Nozioni introduttive sul magnetismo ed esperimenti magnetici

Inceneritori e centrali elettriche

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Emissioni di lavorazioni meccaniche

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Riscaldamento domestico

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Mentre per quanto riguarda i fattori naturali che contribuiscono alla presenza di tali particelle in aria si possono menzionare:

Eruzioni vulcaniche

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Pollini e spore

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Polvere e terra alzate dal vento

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Allo scopo di mantenere sotto controllo il livello di particolato, che non deve superare il limite massimo giornaliero di 50 µg/m³, nelle città sono state disposte centraline per la misurazione della concentrazione delle polveri sottili, solitamente effettuata con stazioni automatiche di monitoraggio dell’aria; per esempio, le ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale) regionali forniscono la valutazione e la previsione della qualità dell’aria, attraverso una rete regionale di centraline di rilevamento fisse e mobili e mediante l’uso di modelli di simulazione di dispersione degli inquinanti; per la regione Lazio, questi dati sono consultabili sul sito http://www.arpalazio.gov.it/ambiente/aria/.

In questo studio, per caratterizzare il PM, si è scelto di analizzare le proprietà magnetiche delle foglie, interpretandole in qualità di recettori e collettori naturali delle polveri atmosferiche. Il monitoraggio su foglie, licheni, cortecce e altri mezzi biologici prende il nome di biomonitoraggio, perché viene effettuato su materiale biologico anziché su filtri, offrendo la possibilità di studiare l’inquinamento direttamente sui sistemi naturali, anziché su mezzi artificiali.

1.2 Nozioni introduttive sul magnetismo ed esperimenti magnetici

Durante la prima visita presso l’INGV, è stato mostrato a ogni gruppo di studenti il laboratorio di paleomagnetismo, dove sono presenti diverse strumentazioni scientifiche, che vengono solitamente usate per analizzare le proprietà magnetiche delle rocce.

La stanza principale del laboratorio di paleomagnetismo è schermata dal campo magnetico terrestre; in questa sala, l’ago di una bussola non riuscirebbe ad orientarsi secondo il nord geografico.

Il laboratorio ospita due magnetometri (strumenti per misurare la magnetizzazione rimanente dei corpi) criogenici, che funzionano grazie alla presenza di elio mantenuto liquido a temperature prossime allo zero assoluto, ossia a circa ­269° C.

Nella sala accanto sono presenti le strumentazioni che sono state utilizzate per questi studi: una bilancia ad alta precisione (sensibilità di frazioni di mg) e un misuratore di suscettività magnetica (Fig. 1), lo strumento maggiormente utilizzato durante il percorso formativo degli studenti.

Per spiegare i principi basilari del magnetismo, è stato proposto un percorso illustrativo degli exhibit di magnetismo, che fanno parte della dotazione museale dell’INGV; è stato così possibile spiegare con metodi pratici cos’è un campo magnetico, come si magnetizzano i corpi, nonché le caratteristiche e l’origine del campo magnetico terrestre.

Si è parlato di tre fondamentali campi di forze, quello di gravità terrestre, per cui il pianeta esercita un’attrazione sui corpi che si manifesta attraverso il loro peso, il campo elettrico e il campo magnetico; in particolare si è visto che, a differenza di quello che accade per le cariche elettriche positive e negative, nel magnetismo non è possibile separare un polo nord magnetico dal suo corrispettivo sud.

Se, ad esempio, si spezza un magnete in due parti, non si otterranno mai due singole polarità magnetiche, ma due magneti, con due poli cadauno (Fig. 2).

Si è potuto inoltre vedere come le calamite si respingano avvicinandole dalla medesima polarità (Fig. 3), ed è stato spiegato il concetto di campo di forze agenti in una determinata regione dello spazio.

MISCELLANEA ING V

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Figura 1 Il misuratore di suscettività magnetica impiegato in questo studio.

Figura 2 Spezzando una calamita, si ottengono due calamite, e non due monopòli magnetici.

Figura 3 Exhibit dimostrativo della caduta di calamite rivolte dalla stessa polarità.

Sono stati poi effettuati degli esperimenti sulle linee di forza del campo magnetico, osservando come cambia la disposizione di polvere fine metallica quando le si avvicina un magnete, e il comportamento di un olio contenente particelle ultrafini di ferro (ferrofluido), che assume una curiosa forma a riccio quando viene avvicinata una calamita (Fig. 4).

Gli exhibit successivi sono serviti per offrire una panoramica sull’origine del campo magnetico terrestre; con un esperimento sulla temperatura di Curie (Fig. 5), si è capito che non è possibile avere rocce magnetizzate quando la temperatura supera circa 680° C, dimostrando che il campo magnetico terrestre non è dovuto a una calamita parallela all’asse terrestre, bensì, come si è potuto comprendere recentemente, alle correnti elettriche dovute al ferro allo stato liquido presente nel nucleo esterno terrestre.

Figura 5 L’esperimento di Curie; la calamita si stacca dal filo di ferro quando diventa rovente.

Figura 4 Il ferrofluido in presenza di una calamita.

Per introdurre gli studi sull’inquinamento con metodi magnetici, si è parlato del comportamento della materia quando viene sottoposta all’azione di un campo magnetico; tutti i materiali, in natura, ricadono in tre classi di magnetismo possibile.

Mezzi diamagnetici: si magnetizzano molto debolmente in verso opposto al campo

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magnetico che li sta investendo. Tutto ciò che è organico, a base di carbonio, è diamagnetico. Inoltre, l’acqua è diamagnetica, pertanto, ciò che è biologico, essendo sostanzialmente composto da materia organica e acqua, è diamagnetico.

Mezzi paramagnetici: si magnetizzano debolmente, temporaneamente e nello stesso verso

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del campo magnetico agente; tra gli elementi paramagnetici si citano l’alluminio, il sodio e il magnesio.

Mezzi ferromagnetici: quelli con cui si costruiscono, per esempio, le calamite, che si

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magnetizzano permanentemente e, talora molto intensamente, sotto l’azione di un campo magnetico. La caratteristica curva che descrive la magnetizzazione di un corpo ferromagnetico sotto l’azione di un campo magnetico variabile si chiama ciclo d’isteresi (Fig. 6). Dalla sua forma e da alcuni suoi punti caratteristici si evincono informazioni sul magnetismo di un materiale.