Per amore della fisica

Le meraviglie dei campi magnetici

Se prendete un magnete e lo mettete di fronte a una vecchia televisione, una di quelle che non avevano ancora lo schermo piatto, quand’è accesa, vedrete formarsi sullo schermo dei bei disegni e dei colori. Nell’epoca antecedente l’arrivo dei monitor a cristalli liquidi (LCD) e al plasma, i colori dei televisori venivano attivati grazie a dei fasci di elettroni sparati dalla parte posteriore di un televisore verso lo schermo, che effettivamente dipingevano l’immagine vista dagli spettatori. Come mostro a lezione, quando posizionate un forte magnete vicino a uno di questi schermi ottenete delle figure quasi psichedeliche, talmente irresistibili che anche i bambini di quattro o cinque anni li adorano (potete trovarne facilmente delle immagini on-line).

In effetti, è un fenomeno che i bambini sembrano scoprire continuamente da soli. E il web è pieno di genitori ansiosi, alla disperata ricerca di aiuto per risistemare la loro televisione dopo che i loro figli hanno fatto scorrere dei magneti da frigo su tutto lo schermo.

Per fortuna la maggior parte dei televisori è dotata di un meccanismo per smagnetizzare il monitor, e di solito il problema scompare da solo dopo qualche giorno o qualche settimana. Ma, se ciò non dovesse avvenire, è probabile che per risolverlo dobbiate chiamare un tecnico. Vi suggerisco quindi di non piazzare un magnete vicino allo schermo della vostra televisione (o al monitor del vostro computer), a meno che non si tratti di una tv antiquata della quale non v’importa più nulla. In tal caso, potreste addirittura divertirvi. L’artista coreano di fama mondiale Nam June Paik ha creato molte delle sue opere utilizzando più o meno questa stessa tecnica per distorcere dei monitor. A lezione accendo un televisore e lo sintonizzo su un programma particolarmente orribile – le promozioni commerciali sono ottime per quest’esperimento – e gli studenti vanno pazzi per come il magnete distorce completamente l’immagine.

Proprio come con l’elettricità, anche la storia del magnetismo risale all’antichità. Più di duemila anni fa i Greci, gli Indiani e i Cinesi, insomma tutti pare sapessero che delle rocce particolari – conosciute in seguito come minerali magnetici – attraevano dei piccoli pezzi di ferro (proprio come i Greci avevano scoperto che l’ambra, se strofinata, attirava dei pezzetti di foglie). Oggi chiamiamo quella sostanza magnetite, un minerale magnetico naturale, in effetti il più potente dei minerali magnetici naturali esistenti sulla Terra. La magnetite è una combinazione di ferro e ossigeno (Fe3O4), ed è nota anche come ossido ferroso-ferrico.

Esistono, tuttavia, molti tipi differenti di magneti, al di là della magnetite. Il ferro ha giocato un ruolo talmente importante nella storia del magnetismo, e rimane a tal punto un ingrediente chiave di molti materiali magneticamente sensibili che chiamiamo ferromagnetici tutti quei materiali che vengono attratti maggiormente dalle calamite. Generalmente si tratta di metalli o di composti metallici: il ferro stesso, ovviamente, ma anche il cobalto, il nichel e il diossido di cromo (una volta ampiamente usato nei nastri magnetici).

Sottoponendo alcuni di questi materiali all’azione di un campo magnetico è possibile magnetizzarli in modo permanente.

Altri materiali, denominati paramagnetici, se piazzati all’interno di un campo magnetico possono acquisire un debole magnetismo, che perdono nel momento in cui il campo magnetico esterno scompare. Tra i materiali paramagnetici annoveriamo l’alluminio, il tungsteno, il magnesio e, credeteci o no, l’ossigeno. Altri materiali invece, chiamati diamagnetici, in presenza di un campo magnetico sviluppano a loro volta un debole campo magnetico opposto a quello esterno. Questa categoria include il bismuto, il rame, l’oro, il mercurio, l’idrogeno e il sale da tavola, così come il legno, la plastica, l’alcool, l’aria e l’acqua (quello che ci permette di stabilire con certezza quali materiali siano ferromagnetici, quali paramagnetici e quali diamagnetici ha a che fare con il modo in cui gli elettroni sono distribuiti attorno al nucleo, ma si tratta di qualcosa di troppo complicato per essere analizzato qui in dettaglio).

Esistono anche dei magneti liquidi, ma non si tratta esattamente di liquidi ferromagnetici, quanto piuttosto di soluzioni di sostanze ferromagnetiche che reagiscono alla presenza di una calamita in modi molto belli e sorprendenti. È piuttosto semplice produrre uno di questi liquidi, ci potete provare voi stessi; eccovi un link con le istruzioni: http://chemistry.about.com/od/demonstrationsexperiments/ss/liquidmagnet.htm. Se mettete questa soluzione, piuttosto densa, su una lastra di vetro e se piazzate sotto la lastra una calamita, siate pronti a osservare dei risultati straordinari, molto più interessanti che osservare della limatura di ferro che si allinea lungo le linee del campo magnetico, un esperimento che potreste aver visto a scuola.

Sembra che nell’XI secolo i Cinesi fossero riusciti a magnetizzare degli aghi toccandoli con della magnetite e poi li avessero sospesi con un filo di seta. Gli aghi si allineavano lungo la direzione nord-sud, ossia lungo le linee di forza del campo magnetico terrestre. L’utilizzo della bussola si diffuse rapidamente: già nel secolo successivo questi strumenti sarebbero stati impiegati come aiuto alla navigazione non solo in Cina, ma addirittura fin nel Canale della Manica. Queste bussole erano formate da un ago magnetizzato che galleggiava in una ciotola d’acqua. Ingegnoso, vero? Non importava come la nave o la barca si sarebbe girata, la ciotola ne avrebbe seguito il movimento ma l’ago no, avrebbe continuato a puntare verso il nord e il sud.

La natura è ancora più ingegnosa. Oggi sappiamo che gli uccelli migratori hanno all’interno del loro corpo dei pezzettini microscopici di magnetite, che essi pare usino come una sorta di bussola interna che li aiuta e li guida lungo le loro rotte migratorie.

Alcuni biologi pensano addirittura che il campo magnetico terreste stimoli i centri ottici di alcuni uccelli e di altri animali, come per esempio le salamandre, e suggeriscono che, in un certo senso, questi animali possano «vedere» il campo magnetico della Terra.

Ma quant’è meraviglioso!