Fråga: Hej! Jag behöver lite hjälp med följande uppgift.
Man ska knyta fast en nål i en sytråd. Sen fäster man den andra änden av sytråden i ett lämpligt objekt. Nu ska man hålla en magnet i närheten av nålens spets så att nålen magnetiseras och sytråden spänns och sedan hettar man upp nålen med en eldslåga från en tändare. Hur kan man beskriva det som händer när nålen magnetiseras och när den hettas upp.
Tusen tack på förhand! /Amalia H, Jensen, Stockholm
Svar: Magnetisering
När magneten är nära synålen skapas små områden (kallade domäner) i det ferromagnetiska materialet som orienterar sig i samma riktning som det yttre magnetfältet. En del av denna upplinjering finns kvar även när man tar bort magneten.
Ett sätt (för fler se fråga 20357 ) att avmagnetisera ett magnetiserat järnföremål är att värma det till över curietemperaturen.
Curietemperaturen, även kallad curiepunkten, är den temperaturgräns ovanför vilken ett ferromagnetiskt ämne förlorar sina ferromagnetiska egenskaper och uppträder som ett paramagnetiskt ämne. (Curietemperaturen )
Curietemperaturen för järn är 1034 K (761oC), Vilket borde kunna åstadkommas med en tändare. Uppvärmningen får de delvis upplinjerade domänerna att orientera sig slumpmässigt, varvid magnetiseringen upphör. /Peter E
Fråga: Hej! Jag har en gammal 50-öring som är magnetisk och de
den består av 97% koppar 2,5% Zink och 0,5% Tenn. Även mina 1 kronor och 2 kronor är magnetiska. Ingen av de uppräknade metallerna är magnetiska. Jag får inte ihop det. Sen har jag en annan fråga. Är alla metaller magnetiska om det blir tillräckligt kallt? /Fredrick A
Svar: Starkt magnetiska ämnen är ferromagnetiska, se fråga 12402 . Om vi begränsar oss till rena grundämnen finns det tre ferromagnetiska ämnen: Fe, Co, Ni. Sedan finns det ett antal föreningar som är ferromagnetiska, däribland mycket starkt ferromagnetiska som neodym-legeringar.
Enligt Riksbanken (se länk 1) har de giltiga mynten följande sammansättning:
1-krona, 2-krona: Kopparpläterat stål, det vill säga en kärna av stål med ett tunt ytterskikt av koppar.
5-krona:, 10-krona: Legering av koppar, aluminium, zink och tenn.
1-kronan och 2-kronan är alltså ferromagnetiska (innehåller stål). 5-kronan och 10-kronan är inte magnetiska.
Din gamla 50-öring måste innehålla en del järn eller nickel om den är magnetisk. Sammansättningen du ger (se även Femtioöringen ) är i så fall ett mysterium. men enligt artikeln finns det flera varianter inklusive en av koppar och nickel (1976–1991).
Fråga: Jag undrar hur man på två enkla vis kan testa vilken magnet som är starkast om jag har tex tre permanentmagneter av olika storlek. Mvh Sofi /Sofi L, Bärbyskolan, SÄVE
Svar: Eftersom fältstyrkan hos en magnet är mycket inhomogen (varierar med läget) är styrkan inte väldefinierad. Om magneterna har någotsånär lika form kan man emellertid mäta den relativa styrkan på ett antal sätt.
Direkt: med en gaussmeter (kallas även magnetometer) som mäter magnetisk flödestäthet, se Magnetometer .
Indirekt: med en dynamometer. En dynamometer mäter kraft och består av en fjäder med en graderad skala, se Dynamometer .
För magneter som varierar mycket i storlek eller utseende bör man mäta på pol-ytan (länk 1).
Fråga: Vi lär oss om magnetism. Vi ser vilka föremål som släpper igenom magnetism. Om jag har en plastplatta med ett gem på ena sidan och en magnet på andra sidan och flyttar magneten fram och tillbaka. Då står gemet stilla när jag flyttar magneten under den till andra sidan av gemet. Varför? Vad kallas det? Och vad kan det användas till? Mvh Gentrit /Gentrit S, Markaryds skola, Markaryd
Svar: Jag förstår inte resultatet av ditt experiment. De flesta ämnen utom mymetall (se fråga 2720 ) släpper igenom magnetfält. Gemet bör då följa med magneten om du har en plastplatta emellan.
För små rörelser i längdriktningen av gemet kan jag tänka mig att gemet inte flyttar sig på grund av friktion. Friktionskraften (se fråga 16025 ) ökar ju eftersom attraktionen mellan magneten och gemet ökar normalkraften. /Peter E
Fråga: Om en kompassnål placeras i ett homogent magnetiskt fält så kommer först nålen att vrida in sig i det magnetiska fältets riktning, dvs med nordändan pekande i fältets riktning. Men vad händer sedan? Om nålen placerats mitt emellan de poler som skapar det homogena magnetiska fältet händer ingenting. Men vad händer om den placerats närmare en av polerna. Kommer den då att dras mot den eller stannar den kvar på sin plats eftersom fältet är homogent? /Håkan O, Österänggymnasiet, Kristianstad
Svar: Om magnetfältet är homogent (lika överallt) är krafterna på kompassnålens poler lika. Det finns ingen nettokraft som skulle kunna förflytta kompassnålen.
Om kompassnålen inte är exakt upplinjerad med fältet skapas ett vridmoment (se nedanstående figur från Magnetfält#Magnetiska_vridmoment ). När kompassnålen upplinjerats med fältet är de lika och motsatta krafterna riktade mot rotationscentrum, och kompassnålen pekar stabilt i magnetfältets riktning.
Om magnetfältet inte är homogent kommer krafterna inte ta ut varandra utan man får en nettokraft som vill förflytta kompassnålen.
Fråga: Om jag förstått det rätt så om två ledare genomflyts av en ström i samma riktning så blir det inget magnetfält kvar mellan dem? Om man skall tro litteraturen. Stämmer det? Däremot uppstår mellan dem en attraktion som ingen kan förklara exakt hur den uppstår.
För mig syns det som att utsläckningen av magnetfältet mellan dem inte är en korrekt teori. /zach b, stockholm
Svar: Med hjälp av högerhandsregeln, se fråga 17259 , kan du bestämma hur de cirkulära magnetfälten går runt de strömförande ledarna. Se nedanstående figur.
Om strömmarna går åt samma håll (figuren till vänster) kommer fälten från de båda ledarna att motverka varandra (se ringarna med . och x). Eftersom fälten varierar som 1/(avståndet till ledaren) kommer det resulterande fältet mellan ledarna att bli svagare, men inte noll. Fälten tar alltså inte ut varandra helt utom exakt mitt emellan ledarna. Så långt magnetfältets styrka.
Krafternas riktning får du fram genom att (se igen bilden i fråga 17259 ) greppa ledningen, peka tummen i strömmens riktning, räta ut fingrarna och vrid handen så att fingrarna pekar in i eller ut ur figurens plan. Handflatan pekar då i kraftens riktning. Vi ser att parallella strömmar ger attraktion och motsatta strömmar ger repulsion. Krafterna är i båda fallen lika och motsatt riktade i enlighet med Newtons tredje lag, se fråga 15642 .
Man kan få samma resultat med ett enklare resonemang som illustreras av den nedersta figuren. Vänstra delen är ledning 1:s cirkulära fält till vilket adderas fältet från ledaren 2 (ej visad).
I fallet parallella strömmar försvagas alltså totala B-fältet mellan ledningarna och förstärks bortom. Naturen tenderar att jämna ut detta genom att tvinga ledningarna mot varandra med en kraft. För olika strömriktning är det tvärtom. Detta är analogt med att en bil parkerad i en backe påverkas av en kraft nedåt p.g.a. tyngdkraften.
Se även länk 1 och 2.
Här är en miniföreläsning om två ledare med ström:
Fråga: Jag undrar vad som händer med ström och magnetism om man skickar in ett stort antal laddade partiklar vinkelrätt in i ett magnetfält. Exempelvis skulle partikelstrålen kunna vara horisontell längs en linje och magnetfältet vertikalt och tämligen rakt och jämnt.
