Nord och syd. Magiska magneter. Redan de gamla grekerna. Kinesisk kompass. Magnetfält. Magnetfältets riktning

Transkript

1 Nord och syd Magiska magneter Osynliga krafter som verkar på avstånd Föreläsning 10/ 2010 Marica Ericson Redan de gamla grekerna Kinesisk kompass Gjorde kompasser av magnetit på 1100-talet magnetit ca år 0 Magnetfält Magnetfältets riktning Demo Definierat från Norr till Söder 1

2 Vad är en magnet? Magneter på atomnivå Typer av magnetisering Diamagnetism: Svagt och temporärt Alla material Motriktad pålagt magnetfält Paramagnetism: Svagt och temporärt Samverkar med pålagt magnetfält Ferromagnetism: Kan bilda permanenta magneter Starka magnetfält Superparamagnetism: Små ferromagneter (nanopartiklar) Liknande egenskaper som paramagneter Ferromagnetiska material Järn (Fe) Kobolt (Co) Magnetit Ferrit Nickel (Ni) Gadolinium (Gd) Magnetiska domäner Magnetisering av järn (svag magnet) 1) 2) ) 2

3 Magnetisering av järn (stark magnet) Repulsion och attraktion 1) 2) ) Curie temperatur Den temperatur då magnetiseringen hos ett material upphör Jordens magnetfält B 50 x 10-6 Tesla Järn (Fe) Kobolt (Co) Magnetit Ferrit Nickel (Ni) Gadolinium (Gd) 104 K 188 K 858 K Ca 700 K 627 K 292 K Inklinationen, dvs vinkeln mot jorden, beror av latitud Pierre Curie ( ) Strömningar i den flytande yttre kärnan Uppkomsten av jordens magnetfält Jordskorpan Varierande magnetfält Mantel Flytande yttre kärna Solid kärna Konvektionsströmmar i den yttre kärnan Förändringar i magnetosfären

4 Magnetosfären ett skydd Van Allen bältena SOHO/LASCO/EIT (ESA & NASA) Magnetosfären påverkas av solvinden Polerna flyttar sig Norrsken Uppkommer när laddade partiklar tar sig igenom magnetfältet Vanligast vid polerna p g a magnetfältets riktning Beror på strömmar i kärnan i jordens inre Polerna flyttar sig Idag används gyrokompass Visar jordens rotationsaxel istället för magnetiska polen. 4

5 Hårddiskar Magnetiskt minne Tidigare järnoxid Numera koboltbaserade legeringar wikipedia Läshuvud Magneter för lagring av information Magneter för lagring av information x x x x 2 0 x x x x = 165 Storleken har betydelse Magnetfält kring elektrisk ledare Michael Faraday, wikipedia 5

6 Den elektriska motorn Men kan magnetfält orsaka ström? Demonstration Men kan magnetfält orsaka ström? Generatorer Induktion Faradays lag Transformatorer Det inducerade fältet är proportionellt mot hur hastigt det magnetiska flödet Φ ändras: E = Φ t Primär Sekundär Strömmen i primärledningen producerar ett magnetfält i ringen. Magnetfältet inducerar en ström i sekundärspolen. 6

7 Transformatorer i vardagen Elektromagneter Nord Syd Sväva på magnetfält Laga mat på magnetfält Hur fungerar en induktionsspis? Varför är bilden fel? Vilka krav på kokkärlen måste vara uppfyllda? Supraledare Demonstration av supraledare Material utan elektriskt motstånd Leder ström utan förluster Perfekt diamagnet Används för att skapa starka magnetfält Kräver kylning 7

8 Superlevitronen Använda magneter för att studera kroppen MRI (magnetic resonance imaging) Väteatomer är som små magneter Spinn i magnetfält S N S B=0 M=0 N B M Väteatomerna svänger i takt i magnetfältet Orginalbilden Informationen kärnornas olika frekvenser. ky B 0 B 1 M z = 0 M xy 0 kx Radiofrekvens-fältet RF (B 1 ) som är vinkelrätt mot B 0 oscillerar Resonans med atomkärnorna. Kärnmagnetisk resonans! 8

9 Matematisk bildbehandling MRI kräver starka magnetfält Ca 1.5 Tessla ( ggr jordens magnetfält!) Supraledande elektromagneter, kräver flytande Helium Säkerhet med MRI Magnetterapi 1. Magnet 2. Gradientspole 1 Qench. RF-spole Brännskada Klick 2 Oljud EKG 1 2 =>9 C. RF-spole 2. Gradientspole 1. Magnet Finns inga vetenskapliga bevis för detta! Nästa vecka 17/: Vågor i stort och smått & Optik Inlämningsuppgift 2 Materiens tillstånd, termodynamik, magnetisering. Vågrörelse och optikfrågor Fråga 2 en valfri fråga Lämnas in senast 24 mars 9