Quando sentiamo parlare di campi magnetici, probabilmente le prime cose che ci vengono in mente sono le bussole e le calamite che attacchiamo al frigorifero: corretto ma non solo! Dai campi magnetici siamo circondati e in uno veramente grande ci siamo immersi da sempre: la magnetosfera, cioè il campo magnetico terrestre. Ma è pericoloso esporsi ai campi magnetici? Scopriamone insieme caratteristiche e curiosità.
Campo magnetico: cos’è e come influenza il nostro mondo
Cos’è un campo magnetico: spiegazione per tutti
L’esperienza comune ci insegna che, se avviciniamo alla cappa aspirante di metallo della nostra cucina una calamita, questa viene attratta e ci si attacca. La calamita e la cappa sono, quindi, soggette ad una forza attrattiva che può essere spiegata con il concetto di campo magnetico.
Il campo magnetico è un campo vettoriale solenoidale, ovvero in parole più semplici è un insieme di tante forze che partono dal magnete, attraversano una certa regione dello spazio e si richiudono sul magnete stesso.
Il campo magnetico è generato da cariche elettriche in movimento, che sono appunto le sorgenti di questo campo di forze: microscopicamente possiamo infatti immaginare gli elettroni, carichi elettricamente, ruotare attorno ai propri nuclei e generare di fatto delle correnti microscopiche, dalle quali nascono appunto tutte le forze magnetiche che sommate formano il campo magnetico complessivo.
Se tutte queste forze microscopiche sono allineate nello stesso verso, allora l’oggetto avrà un certo campo magnetico, come succede nella magnesite, che è un magnete naturale; se invece le forze sono orientate a caso nello spazio e non in una direzione precisa, la loro somma sarà uguale a zero ed il campo magnetico totale dell’oggetto sarà nullo, come ad esempio succede nei materiali come il cotone.
Macroscopicamente, le sorgenti del campo magnetico sono chiamate poli magnetici e sono due, il polo nord ed il polo sud. Le linee di campo magnetico (che indicano la direzione delle forze) partono dal polo nord e si curvano chiudendosi al polo sud, come accennato precedentemente. Esattamente come capita con le cariche elettriche, se avviciniamo poli opposti di due magneti diversi essi si attraggono, mentre poli uguali si respingono.
Una proprietà dei magneti è quella di possedere sempre entrambi i poli, nord e sud: finora, nonostante la sua esistenza sia prevista teoricamente, non è infatti mai stato osservato un monopolo magnetico, ovvero un polo sud o un polo nord spaiati nello spazio senza il proprio cugino lì accanto. Questo significa che, se spezzassimo un magnete esattamente a metà, non isoleremmo i due poli ma creeremmo due magneti più piccoli, entrambi sia con polo nord che sud.
Il campo magnetico terrestre: perché è fondamentale per la vita
La Terra possiamo immaginarla come un gigantesco magnete: essa possiede da circa 3,5 miliardi di anni un campo magnetico che ha origine nelle profondità della crosta terrestre, a livello del nucleo.
Il campo magnetico terrestre, può essere immaginata in prima approssimazione come generata da un magnete di quelli a forma di barretta, con un polo in alto ed uno in basso. Più precisamente, come affermato dall’INGV, il campo magnetico terrestre è generato per la maggior parte nella parte esterna del nucleo della Terra, composta da una lega liquida di nichel e ferro. Essendo questo materiale un ottimo conduttore di elettricità e trovandosi in movimento a causa della rotazione terrestre, viene generato quello che conosciamo come il campo magnetico del nostro pianeta.
Il campo magnetico terrestre è fondamentale per la vita sulla Terra perché fa da scudo alle grandi quantità di particelle cariche provenienti dal Sole che incontrano la Terra sul loro percorso, che prendono il nome di vento solare.