Jag vet att partiklarnas bana böjs och formar en cirkel , vars radie beror av fart, laddning och massa. Jag tänker mig att det inte bara en klump med partiklar utan en ström av partiklar som fördelar sig längs hela cirkeln. Men det jag frågar mig är om det också skapas en ström i denna cirkel och ett magnetiskt fält från den eventuella strömmen. Ett magnetiskt fält som antingen förstärker eller försvagar det ursprungliga magnetiska fältet. Jag undrar förstås om det blir en förstärkning eller försvagning av det ursprungliga magnetiska fältet då. /Sören C, Forskning, Västerås
Svar: Man kan betrakta magnetfälts påverkan av laddningar som rör sig både makroskopiskt (F=BIL) och mikroskopiskt (F=Bev). Nedanstående figur visar en positiv laddning som rör sig vinkelrätt mot ett magnetfält (B riktat nedåt). En laddning som rör sig skapar ett cirkulärt magnetfält omkring sig. Detta är riktat enligt högerhandsregeln i fråga 17259 . Med tummen i laddningens rörelseriktning kommer laddningen att skapa ett magnetfält enligt de röda markeringarna vid den högra laddningen. Det totala fältet kommer alltså att försvagas till vänster om laddningen och förstärkas till höger. Vi får alltså en kraft riktad åt vänster (se fråga 20454 ).
Om vi utgår från uttrycket för kraften på en strömförande ledare i ett magnetfält (se länk 1) får vi med konventionella beteckningar
F = BIL = B(e/T)L = Be(L/T) = Bev
där T är tiden det tar för laddningen att fullborda ett varv. Från centripetalkraften kan vi beräkna cirkelbanans radie r:
Fråga: Hej!
Vad är det för energianvändning som sker när två magneter attraherar varandra? /Karin D, Lund
Svar: Magnetiska fält innehåller energi. Energi per volymenhet är (se länk 1)
B2/2m
Alltså: ökande B-fält ger högre energi, minskande B-fält ger lägre energi.
Om du för ihop en nordpol och en sydpol minskar fältet. Differensen i energi utför arbetet att föra polerna närmare varandra - olika poler attraherar ju varandra.
Om du i stället för ihop två lika poler ökar fältet. Du måste själv utföra ett arbete för att föra ihop dem - lika poler repellerar ju varandra.
Ursprunglig fråga: vad finns det för användning av att man kan tillfälligt magnetisera en spik om man för den mot en nordpol på en permanent magnet och avmagnetisera den genom att för den mot en sydpol? /Robin s, nti, nyköping
Svar: Det går inte att avmagnetisera genom att föra motsatta poler mot varandra. Det finns flera sätt att avmagnetisera ett ferromagnetiskt föremål, t.ex. att upphetta föremålet till över curietemperaturen, se Curietemperaturen . En annan metod att avmagnetisera är att föra in föremålet i en spole som har ett växlande magnetfält genom att man föder spolen med växelström. Om man sedan sakta minskar spänningen kommer föremålets magnetisering minska ner till noll, se figuren nedan från länk 1.
Fråga: Under en fysiklaboration skulle eleverna under-
soka hur en elektromagnets styrka beror av antalet
varv i spolen, De spolar som jämfördes hade 300
varv och 600 varv. Eleverna kopplade spolarna till
en stromkiilla, stoppade ner en jdrnkdrna i spolarna och undersokte vilken spole som kunde lyfta mest spik, Men eleverna kopplade p5 olika siitt:
. Lina kopplade forst 300 varvs-spolen och sedan 600 varvs-spolen till stromkdllan.
. Brahim kopplade de bida spolarna samtidigt till stromkillan. Spolarna kopplades i serie med varandra.
. Yusuf kopplade de bida spolarna samtidigt till stromkiillan. Spolarna kopplades parallellt med varandra.
a) Vilken av kopplingarna anser du vara best? b) Forklara hur du tinker. /Johan S, Skiljeboskolan, Västerås
Svar: Magnetfältet B i en spole ges av (se länk 1 och 2):
B = mnI
där m är en konstant (permeabiliteten), n antal varv per längdenhet och I är strömmen.
För att kunna jämföra olika spolar är det viktigt att strömmen är densamma. Man skulle kunna mäta strömmen med en ampermeter, men seriekoppling av två spolar garanterar att strömmen är densamma. Även om metoden att räkna spik som ett mått på magnetfältet inte är den bästa bör den åtminstone ge ett kvalitativt resultat. Förutsättningen är att spolarnas längd är densamma eftersom n är varv/längdenhet. /Peter E
Fråga: Kan magneterna påverka djur och människor negativt? Isåfall vilken styrka på magnetfältet krävs? /Alicia H
Svar: Det är Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) som utfärdar rekommendationer på grundval av kunskap om skadlighet. Enkelt uttryck anses statiska (konstanta) magnetfält (och det är nog det du frågar om) ofarliga. Tänk på att man kan utsättas för mycket starka statiska magnetfält (flera tesla) vid MRI-undersökningar (se fråga 16078 ). Permanentmagneter är säkert helt ofarliga.
När det gäller varierande magnetfält är skadligheten åtminstone teoretiskt etablerad eftersom ett sådant kan inducera strömmar i kroppen. Sådana strömmar skulle mycket väl kunna vara skadliga. SSM har utfärdat referensvärden, dvs rekommenderade gränsvärden, se länk 1. /Peter E
Fråga: Om man har två magneter som dras mot varandra kan man ha något i mellan dom som gör så dom inte dras mot varandra längre? /Veckans fråga
Ursprunglig fråga: Om man har två magneter som dras mot varandra kan man ha något i mellan dom som gör så dom inte dras mot varandra längre. /axel l, dalbo, frändefors
Svar: Intressant fråga Axel!
Nej, det går inte. Visserligen kan man omge en magnet med t.ex. mymetall (se Mymetall ). Mymetallen tvingar magnetfältet att gå genom mymetallen. Detta eliminerar magnetfältet på andra sidan av mymetallen. Ej magnetiserade material (t.ex. gem) påverkas då inte av den skärmade magneten.
Problemet är att mymetallen magnetiseras så man får en attraktiv kraft mellan magneten och mymetallen. Detta betyder att man får en attraktiv kraft även om magnetfälten från de två magneterna inte växelverkar direkt. Skillnaden med mymetall är att kraften alltid är attraktiv, alltså även då nordpolerna är vända mot varandra. I det senare fället får man repulsion utan mymetall. Se vidare länk 1.
Se även länk 2 från http://www.exploratorium.edu/snacks/magshield/
och
http://www.physlink.com/Education/AskExperts/ae512.cfm /Peter E
Fråga: Hur kan man magnetisera en stålstav? /Veckans fråga
Ursprunglig fråga: Hur kan man magnetisera en stålstav?
fråga är ställd av en elev i mitt namn. /Diana G, Eriksdalsskolan, Stockholm
Svar: I länk 1 beskrivs tre sätt att göra en stålstav magnetisk: gnida staven med en permanentmagnget, med spole och batteri och med mekanisk påverkan i det jordmagnetiska fältet. Alla dessa metoder ger ganska svaga magneter.
Det lättaste är nog den första metoden. Man behöver bara en permanentmagnet (så stark som möjligt).
1 Testa att din stålstav påverkas av magneten. Om den inte gör det går den inte att magnetisera.
2 Håll den ena polen (t.ex. S) hos permanentmagneten mitt på stålstaven och dra den utåt kortändan (se nedanstående bild från WikiHow, länk 1).
3 Vänd stålstaven och upprepa processen med den andra polen (N).
Repetera punkt 2 och 3 ett antal gånger.
Denna procedur bör fungera om man vill magnetisera t.ex. en skruvmejsel så att skruvarna fastnar på den. Magnetiseringen förstörs av stötar, så man kan behöva upprepa processen då och då.
För att tillverka starka permanentmagneter krävs lite mer. Den ferromagnetiska metallen upphettas till över curietemperaturen (vid vilken metallens ferromagnetiska egenskaper försvinner, se Curietemperaturen ). Metallbiten utsätts för ett magnetfält (så starkt som möjligt). Temperaturen sänks till under curietemperaturen varvid de upplinjerade magnetiska domänerna fryses.
Jag söker lite fakta kring magnetism och bränsle (diesel). Det är allmänt känt att ett magnetfält runt en bränsleledning kan förändra bränslets egenskaper till det bättre och det finns en mängd olika magnetfilter att löpa på marknaden. Jag skulle vilja prova att själv skapa ett magnetfät runt en bränsleledning och tydligen så krävs en styrka/effekt (?) på min 500 gauss men hur kan jag översätta det till dragkraft? Alla magneter jag hittar anger bara dragkraft.
Vänligen Gunnar /Gunnar A, Rundvik
Svar: Gunnar! Jag är inte övertygad att magneter förbättrar bränslets egenskaper. Det finns emellertid en hel del dokumentation i ämnet som hävdar att det finns en effekt, se t.ex. länk 1 och 2.
