Magnetism, kap. 24 Eleonora Lorek Magnetism, introduktion Magnetism ordet kommer från Magnesia, ett område i antika Grekland där man hittade konstiga stenar som kunde lyfta upp järn. Idag är magnetism ett fenomen med vilket ett material utövar attraktiva eller repulsiva krafter på andra material. Magnetiska poler Krafterna som magneter utövar på varandra liknar de elektriska krafterna nordpol repellerar nordpol men attraherar sydpol. attraktiv repellerande Elektriska laddningar kan man dela upp i minus- och plusladdningar. När man delar en stavmagnet på mitten så får man två stavmagneter med två magnetiska poler. Så kan man fortsätta att dela, till enstaka atomer som alltså är magneter, med två poler, i sig själva. Man kan alltså inte få en isolerad nordpol eller sydpol. Kompassen är en stavmagnet där nordpolen pekar mot norr och sydpolen mot söder. Magnetfält Det magnetiska fältet har i varje punkt en styrka och en riktning (nordpol till sydpol utanför magneten).
Fältlinjer visar fältstyrkan. Starkast där det är som tätast vid polerna. Varifrån kommer ett magnetfält? Det kommer från laddningar i rörelse: ström. I magnetiska material är det elektronernas rörelser i atomen som utgör strömmen: - Omloppsrörelsen runt kärnan: Den är oftast oordnad och ger inte upphov till ett magnetfält. - Spinnrörelsen runt sig själv: Varje elektron har antingen spinn upp eller ner (+1/2 eller - 1/2) - I de flesta material tar spinnen ut varandra Inte i Fe (järn), Co (kobolt), Ni (nickel). Magnetiska domäner En enskild järnatoms magnetiska fält är så starkt, att närliggande atomer linjerar sig på samma sätt. Magnetismen byggs upp och blir starkare och starkare ju fler atomer som linjeras upp likadant. Håll en magnet nära en järnklump, så linjerar domänerna upp sig och hela klumpen blir magnetisk. Ta bort magneten och den återgår. En permanentmagnet skapas genom att tvinga alla domäner att vara linjerade med hjälp av ett mycket starkt magnetfält. De återgår då inte till sin slumpmässiga linjering efteråt.
syd nord Jordens magnetfält Jorden är en stor magnet. Man vet inte vad som skapar magnetfältet: - troligen strömmar av elektriskt laddade partiklar i jordens inre. - partiklar i jonosfären som orsakar ett litet men viktigt tillskott till jordens magnetfält (som framför allt fluktuerar pga vindar i atmosfären). Fältet är inte konstant: Styrkan ökar och minskar, polerna byter plats. Det har minskat med 5% de senaste 100 åren byter riktning vart 2000:de år. Solen har motsvarande magnetfält som byter riktning vart 11:e år.
Hewitts video: Oersteds upptäckt Elektromagnetism En elektrisk laddning är omgiven av ett elektriskt fält. Vi såg att laddningar i rörelse ger upphov till ett magnetiskt fält. Magnetfältet är en relativistisk effekt av det elektriska fältet Laddade partiklar i rörelse är associerade med ett elektriskt och ett magnetiskt fält. Elektrisk ström och magnetiskt fält Eftersom laddningar i rörelse skapar ett magnetfält skapar en ström i en ledare ett magnetfält. Riktningen av fältet beror på riktningen på strömmen Högerhandsregeln Elektromagnet Spole Lägg ledaren i en spole så skapas en elektromagnet. Magnetfältet hos varje slinga samverkar till ett starkare magnetfält. Med en järnkärna ordnar de magnetiska domänerna i kärnan upp sig med spolens magnetfält och stärker ytterligare magnetfältet.
Magnetisk kraft på laddningar i rörelse Om en laddad partikel rör sig i ett yttre magnetfält samverkar magnetfältet från laddningen med det yttre fältet och det bildas en kraft på partikeln: F m qvb F m, v och B är vinkelräta annars är det de vinkelräta komposanterna som räknas. Högerhandsregeln Övning Försök förstå varför kraften är riktad enligt nedan diagram i bilden nedan. Strömledare i magnetfält Hewitts video: Strömledare i magnetfält Eftersom laddningar i rörelse påverkas av ett magnetfält måste även en strömledare påverkas av ett magnetfält.
Diskussion En motor är en maskin som omvandlar en energiform till användbar mekanisk rörelse. Hur fungerar en elektrisk motor?