Ago magnetico

Descrizione

Un ago magnetico è una sottile barretta di acciaio magnetizzata, di solito a forma di rombo molto allungato, che viene sospesa per il baricentro, solitamente con un rubino che poggia su uno spillo, in modo da poter ruotare liberamente sul piano orizzontale e orientarsi, oscillando, nel verso della componente orizzontale del campo magnetico terrestre. Un'estremità, perciò, indicherà il polo nord magnetico, l'altra il polo sud magnetico. Esso è anche un componente fondamentale della bussola.
Se invece viene vincolato, con opportuna modifica, lungo l'asse verticale e lontano da qualsiasi altro campo magnetico, esso rimarrà soggetto al solo campo magnetico terrestre e, dopo lente oscillazioni, finirà col posizionarsi parallelamente alla componente verticale del campo magnetico terrestre.

Antichi aghi magnetici. Immagine daMuseo Virtuale Istituto Montani.

Forze su ago magnetico. Immagine da Museo Virtuale Istituto Montani.

Declinometro e Inclinometro. Immagine da Museo Virtuale Istituto Montani.

Una versione più sofisticata dello strumento, in questo caso denominato declinometro e inclinometro, permette all'ago di misurare declinazione e inclinazione. La declinazione è l’angolo formato dal meridiano magnetico, indicato dalla posizione dell’ago che può oscillare sul piano orizzontale, col meridiano geografico. L’inclinazione è l’angolo formato dalla posizione dell’ago, che può oscillare sul piano verticale, rispetto al piano orizzontale.

Magnetismo: cenni di storia e di geofisica

Antichi aghi magnetici. Immagine da Museo Virtuale Istituto Montani.

La magnetite e l'ambra si trovano ai primordi della storia del magnetismo e dell'elettricità. Il Timeo di Platone parla di “pietra eraclea” descrivendo le proprietà magnetiche della pietra di magnesia, detta oggi magnetite ($Fe_3$ $O_4$). Questa era nota nell’antica Cina, i primi riferimenti molto incerti fanno risalire il suo impiego come bussola per scopi magici fin dall’83 d.C. (Lun Hêng di Wang Chung). Sempre in Cina all’epoca Sung (960-1279) fu realizzata una bussola magnetica di cui esiste una descrizione dettagliata nel Wu Ching Tsung Yao di Tsêng Kung-Liang, un libro del 1084. Un pezzetto di ferro magnetizzato, inserito in un pesciolino di legno, era posto a galleggiare in una vaschetta colma d’acqua ad indicare il Sud.
La tradizione vuole che furono gli occidentali ad usare la calamita come bussola per la navigazione, verso la fine del XII secolo. Secondo alcuni autori fu A. Necham nel 1180 a parlare dell’impiego degli aghi magnetici per l’orientamento. R. Norman, nato forse nel 1550, scoprì che l’ago magnetico, oltre ad orientarsi verso il nord, si inclinava rispetto al piano orizzontale. Per studiare questo comportamento progettò una bussola di inclinazione e pubblicò le sue osservazioni nel The Newe Attractive ^[1] nel 1581 a Londra.
Uno studio del magnetismo terrestre, con un carattere di scientificità in senso moderno, è iniziato con la pubblicazione del De Magnete di W. Gilbert (1544-1603) avvenuta nel 1600. Egli costruì una terrella, cioè una sfera di magnetite naturale, e mostrò che un piccolo ago magnetico, posto in diversi punti della sua superficie, si comporta allo stesso modo dell’ago della bussola in vari luoghi della Terra.

La teoria moderna attualmente più accreditata si basa sui moti del nucleo fluido della Terra, ma le nostre conoscenze sul meccanismo che genera il campo sono ancora vaghe. Fin dal secolo XVII sono state disegnate elaborate mappe dell’intensità e della direzione del campo magnetico riguardanti tutta la superficie della Terra. In tempi più recenti, dall’esame delle rocce della crosta terrestre si sono ottenute informazioni che permettono di registrarne l’evoluzione nelle ere geologiche. Si sa quindi che il campo ha invertito la propria direzione all’incirca ogni milione di anni.
Gli aghi magnetici qui presentati sono costituiti di acciaio magnetizzato e, se posti lontani da campi magnetici artificiali o da oggetto ferromagnetici, si dispongono lungo il meridiano magnetico, che differisce da quello geografico; pertanto la parte che punta verso il Nord viene chiamata polo nord della calamita, mentre l'altra è il polo sud. Attualmente tra il Polo Nord geografico e quello magnetico c'è una distanza di 1900 km.

L'uso degli aghi magnetici ha permesso le prime scoperte sul magnetismo generato dalle correnti elettriche ad opera di H. C. Ørsted nel 1820 che, secondo alcuni storici, fu preceduto dall'italiano G. D. Romagnosi fin dal 1802. Seguirono poi molti altri: Biot e Savart, Ampere ecc. Inoltre gli aghi magnetici hanno costituito i primi equipaggi mobili dei galvanometri e delle bussole dei seni e delle tangenti.

Nota [1] The Newe Attractive è il titolo originale del testo di R. Norman [F.P.].