Idén skulle vara att diesel är en blandning av lätta och tunga kolväten. De tunga tenderar att klumpa ihop sig. Detta medför att förbränningen blir ofullständig. Detta innebär dels att verkningsgraden minskar och att man får skadliga partiklar (aerosoler) samt koloxid, kväveoxider och kolväten i avgaserna. På något sätt (dipolära molekyler?) skulle ett magnetfält bryta sönder klumparna.
Att ett magnetfält så svagt som 500 Gauss (0.050000 tesla) skulle göra någon nytta är tveksamt.
Eftersom vi för magnetism har dipolfält (elektriska fält är monopolfält) at det svårt att bestämma sambandet mellan fältstyrka och kraft, se fråga 15625 . Jag föreslår att du helt enkelt prövar med de starkaste neodymmagneten (Neodymmagnet ) du kan hitta. /Peter E
Fråga: Varför stöter lika magnetpoler bort varandra? /Veckans fråga
Ursprunglig fråga: Hej jag undrar varför magneterna stöter bort varandra om det är ex : Nordpol mot nordpol /Tina p, Tuveskolan, Göteborg
Svar: I fysik kan man inte besvara varför-frågor: naturen är helt enkelt så! I bästa fall kan man beskriva ett fysikaliskt fenomen på olika sätt eller se likheter med andra fenomen. I allmänhet använder man matematik för detta.
Kvantmekanik (se fråga 14754 ) beskriver atomära och subatomära system. Kvantmekanikens förutsägelser vad gäller observerbara storheter utomordentligt exakta, men en djupare tolkning av teorin saknas fortfarande. Einstein kritiserade kvantmekaniken (trots att han var en av upphovsmännen) framför allt för att den är ofullständig. Speciellt att den endast kan förutsäga statistiska storheter: om en atom kan sönderfalla på två sätt kan man bara förutsäga sannolikheten till varje tillstånd - inte vilken väg en individuell atom skall sönderfalla.
Här är den välkände fysikern Richard Feynman när han försöker (och misslyckas) förklara magnetism:
Lika magnetiska poler stöter bort varandra och olika poler attraherar varandra. Ett sätt att uttrycka detta är att magneterna strävar efter minimal energi. Detta är likt (men lite annorlunda) att en boll du håller i handen har en potentiell energi som kan omvandlas till rörelseenergi om du släpper den. Men, som sagt, det är ingen förklaring, bara en alternativ beskrivning av vad som sker.
Fråga: Hej! Jag undrar hur man går tillväga om man endast har två metallstavar, varav en av dem är en permanent magnet och den andra är av magnetiskt material och man vill identifiera permanent magneten?
MvH Fredrik /Fredrik A, halmstad
Svar: Permanentmagneten är en stav med en sydpol i ena änden och en nordpol i den andra. I mitten av permanentmagneten finns inget magnetfält utanför staven. Du kan alltså identifiera magneten genom att testa om staven fastnar i mitten. Ena polen av stavmagneten fastnar på hela staven. /Peter E
Fråga: Om man sätter ihop flera magneter med samma styrka, ökar den totala magnetstyrkan? Jag provade med en guassmeter och fick samma styrka på magneterna när de satt ihop som när jag mätte styrkan på dem enskilt. Vad beror det på? /Anna J
Svar: Anna! Det beror på hur du sätter ihop dem. Om du sätter ihop två stavmagneter så här
[N S][N S]
så blir fältstyrkan samma som för en magnet eftersom S][N helt enkelt tar ut varandra. Om du däremot tvingar magneterna (lika poler repellerar ju varandra) att ligga så här
[N S]
[N S]
så blir fältstyrkan större. Om du lägger dem så här
[N S]
[S N]
blir magnetfältet utanför magneterna svagare eftersom fältlinjerna sugs in i magneterna.
Fråga: Är det riktigt att en stavmagnets nordpol är starkare än dess sydpol? /Minna K, Älmhult
Svar: Minna! Nej, totalt måste det finnas lika många fältlinjer i båda ändar, se fråga 12740 . Man skulle kunna utforma en stavmagnet osymmetriskt för att få olika fältstyrka (täthet hos fältlinjerna) för N och S, men jag ser inte någon tillämpning för detta. /Peter E
Fråga: Hej! Jag undrar hur magnetfältet ser ut inuti en hästskomagnet (alltså inte i luften mellan ändarna utan inne i själva magneten)? /Henrik J
Svar: Här är en demonstration av fältet från en hästskomagnet:
De magnetiska fältlinjerna är bara ett hjälpmedel för att vi lättare skall kunna föreställa oss ett magnetfält. Fältlinjens riktning ger magnetfältets riktning i en punkt och tätheten av linjer ger styrkan. Många linjer tätt ihop - starkt magnetfält.
En fältlinje kan aldrig sluta - den utgör en sluten sluten slinga. Det betyder att en fältlinje som går in i magneten måste komma ut på andra sidan.
Fråga: Uppgift: En kvadratisk spole abcd är placerad vinkelrät mot fältlinjerna i det honogena magnetfältet mellan två magnetpoler, N är placerad ovanför spolen och S är placerad nedanför spolen. spolen har 600 lindningsvarv, kantlängden är 4,0 cm och resistansen är 5,0.
Antag nu att flödestätheten i magnetfältet minskap jämt från 0,6 T till 0,3 T på 1,2 s. Beräkna storlek och riktning av den inducerade strömmen i spolen.
Jag har räknat ut strömstorleken mha B*A= flödestätheten
E= N * (delta flödestätheten)/(delta tiden)
I=U/R=E/R
nu är frågan hur jag får ut riktningen.
Vore tacksam för ett utförligt svar snarast. /Rebecca P, Thorén Business School, Linköping
Svar: Rebecca! Först får du fundera ut riktningen på det inducerade magnetfältet i spolen. Det yttre fältet minskar och enligt lenz lag (se fråga 11791 ) försöker spolen motverka ändringen. Det inducerade fältet blir alltså riktat i samma riktning som det urspungliga (uppifrån och ner).
Vad blir då strömriktningen? Titta på bilden nedan. Tag din högra hand och låt fingrarna peka i strömmens riktning. Tummen pekar då i magnetfältets riktning. Tillämpat på ditt fall med magnetfältet uppifrån och ner går den inducerade strömmen strömmen medurs sett uppifrån.
Tack för att ni svarade min förra fråga på ett tillfredsställande sätt. Här är en annan tankenöt jag har grubblat på:
Tänk er två positiva laddningar på ett tåg som åker mycket fort. Enligt min gymnasielärare så kommer två laddningar som rör sig parallellt med varandra att vid en viss hastighet att röra sig mot varandra. Dock ur, säg en passagerares perspektiv, så stöter ju laddningarna ifrån varandra enligt Coulombs lag. Min lärare nämnde också att både passageraren på tåget och åskådaren hade rätt om laddningarnas läge, även fast de motsade varandra. Hur är detta möjligt?
MVH Adam /Adam S
Svar: Adam! Trevligt att du uppskattade svaret!
Din nya fråga är betydligt svårare, så jag fick fråga en expert på KTH i Stockholm. Här är hans svar:
Det din gymnasielärare talar om är attraktionen mellan parallella strömmar, ett välkänt fenomen som är lätt att demonstrera experimentellt och som användas för att definiera amperen (enheten för ström). Denna attraktion ger också upphov till "pinch"-effekten i en stark ström, dvs strömmen drar ihop sig mot mitten.
Man kan nu tycka att två laddningar på ett tåg skulle ge en elektrisk ström och alltså attrahera varandra, men som du påpekar blir detta paradoxalt då man ju kan transformera sig till vilosystemet (tåget) och där finns ingen ström och inga magnetfält utan bara elektrostatisk repulsion. Detta är ett subtilt problem som jag inte har sett särskilt mycket diskussion av i läroböcker, eller annorstädes heller för den delen. Problemet finns alltid när man bara ser till laddningar av ett tecken. Verkligheten är dock elektriskt neutral och har man två laddningar koncentrerade så finns det en motsatt lika stor laddning någonstans. En invariant ström (ström som är oberoende av observatörens hastighet) får man bara när man har relativ rörelse av positiva och negativa laddningar.
Den "riktiga" elektriska strömmen ges alltså av relativ rörelse för laddningar av två olika tecken. Om de två laddningarna på tåget kompenseras av lika stor laddning av motsatt tecken som också följer med tåget har man ingen verklig (invariant) ström och fenomenet uteblir. Om däremot den motsatta laddningen är i vila (utanför tåget) så har man relativ rörelse av laddning och invariant ström. Då får man den magnetiska attraktionen som för ihop laddningarna. Så ser i alla fall jag på saken.
