Domini magnetici

I domini magnetici sono regioni presenti in un materiale ferromagnetico o ferrimagnetico, in cui vi è una magnetizzazione uniforme. Pertanto i domini magnetici sono costituiti da un gruppo di atomi i cui campi magnetici sono allineati nella stessa direzione.

All’interno di un materiale ferromagnetico possono essere presenti numerosi domini magnetici. Quando non è presente alcun campo magnetico esterno, anche i domini sono orientati in modo casuale in modo che non vi sia campo magnetico netto.

Tuttavia, quando è presente un campo magnetico esterno, i domini magnetici ruoteranno e si allineeranno con il campo magnetico esterno. Quando tutti o la maggior parte dei domini sono allineati nella stessa direzione, l’intero oggetto viene magnetizzato in quella direzione e diventa un magnete che agisce come una barra magnetica con un polo nord e uno sud.

Ferromagnetismo e domini magnetici

Il ferromagnetismo è un fenomeno per il quale alcuni materiali, come ferro, cobalto, nichel  e leghe costituite da elementi delle terre rare come il neodimio, il gadolinio e il disprosio formano magneti permanenti o sono attratti dai magneti.

Il ferromagnetismo è causato quando gli elettroni spaiati all’interno degli atomi si allineano nella stessa direzione, portando ad un momento magnetico netto. Questo allineamento non avviene solo all’interno di un singolo atomo ma anche tra gli atomi vicini, portando a domini in cui tutti gli spin sono paralleli.

Quando un magnete viene avvicinato a un materiale ferromagnetico provoca la magnetizzazione locale del materiale con i poli opposti più vicini. Ciò si traduce nell’attrazione del materiale verso il magnete.

Su scala microscopica le regioni all’interno del materiale chiamate domini magnetici agiscono come piccole barre magnetiche. All’interno dei domini magnetici i poli dei singoli atomi sono allineati. Ogni atomo si comporta come una piccola barra magnetica.

I domini magnetici sono piccoli e orientati in modo casuale in un materiale ferromagnetico non magnetizzato. In risposta a un campo magnetico esterno, i domini magnetici possono crescere fino a raggiungere dimensioni millimetriche. Questa magnetizzazione indotta può essere resa permanente se il materiale viene riscaldato e poi raffreddato, o semplicemente posto in presenza di altri magneti.

Al contrario, un magnete permanente può essere smagnetizzato riscaldandolo in assenza di un altro magnete. L’aumento del movimento termico a temperature più elevate può interrompere e rendere casuale l’orientamento e la dimensione dei domini magnetici.

Vi è una temperatura ben definita per i materiali ferromagnetici, chiamato punto di Curie, al di sopra del quale non possono essere magnetizzati. Il punto di Curie del ferro è 770 °C, che è ben al di sopra della temperatura ambiente. Esistono diversi elementi e leghe che hanno punti di Curie molto inferiori alla temperatura ambiente e sono ferromagnetici solo al di sotto di tali temperature.

Elettromagneti

Lo scienziato danese Hans Christian Ørsted all’inizio del XIX secolo scoprì che l’ago di una bussola veniva deviato da un filo percorso da corrente e ciò costituì la prima prova che il movimento delle cariche avesse un collegamento con i magneti.

L’elettromagnetismo è un’interazione che avviene tra particelle con carica elettrica tramite campi elettrici e magnetici tramite il quale si ottengono magneti temporaneamente indotti detti elettromagneti.

In un elettromagnete con nucleo ferromagnetico si possono produrre effetti magnetici molto forti. L’allineamento dei domini magnetici nel nucleo produce un magnete, i cui poli sono allineati con l’elettromagnete.
Ogni volta che sono necessari forti effetti magnetici gli elettromagneti vengono infatti potenziati da materiali ferromagnetici.

Gli elettromagneti vengono utilizzati in molte applicazioni che vanno da una gru da demolizione che solleva auto rottamate, al controllo del raggio di un acceleratore di particelle con una circonferenza di 90 km, ai magneti nelle macchine per l’imaging in campo medico.

I materiali ferromagnetici possono fungere da dispositivi di memoria utilizzati nell’archiviazione magnetica delle informazioni su videocassette e dischi rigidi dei computer, perché l’orientamento dei campi magnetici di piccoli domini magnetici può essere invertito o cancellato.