Dipolo

In presenza di un campo elettrico, le molecole delle sostanze isolanti (dielettrici) si orientano o si deformano in modo da allineare i propri momenti di dipolo elettrico in direzione del campo, e conferire al corpo una proprietà macroscopica chiamata polarizzazione.

Ogni sistema fisico capace di risentire degli effetti di un campo magnetico può essere descritto come un dipolo magnetico. Così, l’ago di una bussola, che si orienta lungo le linee di forza del campo magnetico terrestre indicando la direzione Sud-Nord, si può considerare un dipolo magnetico, e così tutti i magneti permanenti. Inoltre, come osservò per la prima volta lo scienziato danese Hans Christian Ørsted, anche le correnti elettriche generano campi magnetici e risentono dei loro effetti; per questo, anche un circuito percorso da corrente elettrica può essere considerato un dipolo magnetico, con una polarità che dipende dal verso della corrente che lo percorre.

Come a ogni dipolo elettrico si associa il momento di dipolo elettrico d, così anche a ogni dipolo magnetico si associa un’analoga grandezza vettoriale che ne sintetizza le proprietà e permette di descriverne il comportamento. Questa grandezza prende il nome di momento di dipolo magnetico e si indica generalmente con m: il suo modulo è dato dal prodotto dell’intensità di corrente i per l’area S della superficie racchiusa dal circuito; la sua direzione è quella perpendicolare al piano su cui giace il circuito, e il verso è dato dalla regola della mano destra: se le quattro dita della mano destra si avvitano nel senso della corrente, il pollice indica il verso del momento di dipolo.

Nell’analisi delle proprietà magnetiche della materia, la descrizione delle correnti elettriche come dipoli magnetici permette di associare, a ogni moto di un elettrone atomico, un momento magnetico specifico. Ogni elettrone di un atomo compie sostanzialmente due moti: quello di rivoluzione intorno al nucleo e quello di rotazione intorno al proprio asse (secondo una descrizione prettamente classica). Poiché l’elettrone è una particella carica, questi moti possono essere considerati delle correnti elettriche, che producono effetti magnetici e possono quindi essere caratterizzati da un momento magnetico specifico. Così, a causa del suo moto orbitale intorno al nucleo, ogni elettrone possiede un momento magnetico detto orbitale e, a causa del suo moto di rotazione intorno al proprio asse, possiede un secondo momento magnetico, detto di spin. La somma vettoriale dei due momenti magnetici di tutti gli elettroni dell’atomo dà il momento magnetico totale dell’atomo, da cui dipende il comportamento magnetico della sostanza.

In presenza di un campo magnetico, un dipolo tende ad allineare il proprio momento di dipolo con le linee di forza del campo. L’effetto macroscopico dell’allineamento di tutti i momenti magnetici degli atomi di una sostanza prende il nome di magnetizzazione; a seconda del tipo di sostanza (ferromagnetica, diamagnetica o paramagnetica), la magnetizzazione ha intensità e caratteristiche diverse.