Il magnetismo

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MAGNETISMO

La proprietà della magnetite di attirare la limatura di ferro era già nota a Talete di Mileto nel 600 a.C. Pezzi di questo minerale di ferro trovati a Magnesia, nell’Asia Minore, furono chiamati magneti.
Noi chiamiamo magnete, calamita o ago magnetico ogni corpo che possiede la proprietà della magnetite. Si possono costruire anche calamite artificiali. Per esempio, una sbarretta d’acciaio può essere magnetizzata, avvicinandola ad un pezzo di magnetite, oppure strofinandola con la magnetite sempre nello stesso verso. E’ ben noto che un ago magnetico, libero di ruotare intorno ad un asse verticale, si dispone in modo che una delle due estremità (sempre la stessa) si orienti verso il Nord terrestre e l’altra verso il Sud; le due estremità del magnete sono chiamate rispettivamente polo Nord o polo N e polo Sud o polo S. L’orientazione degli aghi magnetici trova applicazione anche nella bussola.
La proprietà dei magneti di attirare la limatura di ferro è accentuata in prossimità dei poli. Inoltre le calamite interagiscono tra loro con forze attrattive e repulsive che sono particolarmente intense in vicinanza dei poli. Poli di nome contrario si attraggono mentre poli dello stesso nome si respingono. Sebbene teoricamente possano prevedersi poli magnetici separati, detti monopoli magnetici, i tentativi sperimentali di ricerca non hanno ancora dato risultati positivi. Infatti, se tagliamo in due una calamita (esperienza della calamita spezzata), si ottengono due magneti, in quando nella regione del taglio si generano altri due poli di segno contrario. Continuando la suddivisione, si ottengono sempre da ogni magnete singolo due nuovi magneti. Dall’impossibilità di isolare i poli magnetici segue che per lo studio del magnetismo dobbiamo fare ricorso ad un piccolo ago magnetico. Su di esso l’effetto di un magnete si esplica con due forze opposte agenti sui due poli e formanti una coppia.

CAMPO MAGNETICO
L’interazione tra due magneti s’interpreta come azione del campo magnetico generato da un magnete e agente sull'altro magnete. Più in generale diciamo che in una certa regione dello spazio è presente un campo magnetico tutte le volte che un ago magnetico è soggetto, in quella regione, ad azioni meccaniche, cioè ad un momento dovuto alle forze agenti sui suoi poli. Un ago magnetico, libero di ruotare, assume in ogni punto di un campo magnetico una ben determinata posizione di equilibrio, coincidente con quella in cui il momento della coppia di forze agenti sui poli è nullo. Per convenzione, come direzione del campo magnetico in un punto assumiamo quella della retta individuata dai due poli in un ago magnetico in equilibrio nel punto considerato; inoltre attribuiamo al campo magnetico il verso Sud-Nord dello stesso ago.
Ponendo una serie di aghetti magnetici in un campo magnetico si può osservare che essi, nella posizione di equilibrio, si dispongono su particolari linee, dette linee di campo o linee di forza, a cui si attribuisce per convenzione lo stesso verso del campo magnetico. Le linee di campo magnetico godono della proprietà che la retta tangente in ogni loro punto ha la stessa direzione del campo magnetico in quel punto. Se le linee di campo sono rette parallele, il campo magnetico è uniforme. Questo è, per esempio, il caso del campo generato tra le espansioni polari Nord e Sud del magnete i cui poli sono affacciati, in cui si può anche osservare che il verso delle linee di campo è diretto dal Nord al Sud.

