Elektro-Magnetisme.

Inleiding.

Vanaf de oudheid

Een lijstje met begrippen.

Sterke magneten, sterke verhalen.

Ik raad aan om de hoofdstukken in deze volgorde te bestuderen:

Magnetisme,  permanente magneten.

Elektro-magnetisme, de basics.

Van H naar B en de wet van Hopkinson.

Kracht op een geleider in een magneetveld.

Inductie van een elektrische spanning.

Inleiding.

Het elektro-magnetisme is de natuurkundige basis van alles wat we weten en kunnen op het gebied van de elektrische energie voorziening , elektronische communicatie en de elektronische signaalverwerking en besturing van allerlei systemen.
In de audio techniek komt het elektromagnetisme op tal van plaatsen aan de orde. De werking van luidsprekers, microfoons, pick-up elementen, maar ook die van voedings- en luidspreker transformatoren en wisselfilters heeft er direct mee te maken. 
In deze hoofdstukken probeer ik de elementaire begrippen en verbanden uiteen te zetten. Hier en daar geeft ik een rekenvoorbeeld dat relevant is voor een audio toepassing. Dit hoofdstuk is min-of-meer een startpunt om 

Ik gebruik hier de eenvoudige voorstelling van zaken. Magnetische velden zijn feite vector velden, die in ieder punt van de ruimte doorgaans een andere sterkte en richting hebben. We zien dat hier en daar in de tekeningen of op foto's,  maar ik geef geen formules voor die aspecten. In de toepassingen waar het hier om gaat levert  de vereenvoudigde benadering voldoend nauwkeurige resultaten. 

Vanaf de oudheid

Elektrische en magnetische verschijnselen zijn al vanaf de oude Grieken bekend. Het woord "elektron" is het Griekse  woord voor barnsteen, de fossiele hars van naaldbomen. De Grieken wisten al dat als je barnsteen wrijft met een dierlijke vacht er iets gebeurt waardoor die barnsteen kleine voorwerpen kan aantrekken. We noemen dat nu statische elektriciteit.

De naam "magnetisme" gaat terug op de Griekse streek "Magnesia" waar in de oudheid gesteenten -magnetiet- gevonden werden die ijzeren voorwerpen konden aantrekken.    

Pas in de 19e eeuw zijn elektrische en magnetische verschijnselen met elkaar in verband gebracht. Het was de Schot James Clerk Maxwell die de interacties tussen elektrische en magnetische verschijnselen wiskundig beschreef. 

De Maxwell Vergelijkingen zijn een tamelijk ingewikkeld stel integraal- en differentiaal vergelijkingen die ik je zal besparen; ik kan er zelf ook niets mee.
In eenvoudige bewoordingen gaat het om de volgende redenering: 

• Een elektrische stroom veroorzaakt een magnetisch veld.

• Een veranderende elektrische stroom veroorzaakt een veranderend magnetisch veld. 

• Een veranderend magnetisch veld wekt op z'n beurt een elektrisch veld op. 

• Een elektrisch veld laat een stroom lopen in een geleider.

• En zolang het (periodiek) verandert is het cirkeltje rond.

Elektrische en magnetische verschijnselen spelen een soort haasje-over, en in principe gaat het zelfs zonder geleidende materialen, zonder dat er ook maar 1 elektron aan te pas komt. We spreken dan over elektromagnetische velden of golven, zoals radiogolven. Maar ook voelbare warmtestraling, zichtbaar licht, ultraviolet, en röntgenstraling zijn elektromagnetische golven. Het onderscheid zit'm in de frequentie, het aantal trillingen per seconde.  Zie het Elektromagnetische Spectrum

Een lijstje met begrippen die van belang zijn.  Ze komen nader aan de orde in de andere pagina's over elektro-magnetisme.

Sterke magneten,  sterke verhalen.

De sterkste magneten kun je in de huiselijke omgeving vinden in een harddisk van een computer of in een luidspreker. Als je een defecte harddisk sloopt kun je in het bezit komen van een paar uiterst krachtige magneten. Je vindt ze aan het achtereind van de arm met de lees/schrijfkoppen. 

Dat driehoekje rechts onder is de bovenste van twee sterke magneten.
Als zulke magneten eenmaal aan elkaar geplakt zitten krijg je ze meestal niet met de blote handen los, er moet een stevige schroevendraaier aan te pas komen om ze los te wrikken. Prima voor briefjes op de koelkastdeur. En hou betaalpassen, creditcards, floppy disks en cassettebandjes uit de buurt, want die worden gewist. 

Extreem sterke magneten worden eigenlijk alleen in wetenschappelijk instituten gebruikt, maar als eenvoudige burger loop je tegenwoordig ook kans om kennis te maken met een extreem sterk en vooral groot magneetveld. Dat gebeurt als men om medische redenen een z.g. MRI scan wil maken van een deel van je lichaam.

MRI betekent Magnetic Resonance Imaging.  Het komt er op neer dat je in een tunnel gelegd wordt waarin een sterk magneetveld aanwezig is. Dat veld wordt pulsvormig een beetje van richting veranderd en daardoor gaan sommige atomen in je lichaam zwakke radiogolven uitzenden. Die worden opgepikt door een antenne en geanalyseerd met een krachtige computer. Dat levert heel mooie plaatjes op van je inwendige. Er geldt: Hoe sterker de magneet, hoe gedetailleerder de plaatjes.  Er worden inductie sterktes gebruik tot 8 Tesla en de trend is naar meer.
De MRI-techniek geeft een ander soort plaatjes dan de vaker gebruikte CT- scan, maar heeft het voordeel dat er geen röntgenstraling aan te pas komt, met een kankerrisico.

Wat kan er fout gaan?
Het biologisch effect is dat als je je ledematen beweegt in dat sterke magneetveld er elektrische stroompjes opgewekt worden. Dat geeft een tintelend gevoel. Ook het hoofd schudden kan tot wat rare verschijnselen leiden. Het kloppende hart kan ontregeld raken door zulke stroompjes. Dit stelt waarschijnlijk een limiet aan de maximaal toelaatbare magneetsterkte.

Een wat platvloerser gevaar is dat allerlei  (ferro)metalen voorwerpen in de tunnel getrokken kunnen worden, en dat worden dodelijke projectielen. Er zijn inderdaad zulke ongevallen gebeurd, waaronder enkele met dodelijke afloop. Een MRI onderzoeks ruimte in een ziekenhuis wordt nu streng gecontroleerd. Je mag er niet in met metalen voorwerpen.

Deze website laat wat beelden zien van in de magneet getrokken spullen. En bekijk vooral het filmpje waar men met man en macht een burostoel uit de tunnel trekt.