Alcune curiosità, (o lacune), sul magnetismo

[Candy]

Salve a tutti,
preciso subito che sono diplomato in Elettrotecnica, una ventina di anni or sono, (non col massimo dei voti), ma poco c'entra. (Ho sempre avuto grossi contenziosi con le materie letterarie in tutto il mio excursus accademico).

Desidero però rivolgere uno, forse più, domande, laddove il tempo, il tipo di studio, (anche il mancato studio, tipo dell'età adolescenziale), hanno lasciato delle lacune, e che mi tormentano da tempo.
Non esistate anche, con i vostri interventi, a rimettermi sulla giusta strada, laddove possa essermi perso.
Vi chiedo solo di intervenire, certo, ma in modo più discorsivo che accademico; lasciandovi la discrezionalità di introdurre qualche nozione accademica. Non devo affrontare esami di natura accademica.

Per sommi capi:
- la forza magnetica, assieme a quella elettrica, mi sembtr di avere capito, sono forze "fondamentali" entrambe proprietà dell'elettrone;
- se immergo un elemento ferromagnetico all'interno di un campo di forza magnetica, cessando l'effetto del campo di forza, il materiale ferromagnetico, mantiene una certa induzione residua, secondo una curva di isteresi che classifca un poco i vari metalli;
- ora, se ben ricordo, non vè altro modo di eliminare questa questa forza residua se non applicando un campo di intensità uguale ed opposta a quello corrispondente, sulla curva di isteresi, alla forza che si manifesta; oltre, chiaramente, alla fuzione dell'oggetto.

Ora però nascono le domande, le curiosità, che quotidianamente, lavorando sopratutto con servomotori, mi pongo. Ma non è solo una ragione di lavoro, (è solo il capro espiatorio), c'è una vera e più profonda curiosità.
domanda: pensando ad un magente permanente. nel contesto di un motore, come anche di un generatore, piuttosto che di una cassa audio, ne possiamo sfruttare le caratteristiche magnetiche per ottenere energia: meccanica, elettrica, ecc. Per fare questo, ci basiamo sull'intensità del campo amgnetico permanente H, o sulla forza dell'induzione B. Ma tale forza non decade mai? A parte una decadenza che si potrebbe manifestare per smagnetizzazione, dovuta alle alterazioni del campo naturale che si crea per il tipo di impiego fatto, non c'è una decadenza della forza magnetica da parte di quell'oggetto preso in esame, per via del lavoro fatto? Oppure: se uso ad esempio il magnete M per costruire un generatore G, al quale tramite una turbina applico una coppia C, ed ottengo, nel tempo, una quantità di energia E, tale valore di energia E è solo ed unicamente dovuto dalla coppia C che avevo applicato? L'induzione B del magnete permanente non è mai decaduta? Ed ancora: se è vero che e = m*c^2, il magnete pemanente non perde massa nel tempo in cui ho usato il generatore per produrre tutta l'energia E?

Ma, mettiamola in una veste diversa, ed arrivo al punto di quanto più mi assilla: se io prendo un fiammifero, lo accendo con poco sforzo, da qui accendo un pezzo di carta, col quale posso accendere e far bruciare tutta una foresta. Con la poca forza ed emergia spesa, ho in qualche modo eccitato e scatenato una reazione a catena che ha indotto altri materiali a mutare, dai quali ho ricavato energia. Potrei allora pensare di poter eccitare un oggetto ferromagnetico, in modo da indurre mutamenti al suo interno, tali per cui esso cambia di stato e cede parte della sua massa in energia? (Se non ricordo male, sempre quel famoso elettrone portatore della forza elettrica e magneitca, può, a seconda della sua quantità di energia, allontanarsi, avvicinarsi al nucleo, ecc.).

Ho fatto molte banalizzazioni, ho messo giù un groviglio di domande sparse, me ne rendo conto. Vorrei dei lumi, laddove potrei cercarli su testi che non sono in grdo di leggere, (per questo chiedevo risposte più discorsive che altro).

Se il tutto è troppo indigesto, ignorate pure.
Grazie.

[IsidoroKZ]

Ne hai tirati in ballo di argomenti! Rispondo a qualcuno qua e la`, ma sono argomenti difficili, anzi direi quasi impossibili senza usare dei modelli fisici. Si rischia di fare un discorso dando l'idea di aver trasmesso dell'informazione, mentre in realta` potrebbe solo essere una favoletta. Se vuoi vedere che cosa dicono le equazioni, c'e` un bel libro di Bais: The Equations: Icons of Knowledge, dove l'autore racconta le equazioni fondamentali della fisica. E dice che parlare di fisica senza equazioni e` come parlare di arte figurativa senza usare immagini :)
E poi bisogna anche considerare che non mi ricordo bene tutti i dettagli!

