Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Effetto Barnett

Non riesco a trovare materiale su questo argomento, in particolare mi interessa capire se invertendo il verso di rotazione si inverte anche il verso del campo magnetico?
 
MF

 
 
 
Che senso avrebbe quello specchietto (così mi pare che sia, e che altro sennò?) incollato al corpo sospeso, se ruotasse uniformemente e continuamente, come si dice avvenire nell'altro esperimento?
 
Evidentemente si tratta qui (e così dovrebbe essere anche per Barnett, se è vero che c'è quella simmetria) di un piccolo "impulso" iniziale (che sarà anche finale, con inversione dei poli per Barnett e della rotazione per E. de H.)
 
Luciano Buggio 

 se invertendo il verso di rotazione si inverte anche il verso del campo magnetico?
 
Dopo quanto ho letto su fisf rinuncio ovviamente a rispondere all'O.P., ma ho a mia 
volta qualche commento e qualche domanda da fare sul tema.
 
Poiche' l'effetto Barnett si spiega con la MQ (accoppiamento spin-orbita ecc.),
mi sono chiesto quali motivazioni avessero indotto S.J.Barnett ad occuparsi della 
magnetizzazione per rotazione molti anni prima della scoperta dello spin. 
A questa domanda ho trovato una risposta dovuta ad S.J.Barnett medesimo:
"The fundamental idea on which these experiments are based occurred to me in 1909
 (Science,30,413,1909), while thinking on solar and terrestrial magnetism."
Dunque Barnett stava cercando una relazione tra i moti di rotazione dedli astri
ed i loro campi magnetici!
 
Ho poi cercato notizie sulla strumentazione usata da Barnett per scoprire un effetto
che (a differenza di Falzone) ritengo essere di difficoltosa osservazione. 
Presumo cha la risposta si trovi negli articoli S.J.Barnett, Phys.Rew.,6,239,1915  e  
S.J.Barnett, Phys.Rew.,10,7,1917.
Purtroppo non ho accesso a tali pubblicazioni, qualcuno puo' farlo e darne qui una
sommaria descrizione?
 
-- 
    Elio Proietti
    Valgioie (TO)

 sommaria descrizione?
 
Avevo provato a fare una stima per una configurazione 
sperimentale di dimensioni 'umane' ma ovviamente anch'io non ho 
proseguito a ragionarci sopra. Una difficoltà mia è che l'EM è 
complesso anche per le tante unità di misura e forse ho 
dimenticato di moltiplicare per qualche volume (maledetta 
suscettività: ci va di mezzo pure il valore volumetrico, mai 
capito perché :D)
 
Ma se come mi pare i valori sono piccoli, nel 1915 esisteva il 
triodo da circa 6 anni: forse c'era stato il tempo di disporre 
di amplificatori. Quel periodo storico è straordinariamente 
interessante perché è in un certo senso è offuscato dalla 
altrettanto straordinaria accelerazione tecnologica della 
seguente II guerra mondiale e almeno a me è poco noto se non 
dalle solite cose che si leggono nei testi di storia della 
scienza. Quindi saperne di più su questa misura e in generale 
cosa si facesse a quell'epoca, potrebbe rivelarsi almeno un po' 
sorprendente.

 Poiche' l'effetto Barnett si spiega con la MQ (accoppiamento spin-orbita ecc.), 
 
(cut)
 
 
L'effetto Barnett viene sempre messo in relazione all'effetto Einstein de Haas, questo perché, così almeno mi pare d'aver capito, nel primo la rotazione di un corpo ferromagnetico induce un campo magnetico, nel secondo un campo magnetico induce una rotazione di un corpo ferromagnetico.
Ma ci sono alcune cose che mi lasciano perplesso e non ho capito, e ti sarei grato se tu potessi essermi di aiuto.
Come risulta da questa immagine 
 
https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Einstein-de_Haas#/media/File:EinsteinHaas.svg
 
 
 
nel secondo caso (E. de H.) il campo magnetico è quello indotto da un solenoide, e sulla  piastrina ferromagnetica sospesa (così mi pare) è incollato uno specchietto.
 
Domande:
1) - L'effetto E. de.H. si  ha anche con un magnete permanente, o solo col solenoide con inserito un cilindro ferromagnetico?
 
 
2) - Come fa pensare quello specchietto (altrimenti non servirebbe), e la possibilità qui data di attivare il campo magnetico da un certo istante in  poi - cosa non possibile col magnete permanente - la rotazione della piastrina sospesa si ha per un piccolissimo angolo e per un brevissimo tempo  (quello dell'impulso iniziale con la chiusura del circuito elettrico per attivare il campo magnetico)?
 
3) - Anche nell'effetto Barnett (così si indurrebbe dalla dichiarata simmetria, se è vera la 2) il campo magnetico indotto dalla rotazione del corpo non magnetizzato si ha solo all'inizio della rotazione (o persiste per tutta la sua durata)?
 
4) -  Le linee di forza del campo magnetico  indotto con Barnett sono, dato l'asse di rotazione,  le stesse di un magnete permanente della  stessa forma (e sostanzialmente del solenoide con corpo ferromagnetico all'interno)?
 
Grazie per l'attenzione.
 
Luciano Buggio

 Domande: ..... (cut)
 
 
L'apparecchiatura usata da Einstein-DeHaas e' una comune bilancia di torsione (ovvero un
dinamometro molto sensibile), lo specchietto funge solo da leva ottica. 
Lasciamo perdere la teoria del fenomeno, lo spin non era ancora stato scoperto nel 1915.
Quando tramite il solenoide si applica un campo magnetico al cilindro ferromagnetico appeso,
si innesca un moto di rotazione (il cui verso dipende da quello del campo magnetico applicato, 
ossia dal verso della corrente nel solenoide).
Naturalmente la torsione crescente del filo rallenta la rotazione fino ad arrestarla: 
la leva ottica consente di misurare l'angolo di elongazione raggiunto con notevole precisione
(dato necessario per calcolare il momento angolare iniziale del moto).
 
Una simulazione dell'esperimento e' visibile qui (occorrono vari secondi per ottenere 
la risposta calcolata):
 
https://demonstrations.wolfram.com/EinsteinDeHaasEffect/
 
 
Una semplice ed interessante dimostrazione qualitativa  effettivamente eseguita in 
laboratorio e' inoltre visibile qui:
 
https://www.youtube.com/watch?v=qFkW0PHhXcY&t=18s
 
 
Applicando al solenoide una corrente alternata di opportuna frequenza si manda in risonanza
il dispositivo, si amplifica cioe' progressivamente l'oscillazione meccanica del rotore
con una sequenza sincrona di spinte (come avviene per un'altalena). 
La semplicissima apparecchiatura non consente misurazioni quantitative, ma conferma
vistosamente l'esistenza dell'effetto Einstein-DeHaas. 
 
L'effetto Barnett e'invece molto piu'difficile da sperimentare. 
Gli articoli originali che cercavo mi sono stati subito inviati da Franco, che ringrazio
nuovamente. A prima vista appare evidente che S.J.Barnett sia stato un fisico sperimentale 
abile e rigoroso, molto attento alle molteplici insidie (errori sistematici) insiti nella
sua delicata ricerca di laboratorio.


 dinamometro molto sensibile), lo specchietto funge solo da leva ottica. 
 
(cut)
 
 
Ti ringrazio, non avevo pensato alla torsione, avevo considerato il filo come se fosse ancorato ad un sistema con l'attrito ridotto al minimo (volvente o radente con ottima lubrificazione o galleggiamento su mercurio), che avrebbe consentito, stando le cose come tu dici, una rotazione continua ed uniforme finchè il solenoide è attivo, seppur più lenta.
 
Quindi non è l'avvio della corrente, che dà solo un impulso per la rotazione: la rotazione continuerebbe, essendo effetto del campo magnetico indotto dalla corrente nel solenoide.
 
Ma, mi chiedo (e ti chiedo), se è così non si dovrebbe verificare lo stesso fenomeno mettendo al posto del solenoide  che magnetizza un cilindro ferromagnetico  un magnete permanente?
 
Non credo che in queste condizioni  avvenga la rotazione, sarebbe cosa nota (a meno che l'effetto sia così esigua da non essere stato mai notato, perchè mai cercato)..
 
La differenza starebbe solo nel fatto che col solenoide si avrebbe un "impulso" iniziale, assente nel caso del magnete permanente, ma ora non capisco con quale dinamica ciò provocherebbe il persistere della rotazione.
 
Luciano Buggio

 Non credo che in queste condizioni  avvenga la rotazione, sarebbe cosa nota (a meno che l'effetto sia così esigua da non essere stato mai notato, perchè mai cercato)..
 
La probabilita` che ci sia un fenomeno che non e` mai stato osservato 
perche' mai cercato in quanto non avevano avuto la tua brillante 
intuizione... e` nulla :(
 
Per quanto riguarda l'effetto Barnett, basta guardare anche solo su 
wikipedia (in inglese), si vede che la magnetizzazione e` proporzionale 
alla velocita` di rotazione: finche' gira c'e` campo, che dipende dalla 
velocita` e dal verso della rotazione.
 
-- 
Wovon man nicht sprechen kann...
 
-- 
This email has been checked for viruses by AVG.
https://www.avg.com
 

 rotazione nel verso opposto.
 
..Che è quanto avevo previsto e scritto nel mio reply dell'8 scorso, di cui ricopio la conclusione.
 
--
 
...Evidentemente si tratta qui (e così dovrebbe essere anche per Barnett, se è vero che c'è quella simmetria) di un piccolo "impulso" iniziale (che sarà anche finale, con inversione dei poli per Barnett e della rotazione per E. de H.) 
-
 
Luciano Buggio

 ...Evidentemente si tratta qui (e così dovrebbe essere anche per Barnett, se è vero che c'è quella simmetria) di un piccolo "impulso" iniziale (che sarà anche finale, con inversione dei poli per Barnett e della rotazione per E. de H.)
 
E` sempre difficile capire che cosa dici.
 
Quando si toglie il campo magnetico il cilindretto si ferma, non gira al 
contrario a meno che non ci sia una molla, ad esempio il filo che 
sospende il campione.
 
Anche per l'effetto Barnett, quando si ferma il campione rotante il 
campo magnetico si azzera, non si inverte. Per invertire il campo 
magnetico bisogna invertire il verso di rotazione.


 
 
Scusa potresti riportare l'articolo di Barnett dove dice che invertendo il verso di rotazione si inverte il campo magnetico.
 
MF

 sua delicata ricerca di laboratorio.
 
Ho dato una prima occhiata all'abbondante materiale inviatomi da Franco.
L'articolo del 1915 (di ben 32 pagine) e' particolarmente interessante, poiche' 
costituisce l'atto di nascita dello studio sperimentale degli effetti giromagnetici. 
Barnett sperava di riuscire a spiegare l'origine del geomagnetismo, ma nelle conclusioni 
del suo articolo e' costretto ad ammettere che i conti non tornano. Cio' non sorprende, 
a tutt'oggi il geomagnetismo e' oggetto di molte teorie ma di poche certezze.
 
Ad ogni modo J.S.Barnett nel 1915 ci presenta un'interessante ricerca sperimentale
sui fenomeni giromagnetici, eseguita e discussa con esemplare professionalita'.
Di fatto Barnett misura quello che oggi chiameremmo il "gyromagnetic ratio g" di 
vari materiali ferromagnetici. I risultati sono di faticosa interpretazione, 
per le laboriose conversioni connesse alle obsolete unita' usate (gauss/r.p.s. ecc.), 
ma corrispondono a valori  g = 2.0-2.3
Ammesso che il giromagnetismo fosse da attribuire essenzialmente agli elettroni, 
secondo la semplice teoria classica del momento magnetico orbitale ci si sarebbe 
aspettati un valore g=1. Esponendo i suoi risultati Barnett si limita a prendere 
atto di tale apparente "anomalia". 
BTW all'epoca lo spin dell'elettrone non era ancora stato scoperto, la MQR e la QED 
attendevano in un limbo futuro. 
 
Il cosiddetto effetto inverso Einstein-deHaas viene scoperto poco dopo. 
Curiosamente Einstein (sperimentatore dilettante!) riesce a trovare un valore del
rapporto giromagnetico prossimo a quello previsto dalla teoria classica, forse per 
errore o forse tramite dolose forzature.
E nell'articolo del 1917 Barnett si sforza inopportunamente di seguirlo a ruota!
 
Certe cose non capitano solo su fisf!
Varrebbe proprio la pena di aprire un thread sul fenomeno psicologico noto come 
"expectation bias"    :-)


 magnetico bisogna invertire il verso di rotazione.
 
Qui invece ricordo il percorso che ho fatto.
Dimmi dove sbaglio: comincio dal primo passo.
 
Per chiarezza immagina un disco ferromagnetico piatto (come quello di Faraday nell'omopolare).
 
 
 
 
Quando lo poni in rotazione avviene una deriva degli elettroni liberi, che vanno ad addensarsi alla periferia del disco, inducendo -  per il tempo impiegato ad arrivarci (se la velocità è dell'ordine di quella nella corrente in un filo con differenza di potenziale ai capi, si tratta di qualche secondo, visto il raggio del disco) - un campo magnetico che nel riferimento della rotazione (in quello del laboratorio è una spirale) è in ogni punto ortogonale alla congiungente col centro del disco, su un piano parallelo alla faccia del disco stesso, ed il verso che dipende da quello della rotazione.
 
Va bene fin qui?
 
Luciano Buggio

 Va bene fin qui?
 
Direi che non vada bene.
 
Sembra che stia pensando alla forza centrifuga, che non e` quella che 
agisce nell'effetto Barnett. E` vero che gli elettroni risentono della 
forza centrifuga, ma anche del campo elettrico dei protoni che non vanno 
a spasso.
 
Un problema del genere e` gia` venuto in mente ad altri? Si`, a partire 
da Maxwell, che cercava gli effetti inerziali dei portatori (ai quali 
non credeva) a tanti altri.
 
Nichols 1906 ha studiato e sperimentato l'effetto centrifugo sugli 
elettroni, senza riuscire a fare misure risolutive. Cercava una 
differenza di potenziale fra centro e borde del disco, ovviamente senza 
nessun campo magnetico, ma la tensione che avrebbe dovuto misurare con 
un contatto strisciante dovuta agli elettrono che si spostano verso la 
periferia era decisamente minuscola.
 
Ad esempio per un disco di 10cm di diametro che ruota a 3000 giri al 
minuto, la tensione dovuta alla forza centrifuga risulta minore di 1 nV 
:( (se non ho sbagliato i conti)
 
C'e` un altro effetto che genera un campo magnetico quando si accelera 
angolarmente un conduttore, dovuto al fatto che gli elettroni rispondono 
in ritardo alle accelerazioni e quindi si forma una differenza di 
corrente fra le cariche positive e quelle negative. Questa differenza di 
corrente da` un campo magnetico misurabile, ma non ricordo chi l'ha 
misurato.
 
 
Altro punto che non va e` che gli elettroni non si muovono a qualche 
millimetro al secondo, lo farebbero se ci fosse una campo elettrico come 
in un conduttore, qui la situazione e` diversa.


 (se non ho sbagliato i conti)
...
 
Confermo.
Se i portatori di carica sono elettroni, all'equilibrio si crea
una d.d.p. DV tra centro e bordo (che è a potenziale minore del centro)
del disco tale che la variazione dell'energia potenziale elettrostatica
di un elettrone è opposta a quella della sua energia centrifuga,
siano con ovvia notazione
 
r = 0.050 m
w = 100 Pi rad/s
m = 9.11*10^-31 kg
e = 1.6*10^-19 C,
 
da cui
 
e DV = 1/2 m w^2 r^2  =>
 
DV = m w^2 r^2 / (2e) = 0.70 nV.
 
Ciao
 
-- 
Giorgio Bibbiani
(mail non letta)

 in un conduttore, qui la situazione e` diversa.
 
Vanno più veloci o più lenti?
 
Ciao e grazie.
 
Luciano Buggio

 "expectation bias"    :-)
 
 
La psicologia ci insegna che il cosiddetto "Expectation (or confirmation) bias" e'
un comunissimo errore cognitivo, dal quale gli scienziati non sono affatto immuni.
 
Un riferimento esplicito ai lavori di Barnett, Einstein e deHaas si trova a pag.3
dell'articolo "A selected history of expectation bias in physics" :
 
https://arxiv.org/abs/physics/0508199
 


 Nella fascia periferica (dove il corpo è carico negativamente) ci sono più elettroni che protoni, anche si in relativamente minima quantità, ed è per questo che l'effetto Barnett è difficilmente rilevabile (o rivelabile, ma come minchia si dice ?: - )
 
Idea innovativa, credo che nessuno ci abbia mai pensato prima!
.
.
.
Anche qui, al posto di sparare fesserie, provare a domandare? La cosa 
migliore sarebbe fare i conti per vedere che ordini di grandezza si 
ottengono, ma a quanto pare i conti non sono il tuo forte.
 
Se si considera il solito disco di prima con la sola carica superficiale 
data dalla rotazione (forza centrifuga nel sdr del disco), il campo 
magnetico al centro del solito disco viene dell'ordine delle decine di 
picotesla (un milione di volte piu` piccolo del campo magnetico terrestre).
 
Ma c'e` un pero`. Se gli elettroni si distribuiscono verso il bordo, al 
centro c'e` una zona positiva, che ruota e anche quella genera un campo 
magnetico di segno opposto: indovina un po', i due campi, gia` 
enormemente deboli, si annullano!
 
Domandare al posto di fare della fantafisica proprio no, vero?
 
Ammetto che wikipedia sull'effetto Barnett e` reticente, non dice da 
nessuna parte apertis verbis che e` un effetto quantistico e che c'entra 
il rapporto giromagnetico dell'elettrone. Pero` se vai su wikipedia in 
tedesco dice una cosa interessante sull'intensita` del campo che si 
ottiene: prova a confrontarlo con il campo magnetico terrestre!
 
Quando Pangolss dice che era Barnett ha fatto i suoi esperimenti con una 
esemplare professionalita`, forse e` il caso di credergli. Barnett aveva 
  fatto questi esperimenti verso le due di notte, perche' c'erano meno 
auto che passavano e il vento solare dava meno problemi.
 
Infatti uno degli effetti di disturbo maggiore era la *variazione* del 
campo magnetico terrestre dovuto al vento solare. Fortunatamente per lui 
aveva fatto le misure in periodo di sole calmo.
