Punto di Curie
Il punto di Curie TC , chiamato anche temperatura Curie, la cui scoperta è dovuta al fisico francese Pierre Curie, è la temperatura massima che un materiale può raggiungere prima di perdere le sue proprietà magnetiche. A livello atomico, al di sotto del punto di Curie i momenti magnetici, dovuti principalmente agli elettroni, sono allineati nei rispettivi domini e anche un debole campo esterno provoca una magnetizzazione netta.
Tuttavia, quando la temperatura aumenta fino a Tc e oltre, le fluttuazioni dovute all’aumento dell’energia termica distruggono tale allineamento. Ogni materiale ha un proprio punto di Curie oltre il quale non mostrerà proprietà magnetiche permanenti.
Il punto Curie può essere definito come la temperatura alla quale un materiale ferromagnetico perde le sue proprietà magnetiche e diventa paramagnetico. Questo fenomeno è noto anche come superconduttività. Ad esempio, il ferro è attratto dai magneti, ma se è riscaldato alla temperatura di 1043 Kelvin, non sarà più attratto dai magneti.
Magnetismo e punto di Curie
Per comprendere il comportamento di un materiale quando viene riscaldato fino o al di sopra del suo punto di Curie è necessario comprendere alcune proprietà dei materiali. La forza del campo magnetico è determinata dal momento magnetico, un momento di dipolo all’interno di un atomo che ha origine dal momento angolare e dallo spin degli elettroni.
Il ferromagnetismo è definito come il fenomeno mediante il quale un materiale, sotto l’azione di un campo magnetico esterno si magnetizza e rimane magnetizzato per quel periodo. Esempi di sostanze ferromagnetiche includono ferro, nichel, cobalto e alcuni elementi delle terre rare, come il gadolinio e il disprosio.
Quando i materiali ferromagnetici sono posti in un campo magnetico, tutti i domini si orientano nella direzione del campo magnetico creando un effetto magnetico.
Quando il campo magnetico si allontano, questi materiali diventano magneti permanenti. Il ferromagnetismo è un tipo di magnetismo in cui i momenti magnetici degli atomi in un solido sono allineati all’interno di domini, che a loro volta possono essere allineati tra loro da un debole campo magnetico.
L’antiferromagnetismo è un tipo di ordine magnetico che si verifica quando i momenti magnetici di atomi o ioni adiacenti si allineano in direzioni opposte, risultando in un momento magnetico netto pari a zero. Questo comportamento è dovuto all’interazione di scambio tra atomi o ioni vicini, che favorisce l’allineamento antiparallelo per minimizzare l’energia del sistema.
I materiali antiferromagnetici come il manganese, il cromo, l’ematite, gli ossidi MnO2, FeO, CoO mostrano tipicamente un ordinamento magnetico al di sotto di una temperatura specifica chiamata temperatura di Néel. Al di sopra di questa temperatura il materiale diventa paramagnetico, perdendo le sue proprietà antiferromagnetiche.
Il ferrimagnetismo è un tipo di magnetismo permanente che si verifica nei solidi in cui i campi magnetici associati ai singoli atomi si allineano spontaneamente, alcuni paralleli o nella stessa direzione, come nel ferromagnetismo, e altri generalmente antiparalleli, o accoppiati in direzioni opposte come nell’antiferromagnetismo.
Il paramagnetismo è la proprietà che hanno alcune sostanze quando sono immerse in un campo magnetico esterno.
Ciascun elettrone in un atomo, ha un momento angolare di spin e un momento angolare orbitale (tranne il caso di un elettrone che occupi un orbitale s a cui non è associato un momento angolare orbitale). Poiché l’elettrone è una particella con carica elettrica, ai momenti angolare di spin e orbitale sono associati rispettivamente un momento magnetico di spin e un momento magnetico orbitale.
Quando in un atomo sono presenti più elettroni, il momento angolare di spin di ciascuna coppia di elettroni con spin antiparalleli è: + ½ h/2π – ½ h/2π = 0. Quindi è nullo il loro momento magnetico di spin così come lo è quello orbitale.
Quindi un atomo polielettronico isolato, quando ha uno o più elettroni spaiati ha anche un momento elettronico permanente. Esso è la risultante del momento magnetico di spin e di quello orbitale. Un tale atomo si comporta come un dipolo magnetico infinitesimo. In un atomo polielettronico un livello o un sottolivello completamente riempito non contribuisce al momento magnetico dell’atomo.
Temperatura e proprietà magnetiche
I materiali ferromagnetici, paramagnetici, ferrimagnetici e antiferromagnetici hanno diverse strutture di momento magnetico intrinseco. Al punto di Curie, specifico per ogni materiale, queste proprietà cambiano. La transizione da antiferromagnetico a paramagnetico o viceversa avviene alla temperatura di Néel.
Pertanto un materiale ferromagnetico o ferrimagnetico sopra al punto di Curie diventa paramagnetico e un materiale antiferromagnetico diventa paramagnetico al di sopra della temperatura di Néel.
La temperatura influenza il magnetismo rafforzando o indebolendo la forza attrattiva di un magnete. Un magnete sottoposto al calore subisce una riduzione del suo campo magnetico poiché le particelle all’interno del magnete si muovono a una velocità sempre più rapida e sporadica.
Questo fenomeno disallinea i domini magnetici, provocando una diminuzione del magnetismo. Al contrario, quando lo stesso magnete viene esposto a basse temperature, le sue proprietà magnetiche vengono potenziate e la forza aumenta.
Oltre alla forza del magnete, anche la facilità con cui può essere smagnetizzato varia con la temperatura. Come la forza del magnete, la resistenza alla smagnetizzazione generalmente diminuisce con l’aumentare della temperatura. L’unica eccezione sono i magneti ceramici come la ferrite, che sono più facili da smagnetizzare a bassa temperatura e più difficili da smagnetizzare ad alta temperatura.