- la forza magnetica, assieme a quella elettrica, mi sembtr di avere capito, sono forze "fondamentali" entrambe proprietà dell'elettrone;

Forza magnetica e forza elettrica (o piu` in generale fenomeni el e mag) sono solo due facce della stessa realta`. La forza elettromagnetica e` una delle forze fondamentali, anzi da 30 e piu` anni e` unificata con la forza nucleare debole. Gli effetti elettrici e magnetici sono generate dalle cariche elettriche, quindi anche dagli elettroni, ma anche dai protoni. Se proprio si dovesse dire che una delle due manifestazione e` piu` fondamentale dell'altra, direi che il campo elettrico e` "vero" quello magnetico e` ancora un campo elettrico visto in un altro sistema di riferimento. Appunto da considerazioni di questo tipo Einstein era arrivato a definire la relativita` ristretta.

- se immergo un elemento ferromagnetico all'interno di un campo di forza magnetica, cessando l'effetto del campo di forza, il materiale ferromagnetico, mantiene una certa induzione residua, secondo una curva di isteresi che classifca un poco i vari metalli;
- ora, se ben ricordo, non vè altro modo di eliminare questa questa forza residua se non applicando un campo di intensità uguale ed opposta a quello corrispondente, sulla curva di isteresi, alla forza che si manifesta; oltre, chiaramente, alla fuzione dell'oggetto.

Non ho capito se vuoi cancellare l'effetto dell'elemento con magnetismo residuo con un campo opposto, oppure se vuoi smagnetizzare il magnete. Nel secondo caso, puoi anche farlo scaldando il materiale oltre alla sua temperatura di Curie, oppure prendendolo a martellate, oppure con uno smagnetizzatore con una sinusoide smorzata. La cosa curiosa e` che anche con lo smagnetizzatore, i domini magnetici ci sono sempre, totalmente magnetizzati, ma si orientano in modo da cancellarsi a vicenda... Ci sono un paio di articoli di RenzoDF in Electroyou sui magneti permanenti.

non c'è una decadenza della forza magnetica da parte di quell'oggetto preso in esame, per via del lavoro fatto?

No, perche' il campo magnetico non compie lavoro, e la ragione potrebbe essere, mi pare l'avesse detta brabus, che non essendoci cariche magnetiche libere (monopoli magnetici), tutte le linee di forza sono chiuse e non si riesce ad estrarre lavoro. Non so se sia 100% giusta, ma e` plausibile :)

Oppure: se uso ad esempio il magnete M per costruire un generatore G, al quale tramite una turbina applico una coppia C, ed ottengo, nel tempo, una quantità di energia E, tale valore di energia E è solo ed unicamente dovuto dalla coppia C che avevo applicato?

L'energia che ottieni e` data dalla coppia applicata moltiplicata per l'angolo di rotazione (numero di giri per due pigreco). Per fare energia o potenza serve sempre il prodotto di due grandezze (V, I, oppure C*w...)

L'induzione B del magnete permanente non è mai decaduta? Ed ancora: se è vero che e = m*c^2, il magnete pemanente non perde massa nel tempo in cui ho usato il generatore per produrre tutta l'energia E?

Non decade perche' non estrai energia dal campo magnetico, l'energia che prendi e` meccanica. L'equivalenza massa-energia megio non tirara troppo in ballo, perche' si mescola fisica classica, relativistica, e se si continua anche quantistica, e quando si fanno di quelle cose si rischia di tirare fuori risultati non corretti, se non si sa bene come interagiscono questi tre paradigmi.

Ma, mettiamola in una veste diversa, ed arrivo al punto di quanto più mi assilla: se io prendo un fiammifero, lo accendo con poco sforzo, da qui accendo un pezzo di carta, col quale posso accendere e far bruciare tutta una foresta.

Qui e` un po' piu` complicato dire qualcosa di sensato. Si potrebbero tirare in ballo fenomeni reversibili e irreversibili, entropia... ma provo in un altro modo. L'energia che tiri fuori da una reazione chimica e` essenzialmente energia elettrica, del campo elettrostatico delle varie molecole che partecipano alla reazione. Quando due molecole reagiscono, la configurazione finale ha una energia essenzialmente elettrostatica minore, e l'energia elettrostatica in eccesso e` andata ad accelerare (=spingere) le molecole, agitandole, e l'agitazione molecolare e` quella che vediamo come effetto termico. Accidentalmente anche nell'energia nucleare, sia delle bombe che dei reattori, l'energia che viene estratta deriva dal fatto che quando il nucleo si rompe i due frammenti sono entrambi positivi, si respingono e vanno via ad elevata velocita`, convertendo energia elettrostatica in energia cinetica a livello dell'atomo, vale a dire in energia termica.

Con il campo magnetico questo non puo` capitare in modo cosi` efficace, perche' le linee di forza sono chiuse.

Inoltre c'e` un altro fenomeno. Due particelle cariche elettricamente si attraggono o respingono con una forza che diminuisce con il quadrato della distanza. Anche due magneti si possono attrarre o respingere, ma a "grande distanza", quando si puo` considerare il magnete come un dipolo magnetico, questa forza diminuisce con il cubo della distanza (vado a memoria, sara` proprio il cubo?), perche' le sorgenti di campo sono dei dipoli (nord e sud accoppiati insieme), non c'e` il monopolo magnetico

[Candy]

Mi è chiaro, ti tingrazio.