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0455. Campo B e campo H

Vorrei chiedere un chiarimento riguardo la differenza tra campo B e campo H, nel modo più semplice e al tempo stesso corretto possibile. Grazie!!!
Flavia

 


sem_esperto_giallo


Quando si parla di fenomeni di tipo magnetico, si utilizzano in genere tre campi: B, indicato con il termine di vettore induzione magnetica, e alle volte anche con il termine campo magnetico, che si misura in Tesla (T) icona_glossario ; H, indicato con il termine campo magnetico, che si misura in Ampere/metro (A/m) icona_glossario ; M, che verrà definito qui di seguito, indicato con il termine magnetizzazione, che si misura in A/m. Questi tre campi permettono di separare il valore del campo magnetico (o induzione magnetica icona_glossario) complessivamente presente in un punto, che è pari al valore di B, nella somma dei suoi due contributi: il contributo dato dalle sorgenti del campo magnetico, che è pari al valore di H, ed il contributo dato dal materiale eventualmente presente nel punto in cui misuriamo, che è pari al valore di M. La relazione che lega B, H e M è la seguente: B = μ0 (H + M); μ0, il cui valore è 4 * π * 10-7 T*m/A, è la permeabilità magnetica icona_glossario del vuoto.

Prima di fare alcuni esempi di utilizzo di tale relazione, è necessario definire M ed indicare quali sono le possibili sorgenti di campo magnetico. I materiali, a livello microscopico possono essere formati da atomi o molecole aventi un momento magnetico diverso da zero: questo si può verificare in quanto la materia contiene elettroni, che sono dotati di momento magnetico. Per quantificare il valore del momento magnetico complessivo di un materiale si ricorre ad un vettore, indicato M, che sta per magnetizzazione, che è definito come il rapporto tra il momento magnetico totale del materiale (ottenuto sommando tutti i momenti magnetici dei suoi costituenti) ed il volume del materiale stesso: visto che il momento magnetico si misura in A*m2 ed il volume in m3, M si misura in A/m, come il vettore H. Quando siamo in presenza di un materiale magnetizzato, come ad esempio una calamita, si osserva che attorno (ed in realtà anche all'interno, anche se non ce ne accorgiamo) al materiale magnetizzato si sviluppa un campo magnetico (che ad esempio, nel caso della calamita, è in grado di attirare oggetti di ferro); questo ci indica che la calamita, ed in generale i materiali magnetizzati, diventano sorgenti di campo magnetico. Un secondo tipo di sorgente di campo magnetico è rappresentato da un conduttore percorso da corrente elettrica; esempi di sorgenti di questo tipo sono spire o solenoidi.

Immaginiamo ora di generare un campo magnetico utilizzando una sorgente di campo magnetico, chiamiamo Hs questo contributo, e di applicare tale campo ad un materiale: quanto vale il vettore induzione magnetica all'interno del materiale stesso? Se il materiale è di tipo ferromagnetico icona_glossario (come ad esempio il ferro, il nickel o il cobalto icona_chimica), ovvero si magnetizza in modo molto marcato, al suo interno il vettore M avrà un'intensità elevata. Oltre a questo risultato, si deve considerare il fatto che il materiale magnetizzato diventa a sua volta una sorgente di campo magnetico; a seguito di questo all'interno del materiale si produrrà perciò un campo Hm. Il campo totale prodotto dalle sorgenti sarà perciò H = Hs + Hm. Usando la relazione di cui sopra si avrà che il vettore induzione magnetica, B, presente all'interno del materiale sarà pari a: B = μ0 * (H + M). La relazione ci dice che, dentro al materiale, nel complesso, il valore di campo magnetico (o induzione magnetica), risente sia del contributo dato dalle sorgenti (H) che del contributo della magnetizzazione del materiale (M). Se invece cerchiamo di capire cosa succeda quando consideriamo un punto che si trova al di fuori del materiale, in questo caso il valore di H risentirà ancora del contributo della sorgente di campo magnetico e del contributo dato dal materiale (che una volta magnetizzato diventa a sua volta una sorgente di campo); viceversa, M sarà nullo, in quanto in questo caso ci troviamo al di fuori del materiale, ad esempio in aria o nel vuoto, che non si magnetizzano in presenza di H. Applicando la relazione di cui sopra, troviamo: B = μ0 * H. Nell'aria, o nel vuoto, quindi, B e H sono proporzionali tra loro, ovvero ci danno lo stesso tipo di informazione. Si giunge allo stesso risultato se, invece di trovarci in un materiale che si magnetizza in modo marcato, come il ferromagnete, ci troviamo in un materiale che si magnetizza in modo molto debole, ad esempio un materiale diamagnetico (come l'acqua, o il rame, o la plastica) o un materiale paramagnetico (come l'alluminio, l'ossigeno o il platino). In questi casi, infatti, essendo M ~ 0, si ha: B = μ0 * (H + M) ~ μ0 * H.

Per concludere, possiamo dire che all'interno dei materiali ferromagnetici B ed H ci danno due informazioni sensibilmente diverse tra loro, mentre quando siamo in materiali non ferromagnetici o nel vuoto B ed H risultano proporzionali, quindi ci danno esattamente lo stesso tipo di informazione.

 

Federico Spizzo, fisico

per saperne di più, una video lezione sul magnetismo di Federico Spizzo

 

ultimo aggiornamento marzo 2016

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