Magnetism är en av naturens mest fascinerande krafter som vi använder dagligen utan att tänka på det. Från kylskåpsdörren som hålls stängd till hörlurarna som omvandlar elektriska signaler till ljud – magnetism finns överallt. Elektromagneter är ett tydligt exempel på hur vi kan använda elektricitet för att skapa och kontrollera magnetism.
I den här artikeln får du lära dig vad magnetism är, hur elektromagneter fungerar och vad de kan användas till.
Vad är magnetism?
Magnetism är en kraft som uppstår när laddade partiklar, som elektroner, rör sig. Den gör att vissa material kan dra till sig eller stöta bort andra magnetiska material. Detta är det vanligaste sättet som du ser magnetism i aktion i vardagen på - när magnetiska ämnen, som järn eller stål, dras till en magnet.
Magnetisk kraft är en beröringsfri kraft. Det innebär att magnetiska material inte behöver röra vid varandra för att deras effekt ska uppstå. Ändå är detta inte bara magi - även om man en gång i tiden kanske trodde att det var det. De krafter som dessa material skapar är resultatet av en process som sker på en nivå som är för liten för att vi ska kunna se den med blotta ögat.
Magnetism uppstår främst genom elektronernas spinn och, i mindre grad, deras rörelse runt atomkärnan. När elektroner rör sig i stor skala – till exempel i en elektrisk ström – skapar de också ett magnetfält.
Magnetiska moment och elektroner
Det som sker har att göra med elektroner - en av de subatomära delarna av ett material. Elektronerna rör sig i områden runt atomkärnan som kallas elektronmoln (eller orbitaler), snarare än i exakta banor som planeter runt solen.
Elektroner har alltid en negativ laddning, medan protoner i atomkärnan är positiva och neutroner neutrala. En atom är elektriskt neutral när den har lika många protoner som elektroner.
I de flesta material pekar elektronernas magnetiska moment åt olika håll, vilket gör att deras effekter tar ut varandra. Därför är de flesta ämnen inte magnetiska i normalt tillstånd. Det är till stor hjälp eftersom allt i universum annars skulle kunna vara magnetiskt, vilket inte skulle vara särskilt praktiskt.
Ibland är elektronerna i ett material inte balanserade. Det innebär att elektronernas magnetiska moment inte tar ut varandra - något som är en förutsättning för att riktig magnetism ska kunna finnas. Magnetism uppstår när alla elektroners magnetiska moment pekar i samma riktning. Det är först då som ett material kan producera ett magnetfält som är tillräckligt starkt för att vara relevant.
Elektricitet och magnetism
Det finns två källor till magnetism. Den första är det magnetiska momentet hos elektronerna och den riktning de pekar i. Den andra är en elektrisk ström.
Elektriska strömmar ger upphov till magnetism eftersom elektricitet är elektronernas flöde genom ett material. När elektroner rör sig genom en ledning uppstår ett magnetfält runt ledningen – men själva ledningen förblir elektriskt neutral.
Vad är en elektromagnet och hur fungerar den?
Elektromagneter är superstarka magneter som drivs av elektricitet. Om man tar ett magnetiskt ämne och lindar en trådspole runt det - och när en elektrisk ström passerar genom den - kommer man att upptäcka att magnetismen blir riktigt stark.
När strömmen går genom tråden skapas ett magnetfält runt spolen. Fältet liknar det hos en stavmagnet med en nord- och sydpol, där riktningen på polerna beror på strömmens riktning genom spolen. Detta är en viktig del av elektromagnetismen.
Vad kan elektromagneter användas till?
Elektromagneter används i allt från elmotorer och högtalare till skrothanteringskranar och magnettåg. De är också centrala i generatorer, reläer, MRI-kameror och hårddiskar.
Tillsammans med de flesta saker som drivs av elektricitet kan du också slå på och stänga av elektromagneter, vilket gör dem väldigt praktiska för industrin.
Hur gör man en elektromagnet starkare?
Du kan förstärka en elektromagnet genom att:
- Öka strömstyrkan genom spolen.
- Linda fler varv tråd runt kärnan.
- Använda en kärna av mjukt järn, som leder magnetfältet bättre.
Svenska elektromagneter i industrin
I Sverige används elektromagneter inom många områden – till exempel i fordonstillverkning, återvinning och forskning. Företag som ABB och SKF utvecklar avancerade magnetiska system för industriell automation och energiteknik.
Vad är magnetiska fält?
Magneter drar till sig och stöter bort saker som är mottagliga för magnetismens kraft. Ett magnetfält finns runt varje magnet eller elektrisk ström, oavsett om det finns andra magneter i närheten eller inte.
Ett magnetfält är det område runt en magnet eller en elektrisk ström där magnetiska krafter kan verka. Fältet uppstår på grund av elektronernas rörelse och magnetiska moment.
Kanske känner du igen magneternas dipolära natur, det vill säga, det faktum att magneter har både en nordpol och en sydpol. Detta är de magnetiska fältlinjer man brukar rita mellan dipolerna.