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
Il fatto che il polo Nord di un ago magnetico sia rivolto verso il Nord geografico terrestre dimostra che la Terra stessa si comporta come un magnete, i cui poli Nord e Sud sono in prossimità rispettivamente del Sud e del Nord geografici. Fu William Gilbert (1544 – 1603) a scoprire che la Terra si comporta come un grosso magnete. Egli, dopo aver costruito un magnete a forma di sfera, detto Terrella, osservò che un ago magnetico sulla superficie della Terra ha un comportamento analogo a quello di un ago magnetico sulla superficie della Terra.
L’orientazione di un ago magnetico sulla superficie della Terra s’interpreta ammettendo che la Terra, come ogni altro magnete, genera nello spazio circostante un campo magnetico, detto campo magnetico terrestre.
I Poli magnetici terrestri sono spostati rispetto a quelli geografici, e l’asse del campo magnetico è inclinato di circa 11° rispetto all’asse terrestre. In conseguenza di ciò la direzione del nord indicata dall’ago di una bussola si discosta dalla direzione del nord geografico. La deviazione potrà essere verso est o verso ovest, a seconda del punto della superficie in cui facciamo la misura. La DECLINAZIONE MAGNETICA di un luogo è appunto l’angolo fra la direzione del nord geografico e la direzione del nord magnetico. L’INCLINAZIONE MAGNETICA, invece, è definita come l’angolo che un ago magnetico, libero di ruotare nel piano verticale, forma rispetto alla superficie terrestre. Dobbiamo aspettarci che all’equatore (per essere precisi all’equatore magnetico) l’ago si ponga parallelamente alla superficie orizzontale, mentre ai poli magnetici si disporrà verticalmente. Alle altre altitudini l’ago misurerà un’inclinazione magnetica i da cui, sia pure approssimativamente, si può risalire alla latitudine i = ½ tan i. Gli angoli di declinazione e d’inclinazione magnetica variano sia col tempo sia con la posizione della superficie della Terra.

VARIAZIONE SECOLARE
Da 400 anni a questa parte il campo magnetico terrestre è stato oggetto di importanti studi e di costanti misurazioni, così che oggi si ha a disposizione una notevole mole di dati. Dal loro studio si deduce che i valori della declinazione, dell’inclinazione e dell’intensità del campo magnetico sono variate nel corso del tempo. Questo fenomeno è noto col nome di variazione secolare. Per fare un esempio che riguarda Londra, in questa città nel 1580 l’ago della bussola ruotava di 11° a est della direzione del nord geografico; nel 1660 coincideva con esso; nel 1820 era ruotato di ben 24° a ovest; mentre nel 1970 era di nuovo spostato di 7° a ovest della direzione del nord geografico. Studiando le variazione secolari si è scoperto che il campo magnetico terrestre è dovuto all’interazione di due componenti che possono essere studiate separatamente. Vi è una componente maggiore, detta CAMPO MAGNETICO PRINCIPALE, che ha le caratteristiche di un dipolo e viene per ciò anche detto CAMPO MAGNETICO DIPOLARE. Attualmente le coordinate del polo nord del campo magnetico dipolare sono approssimativamente 79° N 70° W, mentre quelle del polo sud magnetico sono 79° S e 110° E. Negli ultimi 150 anni questi poli hanno mantenuto la loro latitudine, mentre si sono spostati di circa 6° verso W. Vi è poi una componente più debole, nota come CAMPO MAGNETICO NON DIPOLARE, che è il maggior responsabile della variazione della declinazione magnetica; questa in media corrisponde a uno spostamento verso W di 0,1°/anno.Le variazioni secolari riguardano non solo la declinazione magnetica, ma anche l’inclinazione e l’intensità. Dalle osservazioni compiute tra il 1830 e il 1960 risulta che l’intensità media del campo magnetico dipolare sia diminuita abbastanza linearmente a un ritmo del 5% circa al secolo. Se l’indebolimento continuasse con il ritmo attuale, fra circa 2000 anni la componente dipolare del campo magnetico si annullerebbe.

