introdotta per la prima volta nel 1906 da Pierre-Ernest Weiss, la teoria dei domini magnetici cerca di spiegare i cambiamenti che si verificano all'interno di una sostanza quando viene magnetizzata.

Le grandi sostanze magnetizzate sono costituite da aree più piccole di magnetismo, comunemente chiamate domini. All'interno di ogni dominio ci sono unità più piccole chiamate dipoli. La natura complessa della composizione magnetica consente la continua presenza di magnetismo quando le unità magnetiche più grandi vengono rotte o separate.

I magneti non rimangono magnetizzati per sempre. La smagnetizzazione deliberata può avvenire attraverso la riorganizzazione dei dipoli all'interno del magnete stesso. Una varietà di processi può essere utilizzata per fare in modo che ciò accada. Il riscaldamento di un magnete oltre il suo punto di Curie, che è la temperatura alla quale è noto manipolare i dipoli, è un metodo popolare. Un altro metodo per smagnetizzare una sostanza consiste nell'applicare corrente alternata al magnete. Anche senza applicare nessuno di questi metodi, un magnete si smagnetizza lentamente nel tempo come parte di un processo di degradazione naturale.