Quando un magnete scivola su una superficie conduttiva, come il rame o l’argento, esso subisce un rallentamento dovuto all’interazione con le correnti parassite generate dalla Legge di Lenz. Tuttavia, se la superficie è composta da oro non puro, ossia una lega d’oro, il fenomeno non avviene con la stessa intensità.
In questo articolo analizziamo il comportamento delle correnti indotte nelle leghe e il loro effetto sul movimento di un magnete.
Quando un magnete si muove sopra un materiale conduttore, genera delle correnti elettriche indotte all’interno del materiale stesso. Queste correnti, chiamate correnti parassite o di Foucault, si formano a causa della variazione del campo magnetico nel tempo e nello spazio. Secondo le leggi dell’elettromagnetismo, tali correnti creano a loro volta un campo magnetico che si oppone alla variazione del campo originario, generando una forza di frenata sul magnete in movimento.
Le correnti parassite sono responsabili del rallentamento del magnete su materiali come l’oro, il rame, l’alluminio e l’argento. L’efficacia della frenata dipende dalla conducibilità elettrica del materiale e dalla sua capacità di supportare tali correnti senza una significativa dispersione dell’energia. Inoltre, la disposizione atomica del materiale gioca un ruolo cruciale: un materiale con una struttura ordinata permette un flusso di elettroni più uniforme, favorendo la formazione di correnti parassite più intense e quindi una maggiore forza di frenata.
Nei materiali altamente conduttivi, le correnti indotte si distribuiscono in modo uniforme e riescono a contrastare efficacemente il movimento del magnete. Tuttavia, in presenza di impurità o di una struttura disordinata, gli elettroni incontrano ostacoli che riducono l’efficienza della formazione di tali correnti, diminuendo la forza di rallentamento esercitata sul magnete.
#2. Lenz e l’interazione con i conduttori
La Legge di Lenz, che deriva dalle equazioni di Maxwell, afferma che la direzione delle correnti indotte è sempre tale da opporsi alla causa che le ha generate. Nel caso di un magnete in movimento sopra una superficie conduttiva, questo significa che le correnti parassite generano un campo magnetico opposto a quello del magnete in movimento, creando una forza di frenata che rallenta il suo moto.
Tuttavia, non tutti i conduttori offrono la stessa resistenza al passaggio di tali correnti. La conducibilità elettrica, la struttura cristallina del metallo e la presenza di impurità influenzano l’intensità delle correnti indotte. Più un materiale è puro e privo di discontinuità, maggiore sarà la sua capacità di generare forti correnti parassite e, di conseguenza, una maggiore forza di frenata. Questo è il motivo per cui rame, argento e oro puro sono tra i migliori conduttori di tali fenomeni.
La frequenza del campo magnetico indotto gioca anch’essa un ruolo essenziale. Un materiale con alta conducibilità può supportare correnti parassite di maggiore intensità, che a loro volta generano un campo magnetico più forte, rafforzando la forza di frenata. Se il conduttore presenta una resistenza elettrica maggiore a causa di impurità o di una composizione eterogenea, le correnti parassite si disperdono e il fenomeno di frenata viene attenuato.
#3. L’oro puro e il comportamento magnetico
L’oro puro (24K) è uno dei migliori conduttori elettrici, con una resistività molto bassa. Se un magnete scivolasse su una superficie di oro puro, si genererebbero forti correnti parassite in grado di rallentarlo significativamente, come accade con il rame e l’argento.
L’oro, essendo un metallo nobile, non si ossida facilmente, mantenendo costante la sua conducibilità nel tempo. Questo lo rende un materiale ideale per applicazioni che richiedono un’alta stabilità elettrica. Tuttavia, la sua elevata malleabilità ne limita l’uso in forma pura per applicazioni meccaniche o strutturali.
Un altro aspetto importante è la bassa resistenza interna dell’oro puro. Questo significa che le correnti parassite possono fluire senza ostacoli significativi, generando un campo magnetico secondario forte che si oppone al movimento del magnete e ne provoca il rallentamento.
Se però l’oro viene miscelato con altri metalli per formare una lega, le sue proprietà elettriche cambiano drasticamente. Le impurità introdotte alterano la struttura del reticolo cristallino, riducendo la mobilità degli elettroni e aumentando la resistenza elettrica complessiva. Questo porta a una minore efficienza nella generazione di correnti parassite, riducendo quindi l’effetto di frenata che si avrebbe con oro puro.
#4. Le leghe e la riduzione della frenata
Un caso interessante riguarda la lega oro-rame. Entrambi i metalli, presi singolarmente, sono eccellenti conduttori elettrici e permettono la formazione di correnti parassite intense. Tuttavia, quando vengono combinati per formare una lega, la conducibilità elettrica complessiva diminuisce, influenzando l’efficacia delle correnti parassite.
Il motivo principale è la disomogeneità della struttura cristallina. Gli atomi di rame e oro hanno dimensioni leggermente diverse e, quando sono miscelati, creano una matrice meno ordinata rispetto ai metalli puri. Questa discontinuità causa una maggiore dispersione degli elettroni liberi, riducendo la formazione di correnti parassite forti e continue.
Inoltre, le leghe non presentano la stessa mobilità elettronica dei metalli puri. L’oro puro permette agli elettroni di fluire liberamente, favorendo la formazione di correnti parassite intense e quindi una maggiore forza di frenata sul magnete. Tuttavia, nelle leghe oro-rame, il cammino degli elettroni viene interrotto da variazioni strutturali interne, riducendo l’effetto complessivo del campo magnetico indotto.
Questo spiega perché un magnete non subisce un rallentamento significativo quando scivola su una lega d’oro, anche se questa contiene un’alta percentuale di rame. Più la lega è composta da metalli con caratteristiche elettriche differenti, maggiore sarà la dispersione degli elettroni e minore sarà la capacità del materiale di generare forti correnti parassite.
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