Hanno Essén
Det är alltså en känt besvärlig fråga. I Wikipedia-artikeln Relativistic_electromagnetism (och andra mer avancerade artiklar som refereras till i introduktionen) visas hur man kan se magnetisk kraftverkan som en relativistisk effekt av den elektrostatiska kraften. Utgångspunkten är elektriska fältlinjer och du kan bara ha elektriska fältlinjer om du har både positiva och negativa laddningar.
Fråga: Hej!
När jag släpper en liten neodymmagnet i ett kopparrör så bromsas magnetens fall mot golvet. Magneten faller betydligt långsammare i röret jämfört med då jag släpper den fritt mot golvet utanför röret.
Tacksam för en förklaring. /Tommy Å, Malmö
Svar: Tommy! Det beror på att magnetfältet från neodymmagneten inducerar virvelströmmar i kopparröret. Strömmarna i sin tur ger upphov till ett magnetfält som växelverkar med magneten. Enligt Lenz lag har det av strömmarna inducerade magnetfältet en riktning så att det motverkar rörelsen. Det är alltså detta som bromsar upp det fria fallet. Det är samma effekt som man har i en elektrisk generator: om man drar ström ut ur generatorn genereras ett "motfält" som bromsar rotorn. Man får alltså betala för den av generatorn utvecklade effekten med ett ökat mekaniskt motstånd.
Se en trevlig demonstration nedan:
Observera att röret måste vara elektriskt ledande för att virvelströmmar skall kunna uppstå. Röret får inte heller vara av ett ferromagnetiskt material (t.ex. järn), för då skulle magneten fastna i röret.
Fråga: Kan man få en järnkärna att bli magnetisk om man lindar den med en helt "skalad" ledningstråd? När vi provade fungerade det inte. /Natalie A, Bäckskolan, Linköping
Svar: Natalie! Nej det fungerar inte utan isolering! Strömmen måste tvingas följa ledningen runt järnkärnan. Utan isolering tar strömmen en genväg, och man får i princip en kortslutning.
Nedanstående bild från Elektromagnet (Wikimedia Commons ) visar en solenoid (spole) med järnkärna. Som synes är tråden isolerad med ett plastlager. Ibland används bara ett lack som isolering.
Fråga: Jag har en fråga angående magnetism. Om man har en ledare i nord/sydlig riktning, hur påverkas en kompassnål om man nu står under ledaren (jordens magnetfält är hälften så stark som det resulterande fältet)? Vi säger att strömmen är åt nordlig/och sedan sydlig riktning. /Erik J, RealGymnasiet, Åby
Svar: Bilden nedan från Wikimedia Commons (Magnetic_field ) visar hur du med högerhandsregeln betämmer magnetfältets riktning kring en rak ledare. Magnetfältet går alltså runt ledaren. Tänk på att strömmen enligt konvention (överenskommelse) går från plus till minus.
När du sedan sätter ihop de två komponenterna skall du tänka på att den magnetiska polen vid nordpolen faktiskt är en sydpol (se fråga 6104 ), så det jordmagnetiska fältet hos oss går norrut (från N till S).
Fråga: Kan man få en magnet att sväva genom att använda repulsion? /Veckans fråga
Ursprunglig fråga: Kan man få en magnet att sväva genom att använda repulsion? I så fall hur. /Lars-Göran N, Kristianstad
Svar: Lars-Göran! Nej inte utan viss stöttning eller speciella tricks, se nedan. Om du håller två stavmagneter med t.ex. sydpolerna vända mot varandra, så känner du att de repellerar varandra. Denna repulsion borde kunna användas för att få den ena magneten att sväva. Detta fungerar emellertid dåligt eftersom en lös magnet omedelbart roterar så att olika poler vänds mot varandra och magneterna kör ihop.
Static stability means that any small displacement away from a stable equilibrium causes a net force to push it back to the equilibrium point.
Earnshaw's theorem proved conclusively that it is not possible to levitate stably using only static, macroscopic, paramagnetic fields. The forces acting on any paramagnetic object in any combination of gravitational, electrostatic, and magnetostatic fields will make the object's position unstable along at least one axis, and can be unstable along all axes. However, several possibilities exist to make levitation viable, for example, the use of electronic stabilization or diamagnetic materials; it can be shown that diamagnetic materials are stable along at least one axis, and can be stable along all axes.
Dynamic stability occurs when the levitation system is able to damp out any vibration-like motion that may occur.
Man kan emellertid åstadkomma stabila system med lite trick. Ett är att använda meissnereffekten (Meissner_effect ) genom att hålla upp en magnet med en skål av supraledande material, se nedanstående figur (längst ner i svaret) från Wikipedia Commons. Meissnereffekteninnebär att alla magnetfält trängs ut ur en supraledare. Magneten vilar alltså på en "kudde" av fältlinjer. Eftersom alla fältlinjer trängs ut har det ingen betydelse hur den svävande magneten är orienterad, och om supraledaren utformas som en skål så ligger magneten stabilt i en "magnetfältsgrop".
För så kallade högtemperatursuperledare som är typ II supraledare kan man få en mycket spektakulär effekt genom en process som kallas flux-låsning (Flux_pinning ). I detta fallet går magnetfältet in i supraledaren men låses fast av defekter i kristallen. Detta gör att den svävande supraledaren låses fast och är i ett stabilt läge nära magneten. Effekten beskrivs i nedanstående video och länk 2:
Flux pinning describes the interaction between a high temperature superconductor (HTSC) and a magnetic field. A member of Cornell's Space Systems Design Studio demonstrates the effect.
Ursprunglig fråga: Hur fungerar "Gauss pistol", förenklad variant - man har en ränna med en magnet och några stålkulor på rad efter, sedan rullar man en ytterligare kula mot magneten varefter den sista kulan i ledet skjuts i väg med en mycket högre fart.
(Finns på youtube under länk 1 - jag har testat och det fungerar även med en mindre vanlig magnet.) /Anton O, Myrviken, Myrviken
Svar: Anton! Kul leksak! Jag har inte sett den tidigare!
Apparaten (se videon nedan) består av en ränna, ett par starka magneter och några stålkulor.
Funktionen är lite relaterad till Newtons vagga, se fråga 11464 . Den fysikaliska grunden är, förutom magnetism, lagarna om energins och rörelsemängdens bevarande.
Skillnaden jämfört med Newtons vagga är att den högra kulan (vi refererar nu till bilden nedan) kommer att accelereras mot magnet/stålkule paketet av magneten. Detta innebär att rörelsemängd överföres från den rörliga kulan till det från början stationära paketet kulor/magneter medan kulan rör sig från höger till vänster. I fallet Newtons vagga accelereras den fria kulan av tyngdkraften och ger alltså ingen rörelemängdsöverföring till de stationära kulorna före kollisionen.
Magneten behövs alltså för att sätta fart på den högra kulan. Den behövs även för att hålla ihop paketet av kulorna till vänster. Dessa behövs för att ge en stor massa på den från början stationära biten. Ett ytterligare skäl för att ha mer än en stationär kula är att den vänstraste kulan (som flyger iväg) inte får sitta alltför hårt fast. Om den gjorde det skulle den inte kunna flyga iväg.
Detta är vad som sker:
1 Den högra kulan rör sig långsamt mot magneterna.
2 När kulan närmar sig magneterna accelereras den mer och mer mot magneterna. För att bevara rörelsemängden kommer de stationära kulorna och magneterna att röra sig lite åt höger.
3 Den högra kulan kolliderar med magneten. Stöten fortplantas genom magneterna och de stationära kulorna.
4 Av samma skäl som för Newtons vagga blir det kulan längst till vänster som tar upp den rörelsemängd som den högra kulan hade vid kollisionen.
5 Lägg märke till att "restpaketet" rör sig lite åt höger efter stöten (till skillnad från Newtons vagga). Anledningen är att kraften som accelererade den högra kulan kom från det från början stationära paketet.
"Gauss gun" kan även vara en pistol med ferromagnetisk kula som accelereras med hjälp av varierande magnetfält i ett antal spolar, se Coilgun . Detta är alltså någonting helt annat och mycket farligare än vad som beskrivs ovan.
Anledningen till benämningen "Gauss pistol" är naturligtvis att magnetfält är involverade. Se även länk 1.
Fråga: Finns något liknande Coulombs lag för magneter? /Veckans fråga
Ursprunglig fråga: Hej! Jag undrar om det finns någon sorts coulombs lag fast för elektromagneter. Jag har två elektromagneter som är lika starka. Deras båda nordpoler är riktade mot varandra. Hur stor blir den repellerande kraften på avståndet r?
