Isteresi magnetica

Nelle sostanze ferromagnetiche (ferro, magnetite, cobalto, nichel e loro leghe) esiste una particolare relazione tra il campo magnetico H e quello d’induzione B, in cui μ_r varia al variare di H o ugualmente di B₀, poiché nel sistema C.G.S di Gauss per μ₀=1 è B₀=H con H uguale a 1 oersted. In un solenoide, al cui interno è inserito un cilindro di ferro, si fa variare l’intensità di corrente elettrica. Il campo d’induzione B=μ*N/L*I varierà conseguentemente. Si può calcolare anche B₀ = μ₀ *N/L*I, quando non è inserito alcun tipo di materia all’interno del solenoide. Per chiarire meglio la relazione che intercorre tra i campi suddetti, si riportano su un sistema di assi cartesiani, con ascissa B₀ e con ordinata B, i valori che essi assumono variando l’intensità di corrente elettrica nel solenoide, sia quando è inserito un cilindro di ferro, sia quando non vi è alcun tipo di materia. Il punto zero rappresenta il momento in cui non circola corrente, per cui B₀ e B sono perciò uguali a zero. S’Inserisce la corrente e aumentandola gradualmente si ottengono i valori di (H = h*in/l) o ugualmente di B₀ e quelli di B, che aumentano contemporaneamente, come da curva OC del grafico. Il valore μ_r della permeabilità magnetica relativa (B/B₀), ossia della dipendenza di B da B₀, quindi, non è costante, poiché non si ha una retta. Facendo crescere l’intensità di corrente e il campo magnetico, si avrà un valore massimo che è nel punto C, oltre il quale si avrebbe un tratto orizzontale. Diminuendo ora l’intensità di corrente gradualmente a zero, B e B₀diminuiscono, secondo l’arco CD. Nel punto D, però, come da grafici, soltanto B₀ va a zero, al contrario di B. Si ha perciò, con un campo magnetico nullo, un valore di B, in cui D segnala il punto di magnetizzazione residua del materiale. Per questo i materiali ferromagnetici posti in un campo magnetico si trasformano in magneti permanenti. Aumentando B₀,con una maggiore intensità di corrente, nel verso opposto, si azzera B e si ottiene la curva DE. Essa continua nel tratto di curva EF, mentre B aumenta nel verso contrario, giungendo in F, massimo punto detto di saturazione, oltre il quale si avrebbe un tratto orizzontale. Facendo di nuovo diminuire la corrente e decrescere il campo magnetico, si ottiene l’arco FG. In questo caso B₀ diminuisce fino al valore di zero e B fino al punto –B residuo, come in D, però in verso opposto. Si fa crescere il campo nel verso iniziale: B diminuisce fino a zero nel punto H, mentre aumenta B₀ nel nuovo verso di corrente, lungo la curva GH. Facendo ancora aumentare la corrente si completa la curva con l’arco HC, fino al punto B_{0 max}e B_saturo, ottenendosi una curva chiusa d’isteresi magnetica.

Smagnetizzazione

A differenza dei materiali ferromagnetici detti morbidi, quelli duri, che sono stati sottoposti a un trattamento, in un intenso campo magnetico, annullano più difficilmente la loro magnetizzazione con un campo magnetico inverso (coercitività), per cui sono utilizzati come magneti permanenti. E’ possibile smagnetizzare i materiali ferromagnetici con cicli d’isteresi sempre più stretti, giungendo alla condizione iniziale di B e B₀ = zero. Alla temperatura di Curie o punto di Curie, specifica per ogni materiale ferromagnetico, si perde l’induzione residua, distruggendosi l’ordine dell’orientazione magnetica in un’unica direzione.

Uso dei materiali ferromagnetici

Si producono magneti artificiali o calamite, con proprietà diverse, secondo i materiali usati: ferro, nichel, cobalto, in lega con terre rare (magneti plastici), con boro, con alluminio, neodimio e secondo i processi di lavorazione eseguiti. La conoscenza delle proprietà magnetiche prese inizio dalla magnetite, minerale con alto contenuto di ferro, che è un magnete naturale, già noto nell’antichità e rinvenuto in Magnesia, da cui è derivato il suo nome. I materiali ferromagnetici, con la loro magnetizzazione residua, sono utilizzati come magneti permanenti per applicazioni tecniche di macchine elettriche: motori, generatori, microfoni, sensori, contatori, ecc., per memoria magnetica digitale, come per rivestimenti hard disk, per cui con un determinato verso di magnetizzazione si ottengono le informazioni in bit con sequenze di zero e uno nel sistema binario in base due.