Magnetisme og induktion

3.1 Faste magneter

Indholdsfortegnelse

3.1.1 Magnetfelt, nordpol og sydpol

Faste magneter

En magnet har en nord og en sydpol. Når man tegner et magnetfelt, går det fra nordpolen til sydpolen. Man tegner magnetfeltlinjer, så linjerne er tættest, der hvor magnetfeltet er stærkest. Linjernes retning er sådan, at en kompasnål vil stille sig i magnetfeltets retning.

En nordpol er defineret, som den del af en magnet, der vil pege mod geografisk nord, når den svæver frit. Vores jord er som en stor magnet, hvor den magnetiske sydpol er ved nordpolen, og den magnetiske nordpol er ved sydpolen. Nord og syd tiltrækker hinanden, og nordpoler og sydpoler frastøder hinanden.

Feltlinjer omkring Jorden

Aktivitet: Feltlinjer med jernspåner.

Læg en stangmagnet på bordet, og placer et stykke pap ovenpå, så det ligger fladt. Drys jernspåner jævnt ud over papiret, og forklar for hinanden hvad I ser.

Stangmagnets feltlinjer

Magnetiske feltlinjer for en stangmagnet

Tiltrækning mellem modsatte poler

Frastødning mellem ens poler skaber nulpunkt eller neutralt punkt

3.1.2 Magnetiske materialer

Ikke alle stoffer kan magnetiseres. Typisk er det jernholdige stoffer, der er magnetiske eller kan gøres magnetisk.

Kraftige magneter kaldes ofte neodymium magneter eller super magneter. De er meget anvendte i elmotorer. De bruges også, når man bygger en harddisk.

Neodymium er grundstof nummer 60. Legeringer med neodymium bruges til at producere kraftige magneter.

Neodymium320

Aktivitet: Magneter.

Prøv at tage nogle magneter. Undersøg hvordan de påvirker hinanden og hvordan de påvirker forskellige materialer. Prøv at undersøge om magnetfelter kan gå gennem forskellige materialer. Beskriv hvad du finder ud af.

Aktivitet: Magnetiske materialer og magnetfelter.

Aktivitet: Magneter og kræfter.

Tag to kraftige magneter (neodymium) og læg dem så to ens poler peger mod hinanden. Mål sammenhængen mellem den kraft de påvirker hinanden med og deres indbyrdes afstand.

3.1.3 Magnetisering

Magnetisering

Når man sætter en magnet hen til et stykke ikke magnetiseret metal – bliver metallet magnetiseret af magneten.

Hvis metallet er påvirket af et kraftigt magnetfelt, kan det bliver til en permanent magnet.

Historisk perspektiv: Kompasset

Et kompas er i virkeligheden en frit hængende magnet. Alle magneter kan bruges som kompasnål.

En kompasnål er en magnet. Den har en nord og en sydpol. En nordpol er defineret som den del af magneten som peger mod vores geografiske nordpol når den frit kan bevæge sig. Derfor er vores nordpol rent magnetisk en sydpol.

De ældste beskrivelser af det magnetiske kompas er fra 200 år før vor tidsregning. Det var under det kinesiske Han dynasti, at man brugte “kompas” som retningsviser primært til at forudsige hændelser. Det var først i 1200-tallet, at man begyndte at bruge kompasset til navigation til søs.

Aktivitet: Byg dit eget kompas.

Du kan bygge dit eget kompas ved at starte med en nål, der ikke er magnetiseret. Magnetiser nålen ved at gnide den med en stærk magnet og få så nålen til at flyde i en kop vand.

Kompas

[WpProQuiz 27]

Læringsmål

Færdighedsmål

Eleven kan anvende modeller til forklaring af naturfaglige fænomener og problemstillinger.
Eleven kan undersøge

Vidensmål

Eleven har viden om naturfaglige modeller.
Eleven har viden om elektriske og magnetiske fænomener.

3.2 Strøm og magnetisme

3.2.1 Magnetisme, den næststærkeste naturkraft

Der findes fire naturkræfter: Elektromagnetiske kræfter, stærke – og svage kernekræfter og tyngdekraft.

Magnetiske kræfter kaldes også elektromagnetiske kræfter. Kun de kræfter der er inde i atomkerner, kernekræfter, er stærkere.

Magnetiske kræfter opfører sig meget anderledes end eksempelvis tyngdekraft.

Tyngdekraft: Der er tyngdekraft mellem alle objekter, der har masse. Der findes kun en slags masse. Masse måles i kilogram.