Tack på förhand! /Fredrik K, LM Engströms Gymnasium, Göteborg
Svar: Fredrik! Trots att vi har massor av frågor/svar om magnetism är detta faktiskt en ny fråga!
Nej, det finns inget motsvarade Coulombs lag för magnetism. Skälet är att ensamma magnetiska monopoler existerar inte - nordpoler förekommer alltid tillsammans med lika starka sydpoler. Se på övre figuren nedan (från länk 1). Där har vi en nordpol (röd) och en sydpol en bit ifrån varandra. Magnetfälten från dessa poler uppför sig på samma sätt som elektriska fält: radiella och avtar med kvadraten på avståndet. Man kan då för varje punkt beräkna fältet från nordpolen (röda pilar) och fältet från sydpolen (blå pilar). Resultanten (summan av de två vektorerna) visas i grönt. Den nedre figuren visar bara de gröna pilarna, som alltså är det resulterande magnetfältet för en dipolmagnet.
Om en dipolmagnet befinner sig i ett homogent magnetfält kommer dipolen att utsättas för ett vridmoment men ingen netto-kraft. Anledningen är att nordpolen och sydpolen påverkas av lika men motriktade krafter. Ett exempel är en kompassnål i det jordmagnetiska fältet.
Vad händer då när två dipolmagneter kommer nära varandra? Magnet_1 genererar ett fält i magnet_2:s område. Men detta fält är i detta fallet inte homogent, så vi får en nettokraft. Man kan beräkna kraften genom att summera krafterna mellan magnet_1:s poler och magnet_2:s poler. För den enklaste konfigurationen då dipolmagneterna är upplinjerade med avståndet x mellan magneterna med längen L
N-------S N-------S
L x L
ges kraften i
Magnet#Force_between_two_bar_magnets . Det visar sig att kraften för någotsånär stora avstånd går ungefär som 1/x4 och för små avstånd som 1/x2.2. Om nordpolerna är vända mot varandra får man en repulsion av samma styrka.
Två långa raka ledare korsar varandra vinkelrätt. Den lodräta har I=2,5 A, den vågräta I=4,5 A.
Emellan ledarna finns en punkt P, som befinner sig 0,05 m från den lodräta och 0,04 m ovanför den vågräta.
Vilken blir den resulterande flödestätheten i punkten P?
Kan man komposantuppdela flödestäthet eller magnetisk kraft?
Jag räknade flödestätheten för varje ledare i P, och fick B1=k*I/r=2*10^-7*2,5/0,05=1*10^-5 T, och B2=2,25*10^-5 T. För att beräkna den resulterande flödestätheten i P använde jag Pythagoras sats, och fick ca 24,6 mikroTesla. Facit fick dock 13 mikroTesla. Vad har jag gjort för fel?
Räknar man ut den resulterande flödestätheten på samma sätt som man räknar ut resultanten av krafter; dvs. genom trigonometri? Hur då i så fall?
/Christin S, Södra Latin, Stockholm
Svar: Christin! Problemet är återigen dåligt definierat! Olika skolor, olika personer men samma IP-nummer med vagt formulerade problem. Vad har ni för lärobok?
Dina beräkningar av magnetfältet från de individuella ledningarna är korrekta. Från
B = 2*10-7*I/r får man
10 resp. 22.5 mikrotesla.
Problemet är att geometrin är dåligt definierad. Om minsta avståndet mellan ledningarna är 0.04+0.05 = 0.09 m, så är fälten vinkelräta mot varandra. I så fall blir resultanten (ja, du adderar bara magnetfälten som vektorer) 24.6 mikrotesla som du säger. Om däremot ledningarna är i ett plan, så är fälten motriktade eller parallella - vilket beror av strömriktningarna som inte definierade. Det resulterande fältet blir då
22.5-10 = 12.5 eller 22.5+10 = 32.5 mikrotesla.
Det första var uppenbarligen det avsedda svaret! /Peter E
Fråga: Hej! Jag har några frågor angående induktion och elektricitet osv.
Då man kopplar ihop två spolar, sätter en mätare i den ena, och en järnkärna i den andra. Vid spolen med järnkärnan låter man sedan en magnet rotera, då uppstår ström. Hur kommer det sig? Vad händer då magneten roterar, och hur kommer strömmen in i spolen?
En annan fråga jag har, är om växelström. Vad menas exakt med växelström, att den ändrar riktning hela tiden? Vadå för riktning? I ledaren? Hur kommer den isåfall framåt?
Och så en sista grej. En transformator används ju i våra ledningar för att kunna transportera strömmen längra sträckor. Men hur fungerar den i DETALJ. Vad exakt är det som händer? Hur kan det bildas ström i sekundärspolen osv.??
Är jättetacksam för svar! /christin f
Svar: Induktion innebär att en elektrisk spänning alstras (induceras) i en elektrisk ledare om ett magnetfält i dess närhet varierar. Den elektriska spänningen orsakar en ström i ledaren. (Elektromagnetisk_induktion )
Induktion nyttjas i exempelvis induktionshällar (fråga 5019 ), mikrofoner (Mikrofon ) och i elektriska generatorer (Generator ).
Bilden nedan visar Faradays uppställning (Faraday's_law_of_induction ). Batteriet (längst till höger) ger en ström som går igenom den lilla spolen (A). Strömmen skapar ett magnetfält i spolen. Om spolarna står stilla händer ingenting, men om man rör den lilla spolen in och ut ur den stora spolen (B), så ändras magnetfältet i den stora spolen och en ström induceras i kretsen kopplad till spole B. Strömmen detekteras med en galvanometer (G).
Här är några demonstrationer av induktion:
Växelström växlar hela tiden riktning i ledningen. För många apparater har riktningen ingen betydelse (t.ex. glödlampa, värmeelement). För andra apparater (t.ex. en dator) måste man likrikta och göra spänningen konstant. Observera att medelströmmen vid sinusformad växelström är 1/sqrt(2) av toppvärdet.
Man använder en transformator för att få en hög spänning som ger mindre resistansförluster. Den transporterade effekten är
P = U*I dvs I = P/U
Resistansförlusterna om ledningens resistans är r blir
Pr = r*I2 = r*(P/U)2
För givet P och r minskar alltså resistansförlusterna med ökande U.
Stömmen i sekundärspolen genereras av det varierande magnetfältet som leds till sekundärspolen av en järnkärna.
Fråga: Hej!
Jag har en fråga som jag har tänkt på i några månader. Min lärare kan inte riktigt svaret men han hänvisade till den här sidan.
Frågan handlar om energi och magnetism.
Frågan: Jag lägger en magnet på en skiva. Under skivan lägger jag en järnbit. Järnbiten kommer att dras upp till magneten. Det blir en viss rörelseenergi som omvandlas till lägesenergi. Enligt min lärare så kommer magneten förlora sin kraft med tiden. Det är enligt honom källan till energin som drar upp järnbiten och han menar att det när den här kraften är borta så har vi samma energi som tidigare.
Vad jag hävdar är att magneten förlorar sin kraft även om den inte skapar lägesenergin och därför så kan jag inte säga att jag är nöjd med det svaret.
Frågan är alltså vilken energi som omvandlas till lägesenergi. Snälla svara så fort som möjligt! /Niklas S, Gullmarsskolan, Lysekil - Skaftö
Svar: Niklas! Vi svarar alltid så fort som möjligt!
Nej, magneten förlorar mycket lite kraft genom att dra åt sig järnbiten. Det är helt enkelt en fråga om "lånad" energi. När järnbiten sitter fast på magneten är den bunden och systemet har lägre energi är systemet magnet - järnbit långt ifrån varandra. Observera att magnetfältet inte utför något arbete när järnbiten sitter stilla under skivan (arbete är ju kraft*väg). Fysiker skulle säga att järnbiten befinner sig i en potentialgrop. Bindningsenergin magnet - järnbit frigöres när man låter dem komma närmare varandra. Denna energi kan t.ex. frigöras i form av värme när magneten och järnbiten kolliderar med varandra.
Om du sedan vill separera magneten och järnbiten igen så får du utföra ett arbete - kraften*sträckan (lite komplicerat att beräkna eftersom kraften inte är konstant).