ORIGINE DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
Alle caratteristiche del campo magnetico che abbiamo appena descritto dobbiamo aggiungere, le inversioni periodiche della polarità. Nel loro insieme, esse mettono a dura prova le capacità dei geofisici che debbono studiare il problema dell’origine del campo magnetico terrestre, problema che non è ancora risolto in modo soddisfacente. L’idea che all’interno della Terra vi sia un’enorme barra di materiale magnetizzato capace di generare il campo magnetico è molto suggestiva e permetterebbe di farci un’idea semplice su come potrebbe essere generato il campo magnetico terrestre. Tuttavia quest’ipotesi non può essere vera perché qui esistono temperature superiori a quella oltre la quale i materiali magnetizzati perdono completamente la loro magnetizzazione. Questo valore di temperatura, scoperto dal fisico francese P. Curie (1859-1906) e perciò detto PUNTO DI CURIE, si trova tra 500 e 700° C. Una tale temperatura si raggiunge grosso modo attorno ai 25-30 km, per cui al di sotto di questa profondità non vi può esser nessun materiale magnetizzato permanentemente. Di conseguenza non possiamo l’esistenza di un magnete permanente come causa del campo magnetico terrestre. L’ipotesi su cui oggi si lavora è molto più complessa della precedente e si rifà alla possibilità di generare un campo magnetico per mezzo del movimento di cariche elettriche. Nel 1820 il fisico danese Hans Christian Oersted (1777 – 1851) dimostrò con un esperimento che un filo percorso da corrente genera un campo magnetico, infatti, avvicinando un ago magnetico al filo percorso da corrente, questo si dispone perpendicolarmente alla linea di corrente-ago.
Le linee di forza del campo magnetico generato dal filo sono circonferenze concentriche e il loro verso dipende dal verso della corrente (si può ricordare con la regola della mano destra, o della vite destrorsa, che avanza con il pollice nel verso della corrente).
Nel 1821, con un altro esperimento Michael Faraday dimostrò che un campo magnetico generato da un magnete genera una forza che agisce sul circuito percorso da corrente.(la direzione della forza può essere ricavata con la regola della mano destra).
Una spira presenta, come un magnete, una faccia Nord e una faccia Sud a seconda che l’osservatore veda circolare la corrente rispettivamente in senso antiorario o orario. Quando, ad esempio, la faccia Nord della spira viene avvicinata al polo Nord o al polo Sud del magnete, viene rispettivamente respinta o attratta. Tornando all’origine del campo magnetico terrestre, quest’ipotesi, rielaborata più volte, è stata suggerita inizialmente dai geofisici inglesi W. Elsasser ed E. Bullard ed è nota col nome di ipotesi della DINAMO DI AUTOECCITAZIONE. Il principio del funzionamento della dinamo si basa sul fatto che, se un conduttore di corrente viene mosso in un campo magnetico, si produrrà in esso una corrente elettrica definita come corrente indotta. Vediamo ora come questo principio si può applicare al problema dell’origine del magnetismo terrestre. Supponiamo che la Terra fosse immersa in un campo magnetico iniziale anche debole, originato per esempio dal Sole, e che la materia del nucleo, che sappiamo essere fatto da materiale conduttore allo stato fuso, fosse in movimento. E’ possibile che in queste condizioni nel nucleo si sia generata una corrente indotta. Ma una corrente che si muove in un conduttore genera a sua volta un campo magnetico; quindi, secondo quest’ipotesi, fu proprio la corrente indotta nel nucleo terrestre in movimento la causa della formazione di un nuovo campo magnetico. Questo nuovo campo magnetico produsse a sua volta altra corrente nel materiale del nucleo e questa un’ulteriore campo magnetico a via di seguito, così da mantenere sempre attivo il campo magnetico stesso. Molti sono ancora i punti da dover chiarire per poter trasformare quest’ipotesi in una teoria ben provata, tuttavia se ne sa abbastanza per poter pensare che un tale meccanismo possa effettivamente esistere ed essere mantenuto attivo dal movimento del materiale liquido nel nucleo esterno. Il materiale che costituisce il nucleo, in particolare il ferro, è un buon conduttore di elettricità e le temperature del nucleo –che sono comprese, a seconda delle ipotesi, tra i 3.000°C e i 5.500° C- inducono a pensare che i moti convettivi nel nucleo esterno possano realmente esistere. I geofisici hanno eseguito numerose simulazioni della situazione nel nucleo facendo ruotare rapidamente due sfere cave e concentriche, contenenti del liquido tra la sfera interna e quella esterna. La convezione veniva ottenuta riscaldando la sfera interna. Si è visto che in quelle condizioni il liquido tendeva a muoversi seguendo delle traiettorie elicoidali poste, come colonne, parallelamente all’asse terrestre. In altri termini la forza derivante di Coriolis, dovuta alla rotazione terrestre, trasforma il moto convettivo, che con la Terra ferma avrebbe in senso radiale, in un moto elicoidale posto parallelamente all’asse di rotazione. Sarebbero quindi questi i movimenti di materiale conduttore a generare il campo magnetico, le cui caratteristiche dipenderebbero dalla direzione del movimento e dalla quantità di materiale implicato. Le misura più recenti della distribuzione dell’intensità del campo magnetico dipolare sembrerebbero provare l’esistenza di due, o forse tre, colonne di materiale fuso che con il loro moto generano il campo magnetico. Come previsto dal modello, l’intensità del campo magnetico al di sopra dei poli risulta più debole che non altrove. Le variazioni dei moti convettivi all’interno del nucleo sarebbero responsabili delle variazioni secolari del campo magnetico che si registrano in superficie. Ben più difficile è trovare un meccanismo plausibile capace di spiegare sia le inversioni di polarità del campo magnetico terrestre, sia la frequenza con cui queste inversioni si sono verificate nel corso della storia della Terra.