Dessa linjer representerar det magnetiska flödet som kommer ut från nordpolen och in i sydpolen. Ju närmare varandra linjerna ligger, desto starkare är magnetfältet. Linjerna korsar aldrig varandra.
Järnfilspån
Ett av de bästa sätten att se ett magnetfält på riktigt är genom att använda sig av järnfilspån. Skaffa dig en stavmagnet och en handfull mycket små metallbitar - helst järnfilspån, vilket i princip kan beskrivas som järnstoft.
Släpp järnet på magneten och se hur magnetfältet uppstår runt om magneten; med alla olika kraftlinjer synliga också. Resultatet visar tydligt magnetfältets struktur
Fysikens lagar är djupgående, avancerade och helt fantastiska! Ta kontakt med en läxhjälp fysik och nörda ner dig totalt i dess fantastiska värld!
Olika typer av magneter och magnetism
Du har förmodligen redan fått intrycket att alla magneter inte är likadana. Med tanke på att vi vet att det finns en sådan sak som elektromagnetisk kraft, samt "vanlig" magnetism, kan man anta att det finns flera olika typer av magneter också.
Vi har redan nämnt stavmagneter, till exempel. Forskare älskar att kategorisera sådana saker och ibland kan det vara viktigt att känna till och förstå de kategorier som de skapar.
Diamagnetism
Låt oss börja med diamagnetism. Detta är den typ av magnetism som allting har hela tiden. Den är dock inte särskilt "magnetisk" i den bemärkelse som vi vanligtvis talar om.
Diamagnetism uppstår i material där elektronernas magnetiska moment är parade så att de tar ut varandra, vilket gör att materialet bara påverkas mycket svagt av yttre magnetfält. I närvaro av paramagnetiska eller ferromagnetiska ämnen överväldigas diamagnetismen.
Passa även på att läsa mer om transformatorer.
Paramagnetism
Paramagnetiska material är sådana som svagt dras till alla magnetfält som de utsätts för. Många, men inte de flesta, kemiska föreningar är paramagnetiska. De flesta ämnen är faktiskt svagt diamagnetiska.
Detta innebär att även grundämnen som syre är paramagnetiska - något som kanske de flesta människor är omedvetna om. I paramagnetiska ämnen anpassar sig de oparade elektronerna till magnetfältet, vilket ger ämnet ett svagt magnetiskt moment.
Ferromagnetiska material
Ferromagnetiska material är de material som vi konventionellt sett känner igen som magnetiska. Dessa material har också oparade elektroner.
Till skillnad från paramagnetiska material tenderar dock elektronerna i ferromagnetiska material att ställa upp sig i linje med varandra. Ferromagnetiska ämnen kan behålla sin magnetisering även när det yttre magnetfältet försvinner. Dessa material är de vanligaste magnetiska materialen - såsom järn, nickel och kobolt.
Tillfälliga magneter och permanenta magneter
Dessa två termer - tillfälliga och permanenta magneter - är ganska vanliga i samtal om magnetism. Skillnaden är förmodligen ganska uppenbar.
Permanenta magneter är sådana som är ferromagnetiska. Dessa behåller sin magnetiska potential även när de inte befinner sig i närheten av ett yttre magnetfält.
Tillfälliga magneter är material som blir magnetiska endast när de befinner sig i närheten av ett starkt magnetfält, till exempel en bit järn nära en permanent magnet.
Uppvärmningen av ett ferromagnetiskt ämne påverkar dessutom dess magnetisering. Värmeenergin skapar en mycket större atomisk volatilitet - vilket innebär att elektronerna inte kan hålla sig kvar i linje med varandra.
Är jorden magnetisk?
Du vet väl att jorden har ett magnetfält? Det är anledningen till att vi säger att magneterna har en ”nordpol" och en "sydpol".
Jorden fungerar som en enorm magnet, vilket är anledningen till att kompasser pekar mot norr. Jordens magnetfält uppstår tack vare rörelserna i den flytande, metallrika yttre kärnan.
Men hur går det till? Forskare förklarar jordens magnetfält med den så kallade geodynamoteorin: elektriska strömmar i den flytande, metallrika yttre kärnan skapar magnetfältet.
Jordens yttre, flytande kärna består huvudsakligen av järn och nickel – det är rörelserna där som ger upphov till magnetfältet. Jordens magnetfält, som skapas av rörelser i kärnan, leder solens laddade partiklar mot polerna – och det är dessa partiklar som orsakar norrskenet.
Har du någonsin hört talas om elektromagnetisk induktion – det är den process som gör att generatorer fungerar. Ta reda på mer om det här.
Tycker du om artikeln? Visa det gärna!
Loading...
”Normalt sett är den elektriska laddningen hos dessa elektroner balanserade, vilket innebär att antalet positiva elektroner är lika stort som antalet negativa elektroner”. ??? Elektronen är väl normalt alltid negatvt laddad…eller? Positronen är väl sällsynt…