Problemet är fysikaliskt helt ekvivalent med en rymdprob som binds av gravitationsfältet från en planet eller en fri elektron som fångas in av en atom: summan av lägesenergi och rörelseenergi är konstant. När den ena ökar så minskar den andra med samma belopp. /Peter E
Fråga: Vad är magnetism? /Carl K, Margretelund, Åkersberga
Svar: Hej Carl! Det är inte lätt (dvs i princip omöjligt) att på ett enkelt sätt förklara magnetism. Se magnetism för några aspekter - delvis ganska avancerade. Artikeln om magnetism i Nationalencyclopedins artiklar (magnetism ) är bra och relativt lättförståeliga. På ditt stadium är det, eftersom magnetism är så komplicerat, bättre att du genom experiment studerar fenomenet. Våra snacks under länk 1 beskriver några experiment.
Svenska Wikipedia definierar magnetism som
Magnetismett fenomen med vilket ett material utövar attraktiva eller repulsiva krafter på andra material. Det finns ett antal välkända material som har lätt påvisbara magnetiska egenskaper såsom kobolt, järn och nickel, vilka alla är ferromagnetiska. Dock påverkas i större eller mindre grad alla material av magnetfält. Magnetismen kan ytterst härledas till elektriska laddningar i rörelse. Ordet Magnetism kommer från Magnesien i dagens Grekland där man hittade de första magnetiska materialen. /Peter E
Fråga: I en uppställning med två motriktade permanentmagneter, dvs nord mot nord, uppstår repellering. Placerar man dock en järnkärna mellan magneterna uppstår det attraktion mellan magneterna och järnkärnan. Vad händer? Blir järnkärna genom sina feromatiska egenskaper en magnet med mot satt egenskap till permanentmagnetena, dvs, syd-nord-nord-syd.
Detta fenomenet uppsår endast om man har hela järnkärnor; om man placerar ett flertal små brickor utslagna i valsad plåt, med samma bredd som en hel järnkärna, mellan magneterna uppstår det ingen attraktion. Varför?
Ett annat fenom jag undrat över är magnetfältet utformning. Om man placerar järn mellan två motriktade järnkärnor så leds magnetfältet radialt ut ur järnkärnan, dvs magnetfälet pressas ur järnet i en båge för att återvända in i sydpolen. Varför? /Christian N, Katedralskolan, Lund
Svar: I ferromagnetiska material finns magnetiska domäner (områden). Utan yttre magnetfärlt är dessa orienterade slumpmässigt, se vänstra delen av bilden nedan (från länk 1). Om man applicerar ett magnetfält kommer domänerna att orientera sig parallellt med detta, se andra bilden. (Eventuellt är det så att domäner med "rätt" riktning växer, se länk 1.)
Med två nordpoler mot varandra får man mycket riktigt repulsion. Om man sätter in en järnbit får man nedanstående situation:
| S N | | s n n s | | N S |
magnet järn magnet
N och de inducerade s kommer att ge attraktion. n-n i mitten ger visserligen repulsion, men järnbiten hålls samman av de normala atomära krafterna. Vi får alltså nettoattraktion.
I det andra fallet nedan med två järnbitar får man exakt samma konfiguration av nordpoler och sydpoler, men de mittersta n-n hålls nu inte ihop. Du kommer nu att få en nettorepulsion mellan de två permanentmagneterna.
| S N | | s n | | n s | | N S |
magnet järn järn magnet
Om jag förstår sista delen av frågan rätt så frågar du varför fältet i en järnbit mellan två nordpoler "flyr" ut ur järnet. Det är för att lika fält repellerar varandra, se två motriktade nordpoler i länk 2.
Fråga: Jag har läst här på frågesidan om magnetiska monopoler. Svaren ni ger innebär att inga teoretiska hinder finns för deras existens. Detta är fullständigt nonsens enligt min mening. Självklart finns inga monopoler eftersom inga poler alls existerar. Jag hävdar att alla magnetiska fenomen enkelt låter sig förklaras med Coulombs lag och relativistisk längdkontraktion. Tag t.ex två parallella motriktade elektriska stömmar. Ömsesidigt ser elektronerna en elektronvärld i grannens tråd som har längdkontraherats relativistiskt varför coulombrepulsion uppträder. I alla lägen kan magnetism förklaras genom två enkla principer:
1. Lika strömmar attraherar varandra, motriktade strömmar repellerar varandra där kraften är en relativistisk coulombkraft.
2. All s.k. magnetism uppkommer ur elektriska strömmar.
Insisterar man med att införa begreppet magnetfält och magnetiska poler kan man ju försöka klargöra var polerna finns i det cirkulära magnetfältet kring en elektrisk ledare. Är jag helt fel ute här eller?
/Bernt S, Dahlstiernska gymnasiet, Mellerud
Svar: Den generellt accepterade statusen vad gäller existensen av magnetiska monopoler är att inga teoretiska hinder finns för deras existens. Du kan kalla det fullständigt nonsens om du vill, men statusen är ett faktum. Vi som svarar i frågelådan kan inte allt, och det finns säkert felaktiga svar, men vi gör vårt bästa och försöker alltid svara så korrekt som möjligt.
Maxwells ekvationer (se bilden nedan och länk 1) sammanfattar de klassiska egenskaperna av elektromagnetism på ett utomordentligt kompakt sätt. Matematiken är inte helt lätt, men alla måste ändå slås av skönheten i dessa fyra ekvationer (i ordning uppifrån och ner):
Gauss lag för elektricitet
Faradays induktionslag
Gauss lag för magnetism (frånvaron av magnetiska monopoler)
Amperes lag
Den sista ekvationen är även grunden för elektromagnetisk strålning.
Vad gäller magnetiska monopoler (Magnetic monopole ) så är det mycket möjligt att de inte existerar. Ett skäl är att de om de existerade borde vara ganska lätta att detektera, men man har inte sett några indikationer i något experiment (Magnetic Monopole Searches ). Om magnetiska monopoler existerar måste naturligtvis den tredje ekvationen nedan modifieras.
Fråga: Vad är egentligen nord och sydpolen på en magnet?
Jag vet att magneten ställer in sig efter jordens magnetiska poler men eftersom hela magneten är gjord av samma material så undrar jag hur polerna på magneten kan vara så olika? /Amanda C, Strängnäs Montessoriskola, Stallarholmen
Svar: Amanda!
Låt oss titta på en stavmagnet av järn. Varje liten järnatom är faktiskt en liten miniatyrmagnet i sig - det har att göra med hur elektronerna roterar kring atomkärnan. I ett stycke omagnetiskt järn pekar de här "atommagneterna" åt alla möjliga håll. Om vi däremot kan få de allra flesta järnatomerna att ställa in sig så att deras magnetfält pekar åt samma håll, blir resultatet att hela järnstycket blir magnetiskt.
En stavmagnet kan man tillverka genom att lägga en järnstav i ett redan existerande magnetfält - t.ex. en stor permanentmagnet (som du vet är ju jorden själv är en jättestor, men rätt svag, magnet!) eller en elektromagnet (se Elektromagnet , dess magnetfält uppstår när en ström går genom en ledare, och försvinner när man slår av strömmen).
Som du påpekar pratar vi om att magneter har två poler - nord och syd. Det betyder inte att det är någon "inre" skillnad på järnatomerna i nord- och sydändan, utan det man vill uttrycka med de olika namnen är i stället att magnetfältet som omger magneten har en viss riktning - det lämnar magneten vid nordpolen och kommer tillbaka in i sydpolen - se bilden nedan!
Fundera på: vad händer om vi delar en stavmagnet på mitten i två delar? Får vi en nordpol och en sydpol, eller två kortare stavmagneter?
Fråga: Hej.
Jag har problem med en uppgift som är så här:
En U-formad magnet är placerad på en våg. En rak ledare är fast monterad med hjälp av stöd som ej berör vågen.
När Ledaren L ej är strömförande visar vågen 435,8g. När en viss ström flyter genom L, visar vågen 438,0g.
A) Åt vilket håll flyter strömmen?
B) Hur stor kraft verkar på ledaren?
Det hela sett från sidan (starkt förenklat):
N S
I I
I o I
I I
I-----I
*********
* våg *
O = ledaren och I:na och ---- är ett försök till en U-magnet.
Oavsett om tummen pekar inåt eller utåt tycker jag att mina fingrar pekar åt höger- hur blir det någon skillnad?
Tack på förhand! /Sarah F
Svar: Sarah!
För att lösa problemet (som vi tolkat det) kan vi använda vad som brukar kallas Flemings vänsterhandsregel. Den beskriver de relativa riktningarna mellan magnetfältet B, strömmen I och den resulterande kraften F om vi har en strömförande ledare som befinner sig i ett yttre magnetfält.
