Campi magnetici e linee di campo

Alla superficie terrestre il campo è compreso tra circa 25 e 65 microtesla; dentro il solenoide di un'apparecchiatura ospedaliera per la risonanza magnetica è decine di migliaia di volte più forte.

Una mappa delle forze

Un magnete respinge o attrae un altro magnete senza toccarlo. Per descrivere questa azione a distanza, i fisici associano allo spazio attorno a un magnete un campo magnetico, il campo B. In ogni punto il campo ha una direzione, un verso e un'intensità. Direzione e verso si definiscono con una piccola bussola: il campo punta dove punta l'estremità nord dell'ago. Una bussola è abbastanza piccola da non perturbare il campo che misura.

Disponi bussole tutt'intorno a una calamita a barra e collega le direzioni che indicano: ottieni le linee di campo. OpenStax ne riassume quattro regole. Primo: in ogni punto il campo è tangente alla linea, quindi la bussola si allinea con essa. Secondo: l'intensità è indicata dalla vicinanza delle linee; linee fitte significano campo intenso. Terzo: le linee di campo non si incrociano mai, perché in ogni punto il campo ha una sola direzione. Quarto: formano linee chiuse, senza inizio né fine. All'esterno del magnete vanno dal polo nord al polo sud; all'interno proseguono da sud verso nord.

Le linee di campo sono uno strumento grafico, non fili sospesi nello spazio. Puoi però vederne l'andamento spargendo limatura di ferro su un foglio sopra una calamita. Ogni granello diventa un minuscolo magnete e si orienta lungo il campo: la limatura forma così curve che seguono le linee.

Misurare l'intensità del campo: il tesla

L'unità SI del campo magnetico è il tesla (T). Un tesla corrisponde a un campo intenso: un filo lungo 1 m, percorso da 1 A e disposto trasversalmente a un campo di 1 T, subisce una forza di 1 N, perciò 1 T = 1 N/(A·m). I campi della vita quotidiana sono molto più deboli, quindi si usano spesso microtesla (μT, milionesimi di tesla) e nanotesla (nT, miliardesimi). Un'unità più vecchia, il gauss, è ancora comune in geologia e sulle etichette dei magneti: 1 gauss = 10⁻⁴ T = 100 000 nT.

Alcuni valori di riferimento aiutano a orientarsi. I National Centers for Environmental Information della NOAA indicano per la superficie terrestre un intervallo compreso tra circa 25 000 e 65 000 nT, cioè da 25 a 65 μT o da 0.25 a 0.65 gauss. OpenStax arrotonda spesso a 5.0 × 10⁻⁵ T, ossia 50 μT. Nei suoi esempi svolti usa 1.50 T per un forte magnete di laboratorio e 2.01 T all'interno di un grande solenoide del tipo usato nella risonanza magnetica. Sono circa 40 000 volte il campo terrestre.

Due magneti: i campi si sommano

Quando due magneti sono vicini, il campo in ogni punto è la somma dei due campi, sommati come frecce. Metti un polo nord di fronte a un polo sud: le linee attraversano direttamente lo spazio tra i magneti e passano dall'uno all'altro; il campo nello spazio intermedio è intenso e i magneti si attraggono. Metti invece due poli nord uno di fronte all'altro: le linee di ciascuno deviano lateralmente, uscendo dallo spazio tra i poli. A metà strada c'è un punto in cui i due campi si annullano. Una bussola collocata esattamente lì non ha una direzione preferita ed è guidata solo dal debole campo terrestre.

La stessa somma spiega perché una bussola sulla scrivania può trarti in inganno. La struttura d'acciaio della scrivania, un magnete di un altoparlante o una corrente nei cavi vicini produce un proprio campo, che nelle vicinanze può superare l'intensità del campo terrestre, compresa tra 25 e 65 μT. L'ago si orienta allora lungo il campo totale, non verso nord. Per una lettura attendibile, tieni la bussola lontana da oggetti metallici e apparecchi elettrici.