Suscettibilità

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Che cos'è la suscettibilità magnetica?

La suscettibilità magnetica χ (latino suscipere = impadronirsi) descrive, analogamente alla permeabilità magnetica, la capacità di un flusso magnetico di penetrare in un materiale. Mentre la permeabilità indica il flusso totale all'interno di un solido, la suscettibilità descrive solo la proporzione del flusso magnetico assorbito dal materiale. La suscettibilità χ è quindi esattamente 1 in meno rispetto alla permeabilità μ: χ=μ-1.

Indice

La suscettibilità (latino suscipere = accettare) è strettamente correlata alla permeabilità (latino permeare = lasciar passare). La suscettibilità descrive la polarizzazione magnetica a una densità di flusso magnetico esterno, cioè la magnetizzazione nel campo magnetico esterno. La suscettibilità è abbreviata con la lettera greca χ.

La permeabilità descrive l'intero campo come esiste sotto l'influenza della materia polarizzata.

Calcolo della suscettibilità magnetica

Se consideriamo la magnetizzazione M di un materiale in un campo magnetico esterno H₀, la magnetizzazione è data direttamente dalla suscettibilità χ. Vale la seguente regola: M= χ•H₀.

Il campo magnetico totale H è quindi la somma della magnetizzazione e del campo magnetico incidente H₀: H= M+H₀=χ•H₀+H₀=(χ+1)•H₀.

È possibile anche scrivere: H=μ•H₀. Questa equazione esprime il fatto che il campo magnetico totale all'interno o sulla superficie della materia è proporzionale al campo incidente. Il fattore di proporzionalità è la permeabilità. Un osservatore misurerebbe l'intensità del campo alla superficie del materiale. Tuttavia, se un osservatore fosse in grado di distinguere tra la parte del campo incidente originale e il campo causato dalla magnetizzazione, scoprirebbe che la magnetizzazione è descritta esattamente dalla suscettibilità come fattore di proporzionalità.

Si applica quindi M= χ•H₀. La suscettibilità indica la parte che è stata "assorbita" dalla materia. La somma di questa parte e della parte originariamente presente è quindi il campo magnetico "trasmesso" H.

Si applica pertanto quanto segue H= M+H₀=χ•H₀+H₀=(χ+1)•H₀=μ•H₀.

Tra la permeabilità μ e la suscettibilità χ si applica quindi la semplice relazione μ=χ+1.

La figura mostra l'andamento delle linee del campo magnetico H attraverso un materiale para- o ferromagnetico con (μ =2,χ=1) (a sinistra) e intorno a un superconduttore con (μ =0, χ =-1) (a destra). Il campo incidente originale è rappresentato da una freccia blu e la magnetizzazione da una freccia rossa. In un materiale ferromagnetico, la magnetizzazione è positiva e quindi allineata con il campo originale. Questo è sempre il caso se χ > 0, cioè il materiale "assorbe" il campo magnetico nella stessa direzione e quindi lo amplifica. Il campo assorbito è negativo e quindi χ < 0. Mentre l'amplificazione positiva del campo può essere anche molte volte superiore al campo incidente, l'attenuazione negativa è possibile solo fino alla completa compensazione del campo. Questa compensazione completa si verifica nei superconduttori. Per il superconduttore vale χ = -1, cioè μ = 0. Il superconduttore quindi non lascia passare alcun campo. Un superconduttore è quindi un "diamagnete perfetto".

L'assorbimento positivo o negativo del campo magnetico può essere visualizzato considerando il motivo del paramagnetismo, del ferromagnetismo o del diamagnetismo.

Se un materiale possiede magneti elementari, i cosiddetti momenti magnetici, che possono allinearsi al campo esterno (si tratta in genere di spin di elettroni non accoppiati), il materiale stesso diventa un magnete "attivato" dal campo esterno. Il campo magnetico totale può essere molte volte superiore al campo incidente.

Se nel materiale non ci sono singoli spin di elettroni, il materiale non ha momenti magnetici. In questo caso, prevale un effetto debole sempre presente, il diamagnetismo. Esso corrisponde all'induzione di una corrente circolare quando il materiale viene introdotto nel campo magnetico. Secondo la legge di Lenz, questa corrente circolare è diretta in direzione opposta al campo magnetico esterno (la sua causa) e quindi anche la magnetizzazione del diamante è diretta in direzione opposta al campo esterno.

Autore:
Dott. Franz-Josef Schmitt

Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.

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