Magnetism
Vad är egentligen magnetism och vad har den att göra med med elektricitet?
Transkription70 repliker · 6:18
Transkriptionen är automatiskt genererad och kan innehålla fel.
Klicka på en replik för att höra den.
Ett magnetiskt fält skapas genom att man har en laddning som rör på sig, till exempel en ström.
Man kan göra en magnet genom att linda en sladd i en slags pole och sen drar man en ström genom den.
Det skapar magnetiska fältlinjer och magnetism.
Men vad är egentligen magnetism i?
Innerst inne.
Man kan säga att elektricitet och magnetism är två sidor av samma mynt.
Man måste skilja mellan en magnetisk kraft, den kraft man kan få när man till exempel drar upp järnfrihetsspån med magnet, och det magnetiska fältet som finns runt magneten.
Varje plats i rummet har ett elektriskt och ett magnetiskt fält som har en viss riktning och en viss styrka.
Normalt så är det på de flesta platser inte såvärs mycket av det, men i närheten av en ledning så kan det bli ganska mycket magnetfält.
Vad som händer är när en laddning är i rörelse produceras ett magnetfält.
En laddning i rörelse som är elektriskt laddad kommer att påverkas av ett magnetfält så att den böjs av.
Så om laddningen rör sig framåt och den får ett fält som går åt vänster så upplever laddningen det som att den böjs av uppåt.
Det här gör att om man ett magnetfält och sänder in till exempel elektroner så kommer de börja åka runt i en spiralbana.
Det kan man ju inte se men det har man hört talas om att elektroner åker runt i magnetfält.
Man kan faktiskt se det också genom dimmkammar. Man tar alltså gas som är nära att börja kondensera ut vattendroppar i sig.
Och så sänder man in en elektron. Störningen gör att det bildas ett litet spår av droppar efter den.
Och har man då ett magnetfält kan man faktiskt se prydliga spiraler.
Ja, järn. Det är ju ett ämne som man känner till att det lätt blir magnetiskt. Varför just järn?
Jo, det här hänger ju samman just med laddningar i rörelse men också hur atomen ser ut.
Om man tittar på en atom så har den ju positivt laddad kärna som är relativt stilla och en eller flera elektroner som åker runt den.
Rent klassiskt kan man ju naturligtvis tänka sig att en elektron som åker runt i en cirkelrörelse borde producera ett magnetfält på samma sätt som en ström i en spole borde göra.
I verkligheten är det inte lika enkelt eftersom det finns vissa kvantmekaniska effekter.
Men i kontentan blir det mycket likartat.
Dessutom tillkommer att elektroner har ett spinn.
Man kan tänka sig att elektroner roterar kring sin egen axel även om det här är mer en kvantmekanisk effekt.
Och är då arrangemanget av elektroner och spinn i en atom gjort så att allting pekar åt samma håll så får man också ett ganska starkt magnetfält kring atomen.
Men är det något som andra atomer inte har då?
Ja, det intressanta är att det är olika för olika grundämnen beroende på hur många elektroner de har och hur arrangerade de är.
Men järn, nickel, kobolt och gadolinium är vad man kallar ferromagnetiska.
Och det innebär att det är inte bara så att atomerna pekar åt rätt håll utan de får varandra att ställa in sig åt samma håll.
Två atomer i närheten av varandra kommer att påverka så att de pekar åt samma håll.
Det blir ett något starkare fält vilket får andra atomer att orienteras åt samma håll.
Och man får små magnetiska domäner.
I kristaller av det så uppstår alltså områden som har magnetisering åt samma håll.
Och i ett helt perfekt magnetiserat material kommer alla atomer att peka åt samma håll.
De har fått ett starkt magnetfält.
När man ska skapa en permanent magnet då av järn, hur gör man då?
Ja, normalt är det så att järn då innehåller en mängd små domäner som pekar huller och buller.
Men om man placerar in den i ett starkt magnetfält som är tillräckligt starkt för att övervinna materialets så kallade koersivitet.
Så kommer de här små domänerna att ställa in sig åt samma håll.
Det här kan man faktiskt höra.
Om man tar en spole, kopplar till en högtalare med förstärkare och sänder ström igen och stoppar in ett järnstycke så kommer man höra knäppande ljud.
Det är när små domäner inuti kristallen plötsligt ändrar åsikt så att säga och börjar peka åt samma håll.
Man kan också uppnå det här genom att hetta upp metallen.
För ju hetare det blir desto mer slumpmässigt pekar atomerna.
När man då kyler ner den under den så kallade kuriepunkten så kommer de spontant att börja ställa in sig.
Och gör man nedkylningen långsamt nog så tenderar de att bli åt samma håll.
Vanligtvis då att de tar samma riktning som det omgivande magnetfältet har.
Så man hetar alltså upp en bit järn och sen så har man den under magnetfältet och kyler ner den långsamt.
Det är förmodligen den bästa metoden att göra en stark järnmagnet.
Andra material kan bli mycket starkare än magneter men järn är ju vanligt förekommande.
Okej så de andra ämnena som du rabblar upp de är alltså bättre?
Det stämmer fast man kan få fram ännu starkare magneter genom att skapa legering av olika material.
Magneter till exempel kan komma upp i en Teslas fältstyrka vilket får ansas vara ganska kraftigt.
Jordens magnetfält är bara en tiotusendels Tesla.
Ja jordens magnetfält det kommer sig av att det är järn i mitten av jorden.
Ja men också väldigt mycket av att det rör på sig.
Om det bara fanns järn där så skulle det ju vara en godtycklig orientering och det är ganska upphettat.
Men det verkar finnas strömmar av smält järn som då producerar elektriska strömmar som i sin tur producerar magnetfältet.
Det är på det sättet som också jordens magnetfält kan skifta.
Magnetfält, vad har det för koppling till elektrisk fält?
Magnetfält och elektrisk fält tillsammans det blir ju elektromagnetisk strålning.
En elektron i rörelse producerar ju just ett magnetfält som också kan påverka en elektrisk laddad partikel.
En elektromagnetisk våg är helt enkelt ett elektrisk fält och ett magnetfält som samverkar.
Och det intressanta är att när man har en partikel som rör sig så verkar det som den omges av ett magnetfält.
Men om man rörde sig med den skulle man bara se ett elektriskt fält.
Einstein visar ju relativitetsteorin att det är verkligen samma sak.
Beroende på hur du rör dig själv så kan du uppleva andra elektriska och magnetiska fält.
De kan så att säga rotera in i varandra.
Så det är viktigt att tänka på när man är ute och joggar att man ska sakta ner när man använder kompassen för att få rätt riktning.