ALTRI CAMPI MAGNETICI
1) Campo magnetico generato da una sbarra magnetica: il verso delle linee di forza è diretto dal polo Nord al polo Sud. Le linee di forza sono curve e continuano all’interno e formano delle linee chiuse
2) Campo magnetico generato da un filo rettilineo: le linee di forza sono circonferenze concentriche il cui verso si ricava con la regola della vite destrorsa (che avanza nel senso della corrente).
3) Campo magnetico generato da una spira circolare: il campo magnetico nel centro della spira è diretto perpendicolarmente al suo piano e il verso è quello di avanzamento di una vite destrorsa che ruota nel verso della corrente. Man mano che ci si avvicina alla spira, le linee di forza tendono ad assumere una forma circolare. In prossimità della spira il campo magnetico è analogo a quello prodotto da un filo rettilineo.
4) Campo magnetico generato da un solenoide: il verso del campo magnetico è analogo a quello di una spira circolare, infatti, il solenoide può essere considerato una serie di spire. All’interno del solenoide le linee di forza sono con buona approssimazione parallele e per questo si può dire che al suo interno ci sia un campo magnetico uniforme. All’esterno (se il diametro è sufficientemente piccolo rispetto alla lunghezza) il campo magnetico può essere considerato nullo.

ESPERIMENTO DI AMPERE
Ampere prese due fili percorsi da corrente e notò che se la corrente circola nello stesso verso, i due fili si attraggono, se la corrente circola con versi opposti, i due fili si respingono.
Ne segue che entrambi generano un campo magnetico e ne sono influenzati.
La forza F con cui si attraggono o si respingono due fili percorsi da corrente è:
i11 i2 2 l
FF K
d
in cui:
l è la lunghezza del filo percorso da corrente su cui agisce la forza
i è la corrente
d è la distanza tra i fili
K è una costante
o
K K
2
o è detta COSTANTE DI PERMEABILITA’ MAGNETICA del vuoto
N
o 4 10-7
A2
Ora possiamo definire l’Ampere: Un Ampere è la corrente che circola in due fili rettilinei paralleli lunghi 1m e distanti 1m sviluppando una forza (attrattiva o repulsiva) pari a 2O10-7 N.

VETTORE CAMPO MAGNETICO
L’oggetto di prova qui utilizzato è un filo percorso da corrente perché in questo caso è più comodo di un ago magnetico. I fattori liberi del filo che influenzano il campo, cioè che caratterizzano non il campo ma l’oggetto di prova, sono: l’intensità di corrente, perché i è direttamente proporzionale alla forza del campo magnetico, e la lunghezza del filo, perché l è direttamente proporzionale al campo magnetico.
Posizionando il filo perpendicolarmente alle linee di forza e muovendolo trovo:
F=B*i*l
In cui B è il fattore che varia da punto a punto ed evidentemente dipende da caratteristiche proprie del campo.
B viene chiamato vettore di induzione magnetica ed è il vettore descrivente il campo magnetico.
F
B= BB
i * l
In questa formula non posso mettere i simboli di vettore a B e a F perché non hanno né lo stesso verso né la stessa direzione.
Posizionando, invece, il filo in una posizione qualsiasi:
F = i * l F B
F = B * i * l * senF
F
B = BBBBB
i * l * sen
Se il filo è parallelo alle linee di campo F = 0 (perché sene = 0)
Se il filo è perpendicolare alle linee di campo F = B * i * l (perché senS = 1)
N
L’unità di misura di B è LLL
A * m
C
Dato che A= DD
s
N N * s N * m * s
= =
A * m C * s C * m2 E
Noi sappiamo che N * m = L (lavoro) o E (energia) = V (volt)
C
N * m * s V * s
=
C * m2 m2
E considerando che V * s = Wb (Weber)
V * s Wb
=
m2 m2

