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Indice
I campi magnetici sono sempre creati dal movimento di cariche. Le proprietà magnetiche della materia, ossia il ferro-, il para- e il diamagnetismo, sono determinate anche dagli stati di moto delle particelle elementari cariche negli atomi del materiale. Ciò si traduce in effetti magnetici che si comportano come piccoli magneti elementari o, in gergo fisico, come momenti magnetici, nella posizione dei singoli atomi.

Contributi allo spin atomico: spin dell'elettrone, momento orbitale e spin nucleare

Il contributo più forte al momento magnetico degli atomi è dato dallo spin degli elettroni. A differenza del moto orbitale degli elettroni intorno al nucleo atomico (il cosiddetto momento orbitale), lo spin degli elettroni è una proprietà degli elettroni stessi, che può essere immaginata in un certo modo come la rotazione di una sfera carica intorno al proprio asse, anche se la fisica può dimostrare che questa idea non è del tutto corretta.
Tuttavia, lo spin degli elettroni non è l'unico magnete elementare. Anche il cosiddetto momento angolare orbitale, cioè il movimento degli elettroni intorno al nucleo atomico, contribuisce al momento magnetico complessivo degli atomi. Il contributo maggiore dipende in larga misura dal tipo di materiale magnetico. Nei materiali ferromagnetici comuni (ferro, cobalto, nichel) domina lo spin degli elettroni.
Tuttavia, esistono molti composti e leghe (ad esempio, samario-cobalto) che presentano anche un momento orbitale magnetico degli elettroni intorno al nucleo, che contribuisce fortemente al magnetismo. Esiste anche lo spin nucleare, che è circa un fattore 1000 più debole dello spin degli elettroni. I nuclei atomici possono avere spin molto diversi, poiché il loro spin totale è costituito dallo spin di tutti i protoni e neutroni del nucleo atomico. Lo spin dei protoni e dei neutroni è a sua volta formato dallo spin dei quark, che sono le particelle elementari che compongono il nucleo atomico.

Lo spin atomico si riferisce al momento magnetico totale degli atomi, che determina le proprietà magnetiche del materiale. Può essere calcolato mediante l'addizione vettoriale dei singoli contributi (spin elettronico, spin nucleare, momento orbitale) (vedi figura).
La figura mostra un atomo (in questo caso di ossigeno), costituito da un nucleo atomico e da un guscio di elettroni. Gli stati di moto di questi componenti carichi creano un campo magnetico, che è costituito dalla somma di tutti i momenti magnetici degli atomi sommabili singolarmente (qui mostrati molto grandi per chiarezza).
I momenti magnetici degli atomi sono costituiti dai contributi dello spin degli elettroni, del momento orbitale magnetico degli elettroni (dovuto al movimento intorno al nucleo atomico) e dello spin nucleare.
Nei comuni materiali ferromagnetici (ferro, cobalto, nichel), tuttavia, prevale il contributo dello spin dell'elettrone.
La figura mostra un atomo (in questo caso di ossigeno), costituito da un nucleo atomico e da un guscio di elettroni. Gli stati di moto di questi componenti carichi creano un campo magnetico, che è costituito dalla somma di tutti i momenti magnetici degli atomi sommabili singolarmente (qui mostrati molto grandi per chiarezza).
I momenti magnetici degli atomi sono costituiti dai contributi dello spin degli elettroni, del momento orbitale magnetico degli elettroni (dovuto al movimento intorno al nucleo atomico) e dello spin nucleare.
Nei comuni materiali ferromagnetici (ferro, cobalto, nichel), tuttavia, prevale il contributo dello spin dell'elettrone.
Nei materiali ferromagnetici, vi è un'ulteriore stabilizzazione degli spin degli elettroni allineati attraverso la cosiddetta interazione di scambio. Di conseguenza, il contributo degli spin degli elettroni alla magnetizzazione è molto elevato e i materiali ferromagnetici sono molto facili da magnetizzare. Essi amplificano le forze magnetiche nei campi magnetici di un fattore noto come "permeabilità magnetica" μ, che può arrivare fino a μ=150 000.



Ritratto del dott. Franz-Josef Schmitt
Autore:
Dott. Franz-Josef Schmitt


Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.

Il diritto d'autore sull'intero contenuto del compendio (testi, foto, illustrazioni ecc.) appartiene all'autore Franz-Josef Schmitt. I diritti esclusivi di utilizzazione dell'opera appartengono a Webcraft GmbH, Svizzera (come gestore di supermagnete.fr). Senza espressa autorizzazione di Webcraft GmbH non è permesso copiarne il contenuto né utilizzarlo in alcun'altra forma. Proposte di miglioramento o complimenti riguardo al compendio possono essere inviati per e-mail a [email protected]
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