93. Permeabilità magnetica. Isteresi. — Le linee di forza d’un campo partono ciascuna da un punto carico di magnetismo nord e, dopo un certo decorso, vanno a finire in un punto carico di magnetismo sud. Esse formano un fascio di rette parallele in un campo uniforme, mentre negli altri casi si addensano ove il campo è più intenso. Il loro andamento può esser rivelato, nei casi in cui la previsione col calcolo non è agevole, per mezzo del telaietto e della limatura di ferro, che ci servirono per la produzione degli spettri magnetici. Or se s’introduce in un campo uniforme un pezzo di ferro, e si esplora, dopo, l’andamento delle linee di forza, si trova che nelle vicinanze del ferro il campo non è più uniforme (fig. 115), ma le linee di forza manifestano una specie di tendenza a condensarsi nel ferro introdotto. Nel posto ove le linee di forza penetrano nel metallo si crea, per induzione, un polo sud; mentre si forma un polo nord ove le linee tornano ad uscire. È chiaro adunque che nelle vicinanze immediate della faccia d’entrata il campo sarà più intenso poichè le linee diventan più fitte; e perciò per ogni centimetro quadrato orientato normalmente alle linee ne penetrerà un numero maggiore che non quando il ferro non esisteva.

Si esprime questo fatto, che è una conseguenza del fenomeno dell’induzione magnetica, dicendo che il ferro ha una permeabilità per le linee di forza maggiore di quella dell’aria, come se le linee medesime perforassero con una certa difficoltà l’aria e preferissero seguire parte del loro cammino nel ferro, ove quell’ostacolo è minore, malgrado il loro totale decorso geometrico diventi così più lungo di prima.

Dando al corpo la forma di una sbarra cilindrica molto allungata, con l’asse nel senso del campo, il rapporto tra il numero di linee di forza che penetra nel cilindro per una base, induzione magnetica, e quello che traverserebbe la stessa area senza il ferro, si assume come misura della permeabilità magnetica del ferro. Ma la esperienza ha dimostrato che quel rapporto per campi debolissimi aumenta al crescere del campo, acquista poi un valore massimo, e al di là di un certo valore del campo torna a diminuire, fino a che nei campi straordinariamente intensi la perturbazione prodotta dal ferro nelle linee di forza diviene poco sensibile; così in alcuni campioni di ferro quel tale rapporto, cioè la permeabilità, che per un campo di 1,66 unità ha il valore 5480, decresce fino a circa 2 in un campo di 20.000 unità.

A questo fenomeno ne fa riscontro un altro, connesso col primo, e detto saturazione magnetica. Il magnetismo sviluppato per induzione sulla base del cilindro cresce, nei campi deboli, rapidamente con l’aumentare l’intensità del campo; ma a un certo punto l’accrescimento si fa sempre più piccolo, come se la sbarra si avvicinasse a un valore massimo, non ulteriormente superabile di magnetizzazione.

Nella curva OA della fig. 116 sono riportate le induzioni (ordinate) acquistate da una sbarra di ferro in campi (ascisse) di intensità crescente; si riconosce subito che a un certo punto gli accrescimenti della induzione diventano poco sensibili, anche quando il campo aumenta molto d’intensità.

Se poi, raggiunto un certo valore del campo, si fa decrescere questo lentamente e si misurano le corrispondenti induzioni, ci si rivelerà un nuovo fenomeno detto isteresi magnetica; i nuovi valori sono alquanto più alti di quelli ottenuti con le stesse intensità del campo durante la salita; e anche quando il campo si sarà annullato, all’ascissa 0 corrisponderà ancora una induzione rilevante (circa 10000) che sarà rapidamente annullata solo applicando un campo di direzione opposta a quella del primo, e rappresentato perciò sul diagramma con ascisse negative (—2).

Continuando ad aumentare il valore del campo, in senso opposto al primo, si raggiunge il vertice B del diagramma; e se poi si torna a far diminuire il campo, fino a zero, resta un’induzione eguale ed opposta a quella avuta nel primo caso.

Con una serie di valori del campo che si succedano regolarmente tra due limiti eguali, positivo e negativo (+17 e —17 nella figura), si ottengono i due rami del diagramma AB, di cui il più alto corrisponde alla serie +17, 0, —17 dei valori del campo.

Si noti però che col ferro dolce il campo opposto capace di smagnetizzare la sbarra (2 nel caso della figura) è fornito più che sufficientemente dal suo stesso magnetismo residuo, dopo la soppressione del campo esterno. È perciò che un pezzo di ferro dolce si smagnetizza completamente al cessare del campo esterno. Invece con l’acciaio il campo proprio del magnetismo residuo non basta più a provocare la smagnetizzazione, ed è perciò che si possono costruire solo in acciaio i magneti permanenti. Si noti ancora che l’acciaio raggiunge valori più bassi della magnetizzazione che non il ferro; e che per esso l’area compresa tra i due rami della curva, detta area d’isteresi, è maggiore. E siccome si dimostra che nella magnetizzazione e smagnetizzazione si perde dell’energia, che si converte in calore entro la sostanza, in proporzione dell’area medesima, e poichè questa perdita d’energia è grandemente nociva in tutti i casi in cui il materiale magnetico è sottoposto a campi d’intensità rapidamente variabile, come ha luogo in molti apparecchi di elettricità industriale, l’adozione del ferro dolce in simili casi s’impone.