INDUZIONE MAGNETICA. LEGGE DI BIOT-SAVART
I fisici francesi Biot e Savart il 30 ottobre e il 18 dicembre del 1820 comunicarono i risultati delle loro ricerche, iniziate subito dopo la scoperta di Orsted, sul campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente. Essi si servirono di un conduttore verticale disposto vicino ad un ago magnetico libero di ruotare intorno a un asse verticale. Inviando nel conduttore corrente elettrica, l’ago magnetico oscillava sotto l’azione delle forze esercitate dal campo magnetico della corrente sui suoi poli. Dalle misure eseguite ricavarono che la forza magnetica, e quindi anche il modulo dell’induzione magnetica, è inversamente proporzionale alla distanza dal filo. Vogliamo ora dedurre questa stessa legge dall’espressione della forza d’interazione tra due fili conduttori paralleli percorsi da corrente. I due conduttori, visti dall’alto, con le correnti d’intensità i1 e i2 che li attraversano di verso uscente (contrassegnate da un puntino).Le linee di forza del campo magnetico sono circonferenze concentriche. Nella figura sono rappresentati i due fili e le linee di forza del campo magnetico generato da i1; di tale campo è rappresentato anche il vettore B1 sul filo percorso dalla corrente i2. La forza agente su questo conduttore è l’azione del campo magnetico generato dalla corrente i1, cioè del vettore B1. Ciascun filo subisce l’azione dell’altro a mezzo del campo magnetico. La corrente i2 e il campo magnetico B1 sono perpendicolari tra loro. Dalla definizione:
F2= i * l * B * sen== i2 * l * B1 sen90° = 0
Dall’esperimento di Ampère:
0 i1 * i2 * l
F1= == *
2 d
eguagliando le due formule:
0 i2 * i1 * l
i2 * l * B1= == *
2 d
ed ottengo la legge di Biot-Savart, cioè: il modulo di un vettore di campo magnetico generato da un filo percorso da corrente di intensità i, in un punto a distanza d dal filo, è:
0 i
B= BB *
2 d
Per una spira circolare, l’equazione diventa:
0 i
B = BB *
2 R
in cui R = raggio
e per un solenoide:
N
B = B0 * * i
l
In cui N= numero di spire.

FORZA DI LORENTZ
Supponendo di avere un filo percorso da corrente:
e- →
← i (per convenzione)
sulla particella agisce una forza
F = i * l F B
Il cui verso e la cui direzione si possono ricavare con la regola della mano destra.
Pollice → i; Indice → B; Medio → F.
q l spazio
F = FFF * l B = = velocità
t t tempo
F = q * v F B
Questa è la forza di Lorentz nel caso particolare in cui E = 0. q in questo caso è l’elettrone con carica pari a e; F = -e * v Q B.
Se c’è anche il campo elettrico, la forza di Lorentz diventa:
F = q * E + q * v B
In cui q * E è la componente dovuta al campo elettrico e q * v I B è la componente dovuta al campo magnetico.
F = q * v F B → modulo → F = q * v * B * sen

