
In fisica il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre il ferro nonché trasmettere tale capacità ad altri materiali.
Per estensione semantica, il magnetismo è anche la branca della fisica concernente il suddetto fenomeno. In particolare per fenomeni stazionari, ovvero non variabili nel tempo, si parla più specificatamente di magnetostatica (che presenta alcune analogie formali con l'elettrostatica allorché si sostituiscano alle distribuzioni di carica elettrica le densità di corrente elettrica).
Per fenomeni dipendenti dal tempo invece i campi elettrici e magnetici si influenzano a vicenda ed è necessario ricorrere ad una descrizione unificata dei due campi ottenuta nel 1864 dallo scienziato britannico James Clerk Maxwell all'interno della teoria dell'elettromagnetismo classico ovvero l'elettrodinamica classica.
L'esistenza di un magnetismo naturale era noto già agli antichi greci (V - VI secolo a.C.), ma probabilmente ancora precedentemente era stato scoperto nell'antica Cina dove, si dice, fosse in uso un rudimentale prototipo di bussola magnetica.
Pare che Archimede (287-212 a.C.) abbia cercato di magnetizzare le spade dell'esercito siracusano al fine di disarmare più facilmente i nemici.
Cristian Cardone attribuisce l'etimologia del termine "magnete" ad un pastore cretese di nome "Magnes", il quale scoprì casualmente le proprietà della magnetite appoggiandovi sopra il suo bastone con la punta in ferro.
Quello che è certo, comunque, è che gli antichi avevano scoperto la capacità di alcuni minerali (ad esempio la magnetite) di attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi. Allo stesso modo, Tito Lucrezio Caro (99 a.C. - 55 a.C.) nel "De rerum natura" racconta un curioso esperimento elettromagnetico osservato a Samotracia (VI,or 1042 - 1048):
«Avviene anche, talora, che da questa pietra s'allontani la natura del ferro, solita a fuggirla e seguirla a vicenda. Ho visto anche sobbalzare anelli ferrei di Samotracia, e limatura di ferra infuriare entro bronzei bacili, sotto cui fosse stato posto il magnete: tanto il ferro si mostra impaziente di fuggir dalla pietra. Per il frapporsi del bronzo si crea tanta discordia […].»
Questa capacità di esercitare una forza a distanza ha dato fin dagli albori un particolare significato nei secoli al magnetismo. Tuttora nel XXI secolo si sente ancora talvolta parlare di "forze magnetiche" lasciando sottintendere un significato arcano e misterioso.
Il più importante studio medievale sull'argomento è certamente la "epistola de magnete" di Pietro Peregrino di Maricourt (del 1296), che tra l'altro introduce il concetto e la terminologia dei due poli (Nord e Sud) della calamita, spiega come determinarne con precisione la posizione, ne descrive le interazioni reciproche, attrattive e repulsive, e propone l'esperimento della calamita spezzata.
Nel 1600 apparve il "De magnete" di William Gilbert, che rimase a lungo il testo di riferimento sul tema del magnetismo.
I primi studi quantitativi sui fenomeni magnetostatici si possono far risalire alla fine del Settecento - inizio dell'Ottocento ad opera dei francesi Biot e Savart e, successivamente, di Ampère sempre in Francia.
Analogamente al caso elettrostatico anche nel magnetismo si individuano due sorgenti di campo di natura opposta che vengono convenzionalmente definiti poli. Come due cariche opposte si attraggono e due cariche simili si respingono lo stesso è per i poli magnetici.
Usando come magnete di riferimento la Terra si parlerà allora di polo nord e sud, in particolare il polo nord geografico corrisponde grossomodo al polo sud magnetico e viceversa.
Una proprietà interessante dei magneti naturali è che essi presentano sempre sia un polo nord che un polo sud. Se si divide in due parti un magnete, tentando di "separarne" i due poli, si ottengono due magneti del tutto simili (ciascuno con una coppia di poli opposti).
Poiché il processo può concettualmente proseguire all'infinito è ipotizzabile che il magnetismo naturale abbia origine nelle proprietà atomiche della materia. Considerando infatti ogni elettrone orbitale come una microscopica spira percorsa da corrente e tenendo anche conto del momento di spin si può intuire che collettivamente questi possano contribuire, in un mezzo materiale, a presentare un campo magnetico macroscopicamente osservabile.
