Tagliare una barra magnetica a metà non ne toglierà i poli. Produrrà solo due magneti, ciascuno con un polo nord che sarà attratto dal polo sud dell’altro magnete, e viceversa.
È questa proprietà fondamentale dell’attrazione che rende i magneti utili per così tanti scopi, dal tenere un invito a una festa al frigorifero alla realizzazione di immagini mediche.
Ma come nascono questi poli? Perché un magnete ha un polo nord e uno sud?
I magneti sono “uno dei misteri più profondi della fisica”, ha detto. Greg Boebinger (Si apre in una nuova scheda)Direttore del National High Magnetic Field Laboratory di Tallahassee, in Florida. Mentre Le persone usano i magneti da migliaia di anni (Si apre in una nuova scheda)Gli scienziati stanno ancora imparando cose nuove su come funzionano.
La risposta fondamentale al motivo per cui i magneti hanno i poli risiede nel comportamento degli elettroni. Tutta la materia, compresi i magneti, è fatta di atomi. in ogni maisIl nucleo è circondato da uno o più elettroni carichi negativamente. Ciascuno di questi elettroni genera il proprio piccolo campo magnetico, che gli scienziati chiamano “spin”. Se una quantità sufficiente di questi piccoli campi magnetici punta nella stessa direzione, il materiale stesso diventa paramagnetico.
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Lo “spin” di un elettrone è qualcosa di un concetto astratto, ha detto Boebinger a WordsSideKick.com. Tecnicamente, nessuno ha mai visto la rotazione di un elettrone: è troppo piccolo per essere visto al microscopio. Ma i fisici sanno che gli elettroni hanno un campo magnetico perché l’hanno misurato. E uno dei modi in cui questo campo può essere generato è se l’elettrone gira. Inverti il senso di rotazione e il campo magnetico si invertirà.
quando possibile, Gli elettroni si accoppieranno in modo che il loro spin venga annullato (Si apre in una nuova scheda), che rende nullo il magnetismo netto di un atomo. Ma in alcuni elementi, come il ferro, questo non può avvenire. Il numero di elettroni e il modo in cui sono posizionati attorno al nucleo significa che ogni atomo di ferro avrà un elettrone non accoppiato che genera un piccolo campo magnetico.
In un materiale non magnetico, questi singoli campi magnetici puntano in diverse direzioni casuali. In questo caso, per lo più si annullano a vicenda, quindi il materiale generalmente non è magnetico. Ma nelle giuste condizioni, piccoli campi magnetici subatomici possono allinearsi nella stessa direzione. Si potrebbe pensare a questa come alla differenza tra una folla di persone che camminano in giro e tutti coloro che si organizzano e guardano nella stessa direzione. La combinazione di questi campi magnetici molto piccoli crea un campo magnetico più grande, quindi il materiale diventa un magnete.
Molti magneti utilizzati nella vita di tutti i giorni, come i magneti per il frigorifero, sono noti come magneti permanenti. In questi materiali, i campi magnetici di molti atomi nel materiale sono stati permanentemente allineati da una forza esterna, come essere collocati all’interno di un campo magnetico più potente.
Spesso questo campo magnetico più potente è generato dall’elettricità. Elettricità e magnetismo sono fondamentalmente correlati, perché i campi magnetici sono generati dal movimento di cariche elettriche. Ecco perché l’elettrone rotante contiene un campo magnetico. Ma gli scienziati possono anche sfruttare l’elettricità per creare magneti molto potenti Paolo Veracin (Si apre in una nuova scheda), scienziato senior presso il Lawrence Berkeley National Laboratory in California. Far scorrere abbastanza corrente attraverso una bobina di filo genera un campo magnetico molto forte che dura finché la corrente scorre. Questi elettromagneti sono spesso usati nella ricerca fisica, ha detto Veracin a WordsSideKick.com. Viene anche utilizzato in strumenti medici come le macchine per la risonanza magnetica (MRI).
Anche la Terra ha il suo campo magnetico, che è ciò che fa funzionare l’ago della bussola. Gli scienziati hanno definito il polo nord di un magnete come la punta che punta verso il polo nord della Terra se il magnete ruota liberamente. Ma tecnicamente, ha spiegato Boebinger, questo significa che il polo nord magnetico della Terra è in realtà un polo sud magnetico, poiché i poli opposti si attraggono.
In termini fisici, le linee del campo magnetico scorrono verso l’esterno dal polo nord di un magnete al suo polo sud, formando un anello chiuso.
I fisici hanno anche trovato altre disposizioni per i poli magnetici, Compreso il quadrilatero (Si apre in una nuova scheda), dove un gruppo di poli magnetici nord e sud sono disposti in un quadrato. Un obiettivo rimane sfuggente, ha detto Veracin: nessuno ha ancora trovato un monopolio magnetico.
Elettroni e protoni sono unipolari: hanno ciascuno una singola carica elettrica, positiva o negativa. Ma gli elettroni (e anche altre particelle) hanno poli magnetici. Poiché sono particelle fondamentali, non possono essere ulteriormente scomposte. Questa differenza tra il modo in cui le particelle si comportano elettricamente e magneticamente ha incuriosito molti fisici e per alcuni trovare una particella con un singolo polo magnetico è il Santo Graal. La sua scoperta sfiderebbe le leggi della fisica così come le intendiamo attualmente.
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