I magneti e i loro poli

Tagliando a metà una calamita a barra ottieni due magneti, ciascuno con un polo nord e un polo sud.

Un polo cerca il nord, l'altro il sud

Appendi una calamita a barra a un filo, in modo che possa ruotare liberamente: un'estremità si orienta all'incirca verso nord. È il polo nord del magnete, detto più precisamente polo che cerca il nord; l'altra estremità cerca il sud. Ogni magnete li possiede entrambi, qualunque sia la sua forma: a barra, a ferro di cavallo, ad anello o a lamina, come quelli sul frigorifero. Ai poli l'attrazione è più forte: ecco perché le graffette si raccolgono alle estremità di una calamita a barra e quasi per nulla al centro.

Avvicina due magneti. La regola è semplice: poli dello stesso nome si respingono, poli di nome opposto si attraggono. Nord respinge nord, sud respinge sud, mentre nord e sud si attirano. Le cariche elettriche seguono una regola simile, ma c'è una differenza importante, che vedremo tra poco.

Non puoi isolare un polo

Le cariche positive e negative possono essere separate: strofina un palloncino e questo porta una carica negativa in eccesso. I poli magnetici, invece, non si separano mai. Taglia una calamita a barra al centro, sperando di dividere nord e sud: ogni metà diventa un magnete completo con un nuovo polo sulla propria superficie di taglio. Continua a tagliare e succede sempre lo stesso, fino al singolo atomo di ferro, che ha ancora un nord e un sud. Sul Sole, le macchie solari compaiono spesso in coppie di polarità magnetica opposta.

Un singolo polo isolato si chiamerebbe monopolo magnetico. Non ne è mai stato trovato nessuno, e i fisici continuano a cercarlo. Poiché i poli compaiono sempre in coppie, secondo la visione moderna tutto il magnetismo deriva da cariche elettriche in movimento: elettroni che ruotano su sé stessi e attorno al nucleo, oppure corrente in un filo. Nell'unità 4 costruiremo un magnete usando una corrente.

Perché solo alcuni metalli si attaccano

Una calamita da frigorifero si attacca a una porta d'acciaio, ma non a una pentola d'alluminio o a una moneta di rame. Solo pochi materiali rispondono intensamente ai magneti. Si chiamano ferromagnetici, dal latino ferrum, ferro: il ferro stesso, il cobalto, il nichel e il gadolinio, oltre a leghe come l'acciaio. Alcune leghe di terre rare, tra cui il neodimio, producono i magneti permanenti più forti di uso comune. Anche altri materiali reagiscono, ma così debolmente che servono strumenti sensibili per accorgersene.

Dentro un pezzo di ferro ci sono piccole regioni chiamate domini. In ciascun dominio gli atomi, ognuno un minuscolo magnete, sono orientati nello stesso verso; i domini, però, sono orientati in tutte le direzioni e i loro effetti si annullano. Avvicinando un magnete, i domini allineati con esso crescono, a volte fino a dimensioni millimetriche, mentre gli altri si restringono. Il ferro diventa un magnete con il polo opposto rivolto verso il tuo e viene quindi attratto. Il calore o gli urti violenti possono disordinare di nuovo i domini. Sopra una temperatura detta temperatura di Curie, pari a 770 °C per il ferro (1043 K), il ferro perde il ferromagnetismo e diventa paramagnetico.