Come funzionano i magneti

Come funzionano i magneti

How Special Relativity Makes Magnets Work

Introduzione:Due video dovuti alla collaborazione di Henry Reich ( MinutePhysics) e Derek Muller (Veritasium) che spiegano come funzionano i magneti.

Cose da fare: I due video contengono delle brevi animazioni commentate in inglese con sottotitoli in italiano. Il primo di circa 6 minuti parla di come funzionano i magneti veri e propri. Il secondo di circa 3 minuti parla invece del funzionamento degli elettromagneti. Cliccate sulle due immagini sopra per farli partire.

Cosa succede:La spiegazione di come funzionano i magneti viene di solito basata sul campo elettromagnetico descritto dalle equazioni di Maxwell. Si dice che campi elettrici e magnetici sono strettamente correlati tra di loro e cosi’, ad esempio, il passaggio di una corrente in un conduttore fa muovere l’ago di una bussola. Viceversa il moto di un magnete puo’ creare una corrente elettrica.

Ma la spiegazione dettagliata di come funziona un magnete o un elettromagnete richiede delle conoscenze che Maxwell non aveva: la meccanica quantistica per il magnete e la relativita’ ristretta per l’elettromagnete.

I materiali magnetici attraggono oggetti metallici perche’ i singoli atomi si comportano come piccoli magneti. La cosa non deve meravigliare perche’ l’atomo e’ fatto di elettroni che “ruotano” intorno al nucleo. Quindi abbiamo qualcosa di simile alla corrente elettrica in un conduttore dove si muovono di solito gli elettroni. Ma per avere un magnete questi piccoli magneti devono essere tutti allineati tra di loro.

In definitiva la forza di attrazione dei magneti emerge quando tutti gli atomi si allineano tra di loro ed e’ quindi un esempio di proprieta’ quantomeccanica che si manifesta in un oggetto macroscopico. Come mostra l’animazione questo allineamento si ottiene solo in pochissimi materiali ed e’ un fenomeno complesso che va descritto e studiato seguendo le leggi della meccanica quantistica.

Nel caso dell’elettromagnete la forza di attrazione si manifesta perche’ gli elettroni nel filo della bobina dell’elettromagnete si muovono mentre gli atomi con carica positiva (in numero uguale) rimangono fermi. Se un oggetto carico si muove anch’esso con la stessa velocita’ degli elettroni (nel video e’ un gatto)  vede gli elettroni fermi e gli atomi che si muovono. Secondo la relativita’ ristretta le lunghezze nella direzione del moto si accorciano; cosa che  succede solo per  le cariche positive degli atomi che si muovono  dal punto di vista del gatto. Di conseguenza nella stessa lunghezza gli atomi sono piu’ degli elettroni e le cariche non si bilanciano piu’ perfettamente producendo la forza di attrazione verso il gatto!

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Altri applet di elettromagnetismo

I materiali hanno come indirizzo

https://www.youtube.com/watch?v=hFAOXdXZ5TM
© Minute Physics

https://www.youtube.com/watch?v=1TKSfAkWWN0
© Veritasium

Autori:Henry Reich, Derek Muller
Titoli in inglese: MAGNETS: How Do They Work? e How Special Relativity Makes Magnets Work

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