COS'È LA PERMEABILITÀ RELATIVA? - FISICO - 2025

La permeabilità relativa è la misura della capacità di una via materiale, di essere attraversata da un flusso senza perdere le sue caratteristiche, rispetto ad altro materiale che serve da riferimento. Viene calcolato come rapporto tra la permeabilità del materiale in studio e quella del materiale di riferimento. Quindi è una quantità che manca di dimensioni.

Generalmente parlando di permeabilità si pensa a un flusso di fluidi, comunemente acqua. Ma ci sono anche altri elementi in grado di passare attraverso sostanze, ad esempio i campi magnetici. In questo caso si parla di permeabilità magnetica e relativa permeabilità magnetica.

Il nichel ha un'elevata permeabilità magnetica relativa, motivo per cui le monete aderiscono fortemente al magnete. Fonte: Pixabay.com.

La permeabilità dei materiali è una proprietà molto interessante, indipendentemente dal tipo di flusso che li attraversa. Grazie ad esso, è possibile anticipare come si comporteranno questi materiali in circostanze molto diverse.

Ad esempio, la permeabilità dei terreni è molto importante quando si costruiscono strutture come scarichi, marciapiedi e altro. Anche per le colture, la permeabilità del suolo è rilevante.

Per la vita, la permeabilità delle membrane cellulari consente alla cellula di essere selettiva, lasciando passare le sostanze necessarie come i nutrienti e respingendo altre che possono essere dannose.

Per quanto riguarda la permeabilità magnetica relativa, ci fornisce informazioni sulla risposta dei materiali ai campi magnetici causati da magneti o fili sotto tensione. Tali elementi abbondano nella tecnologia che ci circonda, quindi vale la pena indagare quali effetti hanno sui materiali.

Permeabilità magnetica relativa

Un'applicazione molto interessante delle onde elettromagnetiche è quella di facilitare l'esplorazione petrolifera. Si basa sul sapere quanto l'onda è in grado di penetrare nel sottosuolo prima di esserne attenuata.

Ciò fornisce una buona idea del tipo di rocce che si trovano in un determinato luogo, poiché ciascuna roccia ha una permeabilità magnetica relativa diversa, a seconda della sua composizione.

Come si è detto all'inizio, ogni volta che si parla di permeabilità relativa, il termine "relativo" richiede di confrontare la grandezza in questione di un certo materiale, con quella di un altro che serve da riferimento.

Questo è sempre applicabile, indipendentemente dal fatto che si tratti di permeabilità a un liquido o a un campo magnetico.

Il vuoto ha permeabilità, poiché le onde elettromagnetiche non hanno problemi a viaggiare lì. È una buona idea prenderlo come valore di riferimento per trovare la permeabilità magnetica relativa di qualsiasi materiale.

La permeabilità del vuoto non è altro che la ben nota costante della legge di Biot-Savart, che viene utilizzata per calcolare il vettore di induzione magnetica. Il suo valore è:

Questa grandezza descrive come la risposta magnetica di un mezzo viene confrontata con la risposta nel vuoto.

Ora, la permeabilità magnetica relativa può essere uguale a 1, minore di 1 o maggiore di 1. Dipende dal materiale in questione e anche dalla temperatura.

• Ovviamente, se μ _r = 1 il mezzo è il vuoto.
• Se è inferiore a 1 è un materiale diamagnetico
• Se è maggiore di 1, ma non molto, il materiale è paramagnetico
• E se è molto maggiore di 1, il materiale è ferromagnetico.

La temperatura gioca un ruolo importante nella permeabilità magnetica di un materiale. Infatti questo valore non è sempre costante. Quando la temperatura di un materiale aumenta, diventa internamente disordinato, quindi la sua risposta magnetica diminuisce.

Materiali diamagnetici e paramagnetici

I materiali diamagnetici rispondono negativamente ai campi magnetici e li respingono. Michael Faraday (1791-1867) scoprì questa proprietà nel 1846, quando scoprì che un pezzo di bismuto veniva respinto da uno qualsiasi dei poli di un magnete.

In qualche modo, il campo magnetico del magnete induce un campo nella direzione opposta all'interno del bismuto. Tuttavia, questa proprietà non è esclusiva di questo elemento. Tutti i materiali lo hanno in una certa misura.

È possibile dimostrare che la magnetizzazione netta in un materiale diamagnetico dipende dalle caratteristiche dell'elettrone. E l'elettrone fa parte degli atomi di qualsiasi materiale, quindi tutti possono avere una risposta diamagnetica ad un certo punto.

Acqua, gas nobili, oro, rame e molti altri sono materiali diamagnetici.

D'altra parte, i materiali paramagnetici hanno una parte della loro magnetizzazione. Ecco perché, ad esempio, possono rispondere positivamente al campo magnetico di un magnete. Hanno una permeabilità magnetica simile al valore di μ _o .

Vicino a un magnete, possono anche magnetizzarsi e diventare magneti da soli, ma questo effetto scompare quando il vero magnete viene rimosso dalle vicinanze. L'alluminio e il magnesio sono esempi di materiali paramagnetici.

I veri materiali magnetici: il ferromagnetismo

Le sostanze paramagnetiche sono le più abbondanti in natura. Ma ci sono materiali che sono facilmente attratti dai magneti permanenti.

Sono in grado di acquisire da soli la magnetizzazione. Questi sono ferro, nichel, cobalto e terre rare come gadolinio e disprosio. Inoltre, alcune leghe e composti tra questi e altri minerali sono noti come materiali ferromagnetici.

Questo tipo di materiale sperimenta una risposta magnetica molto forte a un campo magnetico esterno, come ad esempio un magnete. Questo è il motivo per cui le monete in nichel si attaccano ai magneti a barra. E a loro volta i magneti a barra aderiscono ai frigoriferi.

La permeabilità magnetica relativa dei materiali ferromagnetici è molto superiore a 1. All'interno hanno piccoli magneti chiamati dipoli magnetici. Quando questi dipoli magnetici si allineano, intensificano l'effetto magnetico all'interno dei materiali ferromagnetici.

Quando questi dipoli magnetici sono in presenza di un campo esterno, si allineano rapidamente con esso e il materiale si attacca al magnete. Sebbene il campo esterno venga soppresso, allontanando il magnete, rimane una magnetizzazione residua all'interno del materiale.

Le alte temperature causano disordine interno in tutte le sostanze, producendo quella che viene chiamata "agitazione termica". Con il calore, i dipoli magnetici perdono il loro allineamento e l'effetto magnetico svanisce.

La temperatura di Curie è la temperatura alla quale l'effetto magnetico scompare completamente da un materiale. A questo valore critico, le sostanze ferromagnetiche diventano paramagnetiche.

I dispositivi per la memorizzazione dei dati, come nastri magnetici e memorie magnetiche, fanno uso del ferromagnetismo. Anche con questi materiali vengono prodotti magneti ad alta intensità con molti usi nella ricerca.

Riferimenti

1. Tipler, P., Mosca G. (2003). Fisica per scienza e tecnologia, volume 2. Editoriale Reverte. Pagine 810-821.
2. Zapata, F. (2003). Studio delle mineralogie associate al pozzo petrolifero Guafita 8x appartenente al giacimento Guafita (Stato Apure) mediante misure di Suscettibilità Magnetica e Spettroscopia di Mossbauer. Tesi di laurea. Università Centrale del Venezuela.