In realtà occorre tenere conto del fatto che i moti di agitazione termica tendono, in generale, a disporre casualmente tutti questi microscopici dipoli magnetici, così che normalmente l'effetto magnetico complessivo è nullo. Solo in taluni minerali, i magneti naturali, i micromagnetini si "autodispongono" secondo direzioni comuni formando su scala macroscopica le cosiddette regioni o domini di Weiss con dipoli tutti orientati nella stessa direzione.
Nel Sistema Internazionale l'unità di misura del campo induzione magnetica B è il tesla (simbolo T), mentre per il campo magnetico H si usa l'ampere/metro (A/m). È invalso l'uso anche del sistema cgs in cui l'intensità del campo magnetico si misura in oersted ed il campo densità di flusso magnetico si misura in gauss.
I monopoli magnetici liberi, a tutt'oggi, non sono mai stati osservati sperimentalmente, sebbene previsti teoricamente negli anni '30 da Dirac e Majorana. Ciò conferisce una particolare proprietà alle linee di forza del campo magnetico: esse sono sempre chiuse e il flusso del campo attraverso qualsiasi superficie chiusa è nullo. Si può dimostrare che da ciò discende che il campo magnetico ha il medesimo flusso attraverso tutte le superfici che si "appoggiano" alla medesima curva chiusa. Un campo vettoriale con questa interessante proprietà è detto anche solenoidale.
Nel settembre 2009 tuttavia, è stato isolato in una struttura molecolare cristallina, un quasi-monopolo magnetico.
Particolarmente rilevante è l'esistenza di un magnetismo terrestre. Il nostro pianeta presenta infatti un debole magnetismo (circa 0,5 gauss) con distribuzione del campo grosso modo equivalente a quella generata da un dipolo magnetico disposto lungo la direttrice Polo Nord - Polo Sud lentamente variabile nel tempo. Il Polo Nord magnetico è spostato di circa 1.000 km da quello geografico e si trova attualmente in territorio canadese.
La definizione di poli nord e sud è legata alla proprietà di un ago magnetico libero di ruotare senza attriti attorno al suo baricentro di disporsi lungo le linee del suddetto campo di forze. Pertanto definendo il polo magnetico tipo "nord" quello dell'ago della bussola che si rivolge a Nord ne segue che il polo Nord terrestre è in realtà un polo Sud magnetico e viceversa.


In elettrotecnica, la capacità elettrica è una grandezza fisica scalare che quantifica l'attitudine di un corpo conduttore ad accumulare carica elettrica qualora sia dotato di un potenziale elettrico rispetto all'ambiente o sia soggetto di una differenza di potenziale elettrico rispetto ad altri corpi conduttori. Il corpo conduttore deve essere elettricamente isolato rispetto all'ambiente od agli altri corpi conduttori, affinché sia possibile mantenere costante il potenziale.
La capacità di un corpo conduttore non dipende dalla sostanza da cui è costituito ma solo dalle sue caratteristiche geometriche, come forma e dimensioni, e dalla sua posizione rispetto ad altri conduttori, soprattutto rispetto a conduttori vicini messi a terra. Ad esempio, la capacità di un conduttore diviene grandissima quanto più se ne avvicini la superficie a quella parallela di un altro corpo conduttore collegato a terra. Questa configurazione definisce il condensatore elettrico. Se invece il corpo conduttore è isolato e, ad esempio, ha forma sferica, la capacità è proporzionale al raggio.
Un dispositivo elettrico dotato di capacità è detto "capacitivo". Un dispositivo puramente capacitivo è il condensatore, che riveste grande importanza in elettronica ed elettrotecnica, e rappresenta un elemento circuitale di base.
In elettrostatica, un corpo conduttore carico immerso in un ambiente privo di altre cariche e altri corpi assume un potenziale elettrico determinato dalla sua distribuzione di carica, secondo l'equazione di Poisson. Non essendovi altri corpi, il riferimento del potenziale è posto all'infinito, che si assume abbia potenziale nullo.
Il potenziale elettrico del corpo è uniforme al suo interno e sulla superficie; in tal modo il campo elettrico nel corpo è nullo e non vi è movimento di cariche dentro e sul bordo del conduttore, che sarebbe in contrasto con l'ipotesi elettrostatica. Pertanto, il potenziale del corpo è pari ad un unico valore "V". Inoltre, la carica elettrica "Q" nel corpo conduttore si distribuisce solo sulla superficie, infatti una carica all'interno del conduttore determinerebbe un campo elettrico nello stesso, ed il suo valore è proporzionale al potenziale del corpo e ciò è dovuto alla linearità dell'equazione di Poisson rispetto alla distribuzione di carica.