MOTO DI UNA CARICA ELETTRICA IN UN CAMPO MAGNETICO
La forza di Lorentz agente su di una carica positiva in moto in un campo magnetico è perpendicolare sia a v sia a B e il verso è quello del prodotto vettoriale, cioè il verso di avanzamento di una vite destrorsa disposta perpendicolarmente al piano di v e B, che ruota nello stesso verso in cui deve ruotare v per sovrapporsi a B, descrivendo l’angolo minore di 180°. Se la carica è negativa, il verso per la forza di Lorentz è quello opposto. Inoltre F, essendo perpendicolare alla velocità, è anche perpendicolare allo spostamento e quindi:
LF = F x S = F * S * cos cos90°=0 LF = 0
La forza F non compie lavoro.
Per il teorema delle forze vive:
1 1
L = Ecf – Eci = * m * v2f - * m * v2i
2 2
Se L = 0 allora Ecf = Eci e v2f = v2i quindi v è costante.
v è, però, costante solo in modulo, questo significa che la particella si muove di moto uniforme. non rettilineo, ma circolare sul piano di campo perpendicolare alle linee di campo.
F = forza centripeta
v2
Fcentripeta = m * acentripeta = m *
r
FLorentz = q* v * B * sen essendo = 90° FLorentz = q * v * B
FLorentz = Fcentripeta
v2
m * mm = q * v * B
r
m * v2 m * v
quindi il raggio dell’orbita è facilmente ricavabile da: r = qqqqq =
q * v * B q * B
Noi sappiamo che B è costante, se supponiamo che anche m/q lo sia (per esempio con degli elettroni), si ha che r è influenzato solamente da v (> è v e > è r).
L’orbita della particella sarà:
m * v 1 22 * m
T = 2T * * =
q * B v B * q
B * q
f = ffff
2 * m
ne segue che T (periodo) e f (frequenza) non sono influenzati dalla velocità.
Inoltre, fissato m/q, T rimane uguale.
La velocità lineare è diversa.
La velocità angolare è uguale
R**
* =
T
Questo avviene anche alla Terra durante il movimento di rotazione.
Nel caso in cui la velocità non fosse perpendicolare a B, e quindi è obliqua, v ha comunque una componente verticale ed una orizzontale, cioè le sue proiezioni.
Nel caso della componente v1 perpendicolare a B, la particella percorre un’orbita circolare entrante nel piano perpendicolare a B (lo si ricava dalla regola della mano destra).
Nel caso della componente v2 parallelo a B sen0° = 0, quindi questa componente non ha influenza sulla particella, che di conseguenza si muove di moto rettilineo uniforme.
L’interazione di queste due velocità fa muovere la particella ruotando lungo la sua circonferenza ma anche avanzando, ne deriva un Moto Elicoidale.
Nel caso in cui B non è uniforme genera un campo elettrico che tende a opporsi all’aumento de campo magnetico:
← E B →
All’aumentare di B, il raggio e il periodo diminuiscono perché la particella si muove di moto elicoidale con orbite sempre più piccole.
Il campo E con verso opposto a B influenza v facendo muovere la particella di moto uniformemente decelerato. Di conseguenza la spirale si infittisce, cioè il passo (distanza tra due punti consecutivi nella stessa situazione) diventa sempre più piccolo. Quando v = 0, se B non termina, la particella torna indietro. Ma adesso B diminuisce, mentre il passo, il raggio e il periodo aumentano, quindi la particella ripercorre la stessa traiettoria all’indietro.