Il vento solare, dopo aver viaggiato per giorni partito dal Sole, raggiunge la Terra e impatta con il campo magnetico terrestre, che viene deformato e confinato in una regione quasi-sferica, chiamata magnetosfera. In questo modo il vento solare viene deviato e tenuto lontano dalla superficie terrestre, proteggendoci da ciò che potrebbe facilmente distruggere l’ambiente ospitale che è per noi il pianeta Terra.
Come i materiali ferromagnetici interagiscono con i campi magnetici?
I materiali ferromagnetici, come il ferro o il nichel, sono una categoria di materiali che, pur non essendo magnetici naturalmente, possono essere magnetizzati facilmente se esposti ad un campo magnetico. Se infatti prendiamo un semplice pezzo di ferro e gli avviciniamo una potente calamita, da quel momento in poi quel pezzo di ferro diventerà esso stesso una calamita! Magnifico, vero?
La spiegazione di questo fenomeno la ritroviamo nel comportamento degli atomi del ferro e simili a livello microscopico. Come detto precedentemente, a causa della rotazione degli elettroni attorno ai nuclei, ogni atomo ha un suo dipolo magnetico che nei materiali non magnetici per natura è orientato a caso nello spazio.
Se un materiale ferromagnetico è esposto ad un campo magnetico esterno abbastanza intenso, i dipoli magnetici di ogni atomo tendono ad allinearsi come il campo magnetico esterno e a mantenere quell’orientazione nel tempo: il materiale risulta magnetizzato, ovvero diventa un magnete.
Questo è il caso, ad esempio, degli aghi delle bussole: sono fatti di un materiale ferromagnetico che è stato esposto ad un forte campo magnetico; quindi, risultano magnetizzate e sensibili a campi magnetici esterni più deboli, come ad esempio quello terrestre. Gli aghi delle bussole tendono quindi ad allinearsi verso il Polo Nord seguendo il campo magnetico terrestre così come una banderuola si allinea lungo la direzione in cui sta tirando il vento.
Applicazioni del campo magnetico: tecnologia e scienza
Una delle più recenti e all’avanguardia applicazioni dei campi magnetici nel mondo scientifico riguarda la ricerca per la produzione di energia dalla fusione nucleare. Questa fonte di energia è basata sullo stesso principio di fusione nucleare che avviene nelle stelle, come il Sole, e per metterlo in pratica è necessario raggiungere elevatissime temperature e maneggiare materiali sotto forma di plasma, ovvero il quarto stato della materia.
Nessun materiale con cui costruire il reattore potrebbe però sopportare le altissime temperature del plasma: per confinarlo all’interno del reattore, quindi, viene utilizzato un intenso campo magnetico che ingabbia il plasma all’interno del reattore isolandolo dalle sue pareti, che nel frattempo sono a bassissima temperatura per poter lavorare a massima efficienza.
Non esistono ancora, chiaramente, reattori nucleari a fusione in commercio ma la ricerca internazionale sta duramente lavorando per la futura realizzazione di prototipi del genere, in grado di produrre grandi quantità di energia pulita a basso costo.
Lo sapevi che…
Polo nord magnetico e geografico sono uguali?
No, non coincidono esattamente perché, mentre il Polo Nord geografico è un punto fisso, il Polo Nord magnetico si muove ed anche abbastanza velocemente! Esso si sta spostando a causa dei movimenti dei metalli liquidi interni al nucleo e si sta spostando verso la Siberia ad una velocità di circa 35 km all’anno!
Cosa succederebbe se non ci fosse il campo magnetico terrestre?
Se non ci fosse il campo magnetico terrestre, i venti solari colpirebbero indisturbati l’atmosfera e la superficie terrestre, danneggiando l’ambiente terrestre. Anche Marte, miliardi di anni fa, aveva un campo magnetico: quando, per vari motivi, esso ha smesso di esistere, i venti solari hanno spazzato via l’idrogeno presente in atmosfera e reso il pianeta rosso inabitabile come lo conosciamo adesso.
a cura di Nicola Salvemini