La capacità elettrica "C" di un conduttore isolato, cioè posto a sufficiente distanza da altri conduttori, è definita come il rapporto tra la carica elettrica "q" e il suo potenziale elettrico "V":
Tale rapporto, sempre positivo, dipende dalla forma e dalle dimensioni geometriche del corpo considerato, oltre che dalla permittività elettrica dell'ambiente nel quale è immerso. La grandezza inversa è detta elastanza elettrica ed è definita come:
formula_2
In presenza di due corpi conduttori isolati tra loro che abbiano carica elettrica uguale in modulo ma di segno opposto (formula_3), le linee del campo elettrico collegano le superfici dei due corpi, determinando una differenza di potenziale tra di essi formula_4 (in questo caso il potenziale è calcolato rispetto ad un riferimento di massa), proporzionale alla carica. Pertanto la capacità si definisce come:
Anche in questo caso la capacità è sempre positiva.
In presenza di più corpi conduttori isolati tra loro, la carica che ognuno di essi assume è linearmente dipendente dai potenziali di tutti i conduttori rispetto ad un riferimento di massa. Si può scrivere pertanto:
dove formula_7 è detta "mutua capacità" tra il conduttore "i" e il conduttore "j", mentre formula_8 è detta "autocapacità". Si dimostra che le mutue capacità sono simmetriche formula_9 e che sono negative, mentre le autocapacità sono positive: formula_10.
L'unità di misura della capacità elettrica nel Sistema internazionale di unità di misura è il farad, corrispondente alla capacità assunta da un conduttore di forma tale da assumere, con la carica di un Coulomb, il potenziale di un Volt, mentre l'elastanza elettrica si misura in F.
In realtà il farad è un'unità di misura di enorme grandezza: la capacità di 1 F è quella di una sfera conduttrice dal raggio pari a 9x10 m. Per questo motivo, le unità usate nella pratica sono i suoi sottomultipli, come il microfarad ("μF"), corrispondente a un milionesimo di Farad.
Nella pratica, per ottenere una carica netta uguale ed opposta su una coppia di conduttori isolati inizialmente neutri, si collegano galvanicamente tra loro e si avvicinano ad un corpo elettricamente carico; questo crea una separazione di cariche sulla superficie dei conduttori per induzione elettrostatica. Eliminando poi la connessione galvanica, si ottengono due conduttori con cariche uguali ed opposte (dato che il sistema dei due conduttori è rimasto complessivamente neutro). In alternativa, si possono collegare i due conduttori tramite una batteria, che impone una differenza di potenziale fissa tra di essi; questo provoca un movimento di cariche tra i corpi finché non si raggiunge una separazione di carica proporzionale alla tensione della batteria.
Sebbene la capacità sia definita in elettrostatica, anche in presenza di campi variabili lentamente (come la tensione alternata ad una frequenza di 50 Hz) il concetto di capacità rimane valido (dato che il tempo di riconfigurazione delle cariche è molto più rapido rispetto alla variazione del campo). Un condensatore ideale collegato in un circuito a tensione alternata permette il passaggio di corrente ai suoi capi, perché sebbene i due conduttori (solitamente piastre metalliche) siano isolati tra loro, vi è un continuo processo di carica e scarica degli stessi che crea una corrente alternata. Dato che tutti gli oggetti metallici sono dotati di capacità (rispetto ad altri conduttori ed alla terra), questo processo avviene in tutti componenti di una rete elettrica in c.a..
La capacità di un corpo che si comporta da condensatore dipende dalla forma e dalle dimensioni dei suoi elementi, e dalla permittività del dielettrico che li separa.
Per alcuni tipi di condensatore è possibile determinare la capacità in modo esatto.
La tabella seguente illustra alcuni esempi.
! Tipo di condensatore
! Capacità
! width="200" | Schema
dove formula_16 è l'induzione elettrica ed formula_17 è quello del campo elettrico.
In un mezzo lineare come il vuoto si semplifica e si ottiene:
Il significato fisico di capacità è stato utilizzato, in matematica, per dar vita a un concetto analogo nella teoria del potenziale, quello di capacità di un insieme, introdotto da Gustave Choquet nel 1950.