Magnetisme: Der findes 2 slags ladning, positiv og negativ. Ladninger påvirker hinanden. Men der er kun magnetisme når ladninger bevæger sig.

3.2.2 Ladning og magnetisme

Magnetisme og ladning

Alt stof er opbygget af atomer. Hvis vi ser på et atom, indeholder det positive protoner og neutrale neutroner i kernen. Uden om kernen er der negativt ladede elektroner.

Alle elektroner i atomer virker som en lille magnet. Men det er kun stoffer, hvor alle eller mange af atomerne kan stille sig, så deres magnetfelt virker i samme retning, der kan blive magnetiske. Alle stoffer kan altså ikke blive magnetiske.

Alt magnetisme stammer fra ladning i bevægelse. Elektronerne har et spin der gør at man kan se på magnetiske materialer som indeholdende mange små magneter som forstærker hinanden til en stor magnet når et tilstrækkeligt antal atomers magnetiske moment peger i den samme retning.

Solen har ligesom Jorden et magnetfelt. Her ses gasser bevæge sig i en magnetisk bro over solens overflade.

3.2.3 Elektrisk strøm laver magnetfelt

En verdensberømt dansker ved navn H.C. Ørsted gjorde for snart 200 år siden en opdagelse, der skulle vise sig at være afgørende for udviklingen af maskiner og generatorer.

Magnetfelt omkring ledning

En elektrisk strøm er når elektroner bevæger sig i en ledning. Når elektronerne bevæger sig skaber de et magnetfelt rundt om ledningen.

H. C. Ørsted og elektromagnetisme

I 1820 udførte H.C. Ørsted et forsøg, der viste, at når ladninger bevægede sig gennem en ledningen, opstår der et magnetfelt rundt om ledningen. 11 år efter offentliggørelsen af H.C. Ørsted’s forsøg, ledte hans opdagelse til Michael Faradays opdagelse af induktion. Og dermed var vejen banet for udvikling og udbredelse af elektrisk strøm.

H.C. Ørsted

Aktivitet: H.C Ørsteds forsøg

Udfør H.C Ørsteds forsøg. Du skal bruge et stykke ståltråd, et batteri og en kompasnål. Sæt kompasset så det peger nord og syd. Lad ståltråden gå parallelt hen over kompasnålen. Sæt ståltråden til batteriet kortvarigt og se hvad der sker. Prøv derefter at vende polerne og gentag forsøget. Forklar forsøget.

3.2.4 Elektrisk strøm i magnetfelt

Elektrisk leder i magnetfelt

Når en ladning bevæger sig i et magnetfelt, bliver den påvirket af en kraft. Det kan man se, hvis en strømførende ledning er i et magnetfelt.

Induktion er, når et magnetfelt påvirker elektronerne i en ledning, så der løber en strøm. Den viden bruges i alle elektriske apparater med bevægelige dele.

3.2.5 Magnetisk feltlinjer og strøm i en spole

Hvis man laver en spole af ledning, kommer der et magnetfelt, når der løber en strøm i spolen.

Feltlinier fast magnet

Magnetfelt omkring en spole

3.2.6 Elektromagneter

Elektromagnet

Når der løber en strøm igennem en spole laves et magnetfelt. Det kaldes en elektromagnet.

Hvis man vil have en stærkere elektromagnet, kan man sætte en jernkerne indeni spolen. På den måde kan man fremstille en stærk elektromagnet, som man kan tænde og slukke for. Det bruger man allerede steder, hvor man skal løfte ting, der primært er af jern. Man kan også bruge det til affaldshåndtering, når man ønsker at frasortere jernholdigt materiale fra affald.

Styrken af en elektromagnet afhænger af strømstyrken og antallet at vindinger omkring jernkernen.

Aktivitet: Fremstil din egen elektromagnet.

Du skal bruge en jernbolt, noget ståltråd og et batteri. Pas på når du tilslutter batteriet, for ståltråden kan godt blive varm. Lad derfor ikke elektromagneten være tændt i længere tid.

Aktivitet: Lav din egen elektromagnet

Aktivitet: Elektromagnetens styrke.

I skal bruge en bolt, noget ledning, et batteri og en kasse clips. I skal undersøge, hvordan antallet af vindinger påvirker elektromagnetens styrke. Se hvor mange clips jeres elektromagnet kan løfte ved 10, 20 og 30 vindinger.

[WpProQuiz 28]

Læringsmål

Færdighedsmål