FASCE DI VAN ALLEN
In natura vi sono alcuni interessanti esempi relativi al moto di particelle cariche in campo magnetico. Il primo è fornito dalla radiazione cosmica allorché interagisce con i campi magnetici interplanetari (principalmente con quello solare) e con quello terrestre. Per mezzo di opportuni rilevatori posti sulla Terra, su missili e su satelliti artificiali lanciati nello spazio, si possono effettuare importanti ricerca sulla natura, l’origine e la distribuzione della radiazione cosmica. Uno dei problemi particolarmente studiati è il cosiddetto effetto di latitudine, cioè la variazione del numero di particelle che arrivano sul nostro pianeta in relazione alla distribuzione dei campi magnetici sopra citati. Un altro esempio è dato dalle VASCE DI VAN ALLEN, dal nome del direttore di un gruppo di ricercatori dell’Università dello Iowa. Essi sistemarono un rilevatore (contatore Geiger) di particelle, che conta il numero di particelle che giungono in un tempo unitario, sul primo satellite americano messo in orbita il 31 gennaio 1958, l’Explorer I. Il contatore Geiger funzionò regolarmente alle basse quote, ma sopra i 2.000 Km non registrò più nulla, tanto che in un primo momento i ricercatori pensarono ad un guasto dell’apparecchio. Dopo alcuni studi però gli stessi ricercatori giunsero alla conclusione che il contatore era stato bloccato da una radiazione molto intensa. In tutta la magnetosfera vi è la presenza di particelle ionizzate, ma e regioni dello spazio che contengono l’elevato numero di particelle cariche, con conseguente contenuto energetico molto superiore, sono quelle zone in cui protoni ed elettroni sono intrappolati nel campo magnetico terrestre, muovendosi a spirale nella direzione del campo magnetico, approssimativamente da Nord a Sud e viceversa; le particelle di media velocità sono catturate lungo linee di forza più esterne e penetrano nell’atmosfera terrestre alle alte altitudini, mentre le particelle più veloci sono intrappolate lungo linee di forza più interne e quindi si avvicinano alla Terra a latitudini inferiori. Queste regioni in cui le particelle cariche sono intrappolate nel campo magnetico Terrestre sono chiamate fasce di Van Allen, che sono strette fasce a forma di anello. Fra queste si distinguono due zone ad elevata intensità di particelle, una interna costituita da protoni di alta energia e un’altra più esterna formata da elettroni di minore energia. La fascia interna dista dalla Terra circa 1,5 raggi terrestri (circa 3.000km), è spessa circa 1.500 km, è la più stabile e contiene prevalentemente protoni, mentre quella esterna si trova a circa 3,5 Raggi terrestri (circa 25.000km), è spessa circa 6.000km, è meno stabile e contiene in prevalenza elettroni. Le curve rappresentate in figura sono le intersezioni piane delle superfici su cui la densità di particelle è costante e i numeri indicati sono le frequenze di conteggio dei contatori, cioè il numero di particelle registrate in ogni secondo. Non si conoscono esattamente la provenienza delle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen, comunque sembra che in parte provengano dal Sole; la densità delle fasce infatti è collegata con l’attività solare. Le particelle della fascia esterna pare che derivino direttamente dalla radiazione solare, mentre quelle della fascia interna si generano in seguito al decadimento naturale dei neutroni prodotti dalle interazioni tra i protoni della radiazione solare e i nuclei di gas dell’atmosfera; i neutroni, infatti, si trasformano spontaneamente in protoni ed elettroni (oltre a un neutrino, particella priva di massa e di carica che non è soggetta all’azione del campo magnetico). Inoltre, questi campi di ricerca sono attualmente in piena fase di sviluppo e innumerevoli problemi rimangono ancora aperti.

PROPRIETA’ MAGNETICHE DEI MATERIALI
Esistono tre categorie di materiali che si comportano in modo diverso rispetto ad un campo magnetico esterno:
1) Materiali ferromagnetici; in vicinanza di un campo magnetico, i suoi microcircuiti si orientano in modo da creare un polo Sud nelle vicinanze del Nord magnetico. In questo caso c’è un’attrazione reciproca e il campo magnetico, derivante dall’interazione tra il campo magnetico esterno e quello creato dal materiale ferromagnetico, è di molto maggiore da quello iniziale. Le linee di campo che si formano sono incurvate e infittite rispetto alle originarie.
B = B0 + Bm B>>B0
2) Materiali paramagnetici; in vicinanza di un campo magnetico, i suoi microcircuiti si orientano come quelli dei materiali ferromagnetici ma esercitano un’attrazione più debole. Il campo magnetico risultante, è di poco aumentato rispetto all’originario e le linee di campo sono curvate ed infittite, ma molto meno rispetto che nei materiali ferromagnetici.
B = B0 + Bm B>B0
3) Materiali diamagnetici; in vicinanza di un campo magnetico i suoi microcircuiti si orientano in modo da opporre un polo Nord al polo Nord magnetico, provocando un indebolimento del campo magnetico esterno. Le linee di forza in questo caso si allontanano.
B = B0 + Bm B1 di poco nei materiali paramagnetici (es.: aria, platino, alluminio)
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