Använd din vänstra hand för att illustrera vad som händer. Spreta med fingrarna så att tummen, pekfingret och långfingret bildar räta vinklar med varandra. Om långfingret pekar i strömmens riktning så går magnetfältet längs pekfingret. Tummen visar nu åt vilket håll kraften F är riktad.
Titta på bilden nedan (hämtad från Länk 1).
Hur ska vi nu tillämpa detta på problemet med magneten, ledaren och vågen? Enligt problemtexten ger vågen större utslag när strömmen går genom ledaren - magneten påverkas alltså förutom tyngdkraften av ytterligare en kraft i nedåtgående riktning. Det är naturligt att anta att ledaren då utsätts för en kraft med samma storlek men motsatt riktning - alltså uppåt.
Vad säger detta om åt vilket håll strömmen i ledaren går? Jo, ledaren befinner sig ju i magnetfältet från den U-formade permanentmagneten. Detta fält går ju (definitionsmässigt) från N till S - från vänster till höger i bilden.
Nu kan vi använda oss av Flemings fingerknep: låt vänstra handens tumme peka uppåt. Nu är det dags att orientera pekfingret längs permanentmagnetens fältlinjer, från N till S. Långfingret pekar då i strömmens riktning - ut från pappret som du ritat bilden.
Hur stor är nu kraften? Jo, den motsvarar ju den skenbara massökningen hos permanentmagneten som vågens utslag visar - dvs den kraft som gravitationen påverkar en massa på 438,0 - 435,8 = 2,2 g med. F = m*a ger F = 0,0022 [kg] * 9.81 [m/s^2] = 0.021582 newton.
Se länk 1 nedan för en sammanfattning av några vanliga frågor kring magnetism (bilden på Flemings regel är hämtad därifrån).
Fråga: Hej!
Jag har hört att om man tappar en magnet, så kan den magnetiska effekten minska. Stämmer detta (min sambo trodde att jag hade hittat på det själv...) och vad beror det i så fall på? /Paulina L, Örkelljunga
Svar: Hej Paulina! Din sambo har fel (inte för första gången ). Magnetismen i en permanentmagnet orsakas av att s.k. domäner, som är stora (jämfört med atomernas storlek) områden som har samma magnetiseringsriktning, samverkar genom att ha samma magnetiseringsriktning. Om man slår på magneten kan domänerna störas och ändra riktning. Magnetiseringen minskar då. /Peter E
Fråga: Hejsan! Vi satt på vår NO-lektion förra veckan. Läraren förklarade att magneterna alltid bestod av två poler. han visade oss några enkla experiment med en stavmagnet. Då kom jag på frågan som jag tänker ställa. Om man skulle göra en helt rund magnet, hur skulle polerna fördelas då? Hur skulle magnetfältet se ut? Vad är det som styr uppdelningen vilket som blir syd- och nordpol? Jag skulle vara mycket tacksam för ett svar. /Anton J, Skanskenskolan, Mörbylånga
Svar: Det har liten betydelse hur magneten utformas. Det som bestämmer magnetfältets utseende är hur de små dipolerna (en N-pol och en S-pol i två olika punkter) är orienterade. Det jordmagnetiska fältet ser nästan ut som en stavmagnet trots att det bildas av elektriska strömmar i en klotformig järnkärna, se bilden från USGS: Jordmagnetiska fältet .
Magnetfältet bildas alltså av strömmar som uppstår i den flytande järnkärnan som finns i jordens centrum. Om du har en ström som går i en cirkulär slinga, så får du ett magnetfält vinkelrätt mot slingans plan. Riktningen ges av högerhandsregeln.
Observera alltså att det är inte en permanentmagnet eftersom temperaturen i centrum (c:a 4000oC) är mycket högre än maxtemperaturen för ferromagnetism (Curie-temperaturen).
Fråga: Jag vet att det finns tre ämnen (förutom de paramagnetiska som t ex Aluminium) nämligen Järn, Kobolt och Nickel. Dessa ämnen är de ämnen som lättast blir magnetiska.
Min fråga lyder: Varför är det "nästan" bara dessa ämnen som kan bli magnetiska? Vad har det att göra med? /Anton L, Västerskolan, Uddevalla
Svar: Det man normalt kallar för magnetiskt är ferromagnetiska ämnen. Dessa uppvisar vid en temperatur som understiger den s.k. curietemperaturen starka magnetiska egenskaper, se ferromagnetism.
Av rena metaller är det endast järn, nickel och kobolt som är ferromagnetiska. Gadolinium är precis på gränsen att vara ferromagnetiskt vid rumstemperatur. En lista på ferromagnetiska material finns här: Ferromagnetism .
De magnetiska egenskaperna har att göra med elektronstukturen. De 6 (Fe), 7 (Co) eller 8 (Ni) 3d elektronerna växelverkar och kvantmekaniska utbyteskrafter skapar vad man kallar för domäner (områden med magnetiseringen i samma riktning). Detta kallas ferromagnetism.
Ett yttre magnetfält, t.ex. från en spole med en ström, förstärks av ett ferromagnetiskt material eftersom de urspungligen slumpmässigt orienterade domänerna ställer in sig i magnetfältets riktning, se nedanstående bild. Ju fler och större domäner som riktar in sig efter spolens magnetfält, desto starkare blir det resulterande magnetfältet.
Man kan tycka det är konstigt att neodym (se Neodynium ) inte finns på listan av ferromagnetiska ämnen - neodym-magneter är ju de starkaste permanentmagneterna. Anledningen är att magneterna inte är rent neodym utan föreningen Nd2Fe14B, som faktiskt innehåller mest järn.
Se vidare den utmärkta HowStuffWorks-artikeln (på engelska) under länk 1 och 'magnetism hos olika ämnen' i Nationalencyklopedin .
Fråga: Kan vi ladda svaga permanentmagneter som vi redan har. /Ove E, Mariaskolan, Mariestad
Svar: Ja i princip kan man "ladda" magneter genom att lägga dem inne i en spole och låta en stark ström gå genom spolen. Det är dock inte säkert att de blir så jättestarka. Jag förmodar att ni har den "gamla vanliga" typen av stavmagneter som finns i de flesta skolor. Nu för tiden kan man köpa små magneter som är mycket starkare. /Gunnar O
Fråga: Hej!
Hur är det med begreppen magnetiska syd-resp nordpolen.
I vissa böcker står det att det är den magnetiska nordpolen
som ligger intill den geografiska nordpolen i andra står
det att det är den magnetiska sydpolen som ligger intill
den geografiska nordpolen. Hur är det egentligen? Vilken
källa ska man lita på?
Hälsningar Eva /eva l, hällaryd, karlshamn
Svar: Såsom vi har definierat de magnetiska polerna, är den norra magnetiska
polen faktiskt en magnetisk sydpol. /KS
Fråga: En järntråd är spänd och dras mot en magnet. Tråden är kopplad till en kub.
Man ska vrida på ström tills tråden glöder. Då släpper magneten och trådens
magnetism försvinner. Hur? /Eva G
Svar: Starkt magnetiska material kallas ferromagnetiska. För varje material finns
en viss temperatur ovanför materialet inte längre är ferromagnetiskt. Det
kallas curiepunkten. För rent järn är det 770oC. Så vad som händer är att trådens temperatur överstiger curietemperaturen. /KS/lpe
Fråga: Hur kan man förklar magnetism i enkla ord? /Christina E, Vitvattnets skola, Kalix
Svar: Christina! Det är inte så enkelt, men låt oss försöka!
Två parallella ledare dras mot varandra om strömmen genom dom går åt samma håll. Går den åt olika håll, stöts de ifrån varandra. Detta kan inte förklaras på något enkelt vis, det är en fundamental egenskap hos naturen.
Alltid när man har med magnetism att göra, kan man beskriva fenomenet som orsakat av strömslingor. Har vi en elektromagnet, är det ju uppenbart var vi har strömslingan, i andra sammanhang är det fråga om atomära strömslingor.
Bilden nedan visar ett antal exempel på magnetfält.
En ström i en ledning ger upphov till ett cirkulärt magnetfält
En ström i en slinga ger upphov till ett dipol-magnetfält
Flera slingor (spole) med en ström ger starkare fält
Fältet i en permanentmagnet liknar det man får från en spole
Fråga: Hej!
Jag har en elev som frågade mig härom dagen angående magnetism.
Jag hade pratat om skillnaden mellan en vanlig järnbit och en magnet
och påstått att alla magneter förr eller senare går mot en kaotisk
struktur och därför förlorar sina magnetiska egenskaper.
Sedan pratade vi om jordens magnetfält och orsakerna till det.
Jag berättade om jordens flytande järnkärna och att de magnetiska
polerna genom tiderna har rört på sig.
