Campo coercitivo

Un materiale magnetizzato ferromagnetico può essere smagnetizzato con vari processi. Per esempio, con forti impatti sul materiale o con il calore. Tuttavia, la smagnetizzazione avviene anche in presenza di un campo magnetico esterno opposto. L'intensità del campo opposto necessaria per la smagnetizzazione è detta intensità del campo coercitivo.

Test sperimentali del campo coercitivo

Per verificare sperimentalmente questa affermazione, occorre prima magnetizzare un materiale ferromagnetico. Per farlo, si può tenere un materiale ferroso, come una vite, tra il polo nord e il polo sud di due magneti permanenti e poi allontanarli con cautela dalla vite in entrambe le direzioni. In questo modo si magnetizza la vite e si ottiene un effetto magnetico attrattivo, ad esempio sugli spilli.

La magnetizzazione della vite si perde se viene riscaldata o sottoposta a forti vibrazioni (ad esempio, forti colpi di martello). Un altro modo per smagnetizzare la vite è esporla a un campo magnetico a polarità opposta. Questo deve avere l'intensità del cosiddetto campo coercitivo. Se la vite è stata magnetizzata perché la testa della vite era in contatto con il polo nord di un magnete permanente, mentre la punta era in contatto con il polo sud, la vite può essere smagnetizzata esponendola a un campo magnetico più debole e diretto in modo opposto. La testa della vite deve essere in contatto con il polo sud di un magnete permanente e la punta della vite deve essere in contatto con il polo nord, cioè esattamente l'opposto della magnetizzazione. Se per la smagnetizzazione si utilizzassero magneti altrettanto forti di quelli usati per la magnetizzazione, la vite verrebbe nuovamente magnetizzata, solo con i poli invertiti.

Come si misura l'intensità del campo coercitivo?

L'intensità del campo coercitivo (Hc) è una misura della resistenza di un materiale magnetico alla smagnetizzazione. Viene determinata mediante la misurazione della curva di isteresi (vedi figura 1). A tale scopo, il materiale viene esposto a un campo magnetico esterno la cui intensità viene gradualmente aumentata e poi nuovamente ridotta a zero. L'intensità del campo coercitivo corrisponde all'intensità del campo magnetico in cui la magnetizzazione del materiale si riduce a zero. Questo valore può essere letto sulla curva di isteresi come l'intersezione della curva con l'asse orizzontale in corrispondenza della quale la magnetizzazione è nulla (nella figura 1, questa intersezione è contrassegnata da Hc).

Una configurazione sperimentale per la misurazione della curva di isteresi comprende tipicamente un campione del materiale in esame, una bobina per generare il campo magnetico, un magnetometro per misurare la magnetizzazione del campione e un'unità di controllo che varia il campo magnetico esterno. Il campione viene posto nella bobina e l'unità di controllo aumenta gradualmente la corrente attraverso la bobina, cambia la direzione della corrente e la riduce nuovamente per generare un campo magnetico ciclico. La magnetizzazione del campione viene misurata continuamente e messa in relazione con il campo magnetico applicato per creare la curva di isteresi (figura 2).

La figura 2 mostra una configurazione sperimentale per la misurazione dell'intensità del campo coercitivo. In primo luogo, viene applicata una tensione U, che aumenta progressivamente la corrente I attraverso la bobina. Questo porta a una densità di flusso magnetico B, che magnetizza il materiale ferromagnetico nella bobina e provoca un campo magnetico H, che può essere misurato con una sonda di Hall. Se la tensione U viene portata a zero, non passa più corrente attraverso la bobina e la densità di flusso esterno B è pari a zero. L'intensità di campo Hc misurata sulla sonda di Hall è quindi l'intensità di campo coercitivo (vedi figura 1).

Differenza tra le intensità del campo coercitivo bH_c e jH_c

Per far scomparire completamente la densità di flusso magnetico all'interno del materiale, è necessario applicare un campo magnetico esterno di intensità coercitiva H_c.

Si distingue tra due diverse intensità di campo coercitivo:

• L'intensità del campo coercitivo bH_c è l'intensità del campo coercitivo della densità di flusso.
• L'intensità del campo coercitivo jH_c, definita intensità del campo coercitivo della magnetizzazione (o polarizzazione magnetica.

Questo viene spiegato in dettaglio qui di seguito:

Se un materiale magnetizzato (in breve magnete) è esposto a un'intensità di campo pari a bH_c, la densità di flusso magnetico nel magnete scompare. La densità di flusso magnetico all'interno del magnete è quindi pari a zero. Tuttavia, questo avviene solo perché la magnetizzazione rimanente è compensata dal campo opposto esterno. Entrambi i campi si annullano all'interno del magnete. Il materiale stesso è quindi ancora magnetico. Questo si nota immediatamente quando il campo opposto esterno viene nuovamente disattivato. Le forze magnetiche provengono ancora dal materiale.

Se l'intensità del campo esterno viene aumentata fino a jH_c, cioè se viene aumentata l'intensità del campo opposto, il magnete viene smagnetizzato in modo permanente.

Nella figura 1, l'intensità di campo bH_c è indicata come H_c. La densità di flusso magnetico B all'interno del magnete è nulla solo finché è presente bH_c. L'intensità del campo smagnetizzante permanente jH_c non è indicata e la sua grandezza è maggiore di bH_c. Questa intensità di campo coercitiva della magnetizzazione jH_c non solo compensa il campo magnetico degli spin atomici allineati nel materiale, ma porta anche all'annullamento della stabilizzazione dell'allineamento degli spin dovuta all'interazione di scambio. L'intensità del campo magnetico all'interno del magnete non è nulla per campi opposti maggiori di bH_c, ma ha un certo valore. Tuttavia, è diretto in direzione opposta agli spin atomici allineati e tenta di invertirli. A jH_c, il campo magnetico riesce a superare l'interazione di scambio e provoca effettivamente l'inversione degli spin atomici. Il materiale è quindi smagnetizzato. Un ulteriore aumento dell'intensità del campo magnetico provoca un nuovo allineamento degli spin atomici nella direzione opposta. È possibile rilevare una nuova magnetizzazione, ma con polarizzazione magnetica invertita, cioè con poli invertiti rispetto alla polarità originale del magnete.