Magnetisme <
in bewerking
>
<laatst bijgewerkt: 2014-12-15>
In het kort:
Magnetisme speelt in de audio- en elektronica techniek een rol bij
o.m. spoelen, transformatoren luidsprekers en elektromotoren.
Verder is magnetisme onverbrekelijk verbonden met alles wat met elektriciteit, radiogolven, licht etc. te maken heeft.
Verwante onderwerpen:
elektronen, bouw van de materie, eenheden en grootheden,
transformatoren, zelfinducties
Wat is magnetisme?
Magnetisme ontstaat als er een elektrische stroom loopt, in essentie
dus als er elektronen bewegen. Dat laatste is het geval bij atomen,
waar de elektronen rond de kern cirkelen. Bij veel atomen heffen de
magneetveldjes van die elektronen elkaar op, maar bij sommige atomen,
waaronder die van ijzer, versterken ze elkaar waardoor het atoom
magnetisch is. (zie noot1) In een simpele klomp ijzer zijn die atomen echter
willekeurig gericht en heffen die veldjes (noot2) elkaar op. Door het aanleggen
van een extern magneetveld kunnen ze echter gericht worden, en bij
sommige materialen blijft die gerichtheid bestaan, ook als het externe
veld weggenomen wordt. We noemen dat remanent magnetisme. Bij sommige
materialen kan dat remanente veld erg sterk zijn en dan spreken we over
permanente magneten.
Permanente magneten kom je o.m. tegen in luidsprekers, in de harddisk van je
computer en vaak op de deur van de koelkast om je geheugensteuntjes
vast te plakken.
Elektromagneten bestaan in principe uit een al-of-niet gebogen ijzeren
staaf met daaromheen een aantal windingen van een geisoleerde
elektrische draad, meestal koperdraad. Als er een stroom door de draad
gestuurd worden de ijzeratomen gericht en ontstaat er een magneetveld
waarmee ijzeren dingen aangetrokken kunnen worden. Als de stroom
uitgeschakeld wordt verdwijnt het magneetveld weer zo goed als.
In en om huis kom je ze o.m. tegen bij de elektrische bel en de
elektrisch bediende kraantjes in de wasmachine.
Het magneetveld.
Een enkelvoudige magneet heeft altijd twee polen, twee
uiteinden, een Noordpool en een Zuidpool. Als je zo'n magneet
aan een soepel touwtje ophangt zal de noordpool zich naar het aardse
noorden richten en vanzelfsprekend, de zuidpool naar het zuiden. De
reden is dat de aarde zelf een magneetveld heeft, met de zuidpool in
het noorden van Canada en de noordpool in Antarctica. (Die verwarring is
historisch gegroeid en we laten het maar zo)
Er geldt de regel: gelijke polen stoten elkaar af, ongelijke trekken
elkaar aan.
Bij het magneetveld spreken we veelal over "krachtlijnen", dat zijn
denkbeeldige lijnen die aangeven hoe het veld van de magneet van de ene
pool naar de andere loopt. Je kunt een kompas bij een magneet houden en
dan zal de naald van het kompas zich evenwijdig aan de krachtlijnen ter
plekke richten.
Die
krachtlijnen zijn altijd gesloten, d.w.z. ze lopen van de noordpool
naar de zuidpool, desgewenst via een omweg, maar ze verdwijnen nooit in
het niets.
Dit betekent ook dat er geen magnetische monopool bestaat, dus een magneet met alleen een noordpool of alleen een zuidpool.
Er bestaat ook niet zoiets als een "magnetische lading". Mensen die die term gebruiken weten niet waar ze het over hebben.
De magnetische veldsterkte
De magnetische flux
De magnetische inductie
Het magneetveld rondom een rechte draad
Het magneetveld van een platte spoel
Het magneetveld van een lange dunne spoel
De kracht op een draad in een magneetveld
De opgewekte spanning als een draad beweegt in een magneetveld
Magnetiseren en magnetisme als
alternatieve geneeswijze heeft meestal niets met het natuurkundige
begrip magnetisme te maken, er worden doorgaans ook geen magneten
gebruikt bij zulke "behandelingen". Deze termen zijn ontstaan in de
tijd dat men nog niets begreep van het magnetisme, en waarin er
allerhande geheimzinnige en geneeskrachtige werkingen aan werden
toegedicht, net zo gemakkelijk als er tegenwoordig allerlei
ziekteverwekkende eigenschappen aan worden toegschreven.
noot1.
De
voorstelling die ik hier geef is een vereenvoudiging die in de meeste
praktische gevallen voldoet. De volledige en exacte theorie van
magnetische materialen is tamelijk ingewikkeld en nog niet in alle
opzichten begrepen.
noot2
We spreken over "velden" maar
eigenlijk moeten het "ruimtes" zijn. Het magneetveld speelt zich af in
3 dimensies. Op elke plaats in de ruimte heeft het magneetveld een
bepaalde sterkte en een richting. We noemen dit ook wel een vectorveld of vector ruimte..
monopool
Er
zijn enkele exotische en omstreden theorieën waarbij er een magnetische
monopool zou kunnen bestaan. Er is er echter nog nooit 1 waargenomen.
Het z.g Standaard Model verbiedt het bestaan ervan niet. Als het je lukt om er 1 aan te tonen levert dat ongetwijfeld een
Nobelprijs op.
We maken onderscheid tussen de absolute en de relatieve permeabiliteit. De
absolute permeabiliteit is die voor lucht of vacuum. Deze bedraagt 4*pi*10-7
Henry/meter.
De relatieve permeabiliteit geeft aan hoeveel meer of minder dit is voor een
bepaald materiaal. Voor sommige
ijzer-soorten kan het oplopen tot 30.000. We spreken dan ook wel over mu-metaal.
De mu van een materiaal is doorgaans frequentie afhankelijk, en neemt meestal af
met de frequentie.
Bij niet magnetiseerbare massieve elektrisch geleidende materialen is de mu
kleiner dan 1, maar alleen bij wat hogere frequenties. Dat komt door de wervelstromen
of eddy currents.
Zelfs een grote bonk ijzer als een auto vertoont een mu kleiner dan 1. De
zelfinductie van de detectielus in de weg wordt kleiner als je erover
rijdt, en de afstemfrequentie (ca. 150 kHz) neemt toe)