Frågan jag fick var: Är även jordens magnetfält i avtagande?
Om alla andra magneter blir sämre med tiden, borde inte även
jordens inre gå mot kaos?
Jag har aldrig hört talas om att jordens magnetfält skulle
minska - har ni gjort det? Om inte - vilka krafter är det som
vidmakthåller det?
Jag är hemskt tacksam för svar.
/Magnus G, Viksjöskolan, Järfälla
Svar: Järn är ett så kallat ferromagnetiskt material. Inom små områden (domäner)
är
järnet starkt magnetiserat. I vanligt järn är magnetiseringsriktningen
för de olika domänerna sådan, att energin i det yttre magnetfältet
minimeras. När vi gör en magnet tvingar vi, med ett yttre magnetfält,
domänerna att inta en systematisk riktning, naturligtvis ett högre
energitillstånd. Eftersom naturen strävar mot lägre energitillstånd,
är det troligt att magnetiseringen så småningom upphör. Tidsskalan är
nog
lång vid rumstemperatur. Magnetit (Fe3O4), som är
ferromagnetiskt, har behållit sin magnetisering i hundratals miljoner år
gamla bergarter.
Järnet i jordens inre är inte ferromagnetiskt, temperaturen är alldeles
för hög där (över den s.k. Curie-punkten 768oC, Curie_temperature ). Jordens magnetfält beror snarast på, att det inre är
elektriskt
ledande. Elektriska strömmar i kärnan ger upphov till magnetfältet, som
varierar med tiden, beroende på konvektionsströmmarna i manteln. Sydpol
och nordpol kastas om flera gånger på en miljon år. /KS/lpe
Varför blir järnföremål, t,.ex en spik, magnetiska när de kommer i
kontakt med parmanentmagneter? /Alexandra G, Öjersjö storegård, Partille
Svar: En vanlig järnspik är faktiskt magnetisk från början, eller rättare,
den består av en väldig massa småmagneter (domäner) riktade i stort
sett slumpmässigt. En domän är ungefär en tusendels mm. Eftersom domänerna
är riktade åt alla håll, blir det inget yttre magnetfält, man säger
att spiken är avmagnetiserad.
Om man lägger spiken mot en magnet, kommer magnetfältet att gå genom spiken.
En del av domänera i spiken kommer att ställa in sig efter det yttre fältet.
Tar man sedan bort spiken, kommer en del av domänerna att behålla den nya
riktningen. Spiken har blivit (en ganska dålig) magnet. /KS
Fråga: Kan man mäta hur "stark" en magnet är?
Med andra ord : Finns det någon enhet för magnetism? /Carina J, Älmhult
Svar: Magnetiskt flöde mäts i enheten Wb (weber), som är detsamma som Vs (voltsekunder). Magnetisk flödestäthet mäts i enheten T (tesla), som är detsamma som Wb/m2 (weber per kvadratmeter). Man kan mäta magnetfältets styrka på flera sätt, men den enklaste är med en s.k. hallplatta, se länk 1.
Som exempel kan nämnas att de jordmagnetiska fältet har en flödestäthet av ungefär 0.0001 T, mättnadsfältet i järn är ungefär 2 T och med supramagnetiska lindningar kan man åstadkomma 10 T. På neutronstjärnor har man mätt flödestätheter på över 1000000000000 T. /KS/lpe
Fråga: Vi läser just nu om elektricitet, elektriska fält mm.
Vi började prata om ett experiment som vetenskapsmän från England
och Holland utförde 1997. De gjorde en groda till en magnet med hjälp av
elektromagnetism och fick den på så sätt att sväva.
(Illustrerad Vetenskap nr 2 1998, s.63)
Vi undrar nu hur de lyckades med detta. Vi vet ju att de använde
elektromagnetism, men hur fungerarade det i praktiken?
Hur stora magneter var man tvungna att använda och vilka storheter
var det på den energi som användes? Har försöket gjorts om någonstans?
Hur dokumenterades försöket? Finns det fler bilder (förutom den i tidningen)? /Matilda B, Sandagymnasiet, Huskvarna
Svar: Effekten uppkommer för diamagnetiska ämnen i
starka, inhomogena magnetfält. De flesta ämnen är diamagnetska, det vill
säga, att de har en tendens att "stöta bort" magnetfält. Men effekten
är svag, så det behövs mycket starka magnetfält, i det här fallet
16 tesla (T). High Field Magnet Laboratory i Nijmegen har gjort en hemsida
där du kan få flera detaljer, se länk 1 nedan. A Geim (Andre_Geim ), nobelpris för grafen 2010, var involverad i arbetet med levitation av en groda i länk 1.
Fråga: Är permanentmagneter verkligen permanenta, tar de aldrig slut? /Carl Emil L, Nya Munken, Linköping
Svar: Om man låter magneten vara ifred är den permanent. Bankar man på den med en hammare, kan magnetiseringen minska. Värmer man den, försvinner magnetiseringen helt vid en viss temperatur (curiepunkten, se fråga 8876 ).
Bilden nedan visar magnetfälten för en ensam permanentmagnet, två magneter med olika poler mot varandra och två magneter med lika poler mot varandra.
Fråga: Hur skärmar man av magnetism?
Jag vet att man kan använda någon form av bur (Faraday).
Måste denna vara helt sluten (som ett klot),
kan den vara kubisk eller kan den vara cylindrisk sluten
eller öppen i ändarna?
Har det någon betydelse vilken form magneten har?
Om den är cylindrisk kort d=15 mm, h=10 mm) eller
lång (d=15 mm, h=500 mm)?
Är det möjligt att skärma av en del av magnetfältet (en av polerna)? /Claes L, Katrinelundsgymnasiet, Göteborg
Svar: Man brukar använda mymetall.
Mymetallär en nickel-järn legering (med ungefär 77% nickel, 16% järn, 5% koppar och 2% krom eller molybden) som kännetecknas av sin höga magnetiska permeabilitet. Dess höga permeabilitet gör mymetall mycket effektivt till att skärma av statiska eller lågfrekventa magnetfält, som inte kan dämpas med andra metoder (mymetall ).
Bäst skärmning får man om behållaren är helt sluten, men ofta är det inte praktiskt möjligt. Den vanligaste situationen är, att man vill skydda något (till exempel en fotomultiplikator) från yttre, störande magnetfält. Då måste ju ljus kunna komma in i ena änden, och ledningarna komma ut i den andra. Man omger fotomultiplikatorn med ett rör av mymetall. Lite magnetfält kan då läcka in i ändarna.
Formen har ingen betydelse om skärmningen är sluten. Skyddet få inte vara alltför tunnt, men det är ingen vinst med att göra det mycket tjockt, ett par mm räcker. Vill man skärma starka magnetfält effektivt bör man ta flera tunna isolerade lager hellre än ett tjockt.
Nej, det är inte möjligt att skärma av bara den ena polen. Kraftlinjerna bildar ju slutna slingor.
Ett alternativ som används för att bli av med magnetfältet utanför moderna MR-kameror (magnetresonans, MRI) är aktiv kompensation. Man mäter helt enkelt ströfältet och tar bort det med små elektromagneter. /KS/lpe
Fråga: Vad är cyklotronfrekvens? /maria e, vasagymnasiet, arboga
Svar: Cyklotronfrekvens är den frekvens en partikel har i en cirkelbana med i ett homogent magnetfält B i en cyklotronaccelerator.
Från
mv2/r = Bev
och
T = 2p r/v = 1/f
härleds lätt cyclotronfrekvensen (antal varv per sekund)
f = Be/(2p m).
Övriga beteckningar:
v - elektronens hastighet
r - cirkelbanans radie
T - tid för ett varv
f - frekvensen (varv per sekund)
e - elektronens laddning
m - elektronens massa
Så länge massan inte ändras (dvs så länge vi inte behöver ta hänsyn till relativitetsteorin) är cyklotronfrekvensen oberoende av avståndet från centrum r. Se vidare Cyclotron . /LPE
Fråga: Jag och en kompis har som specialarbete tillverkat en supraledare. Den uppvisar meissnereffekt precis som den ska göra. Det är dock en sak vi undrar över. Om man lägger en magnet på supraledaren då den befinner sig i rumstemperatur, dvs normaltillståndet, lägger sig givetvis magneten rakt ned på supraledaren. När man sedan kyler hela systemet lyfts magneten dock upp en liten bit. Detta innebär ju en ökning i lägesenergi, med följden att ett arbete måste ha utförts. Hur kan detta ske då vi endast tagit bort energi från systemet genom att kyla det? Vi observerