Vorrei sapere qual è la posizione dei poli di una calamita di forma sferica. Certamente dipenderà dalla struttura atomica del materiale. E se è così come credo, studi più approfonditi a riguardo potrebbero far individuare particolari peculiarità ancora non note sul magnetismo?
La domanda sembra sottendere l’idea che, in una calamita con una più ordinaria forma a parallelepipedo, i poli debbano posizionarsi necessariamente in corrispondenza delle due estremità più lontane. In realtà nei materiali ferromagnetici (magneti permanenti) la disposizione dei poli magnetici dipende dall’orientazione del campo magnetico che ha ingenerato la magnetizzazione del materiale stesso, e quindi non dipende in alcun modo dalla forma della calamita. Analoga considerazione vale nel caso della magnetite (Fe3O4, un minerale di ferro che presenta magnetizzazione naturale): in questo caso è l’orientazione del campo di magnetizzazione naturale in cui il minerale è cresciuto (paleomagnetismo) e che ha indotto il magnetismo naturale della fase a determinare la disposizione dei poli.
Da un punto di vista più generale, come già ampiamente riportato in una precedente risposta, un materiale può presentare le caratteristiche di una calamita (magnete permanente) se e solo gli atomi o gli ioni che lo costituiscono presentano elettroni spaiati. Tale caratteristica è tuttavia solo una condizione necessaria per l’osservazione di fenomeni di magnetismo permanente. Ciò che infatti accade di regola in questi casi è che l’applicazione di un campo magnetico esterno orienta tutti gli elettroni spaiati parallelamente al campo esterno; ma, appena il campo esterno viene rimosso, l'orientazione degli elettroni spaiati torna a essere casuale, così che il momento magnetico totale del materiale si annulla. Perché un materiale abbia un comportamento ferromagnetico (come le calamite) è necessario che l'allineamento dei momenti magnetici dei singoli elettroni persista nel tempo anche dopo la rimozione del campo magnetico esterno. E questo può avvenire solo se l'interazione tra i momenti magnetici degli elettroni è sufficientemente forte da rendere conveniente agli elettroni stessi di cooperare tra di loro, conservando la stessa orientazione anche dopo la rimozione del campo magnetico esterno. Il campo esterno insegna quindi agli elettroni come orientarsi, definendo la posizione dei poli in modo del tutto indipendente dalla forma del materiale.
Per una più analitica descrizione dei fenomeni magnetici (magnetizzazione inclusa) rimandiamo alle lezioni sul magnetismo rese disponibili in rete dal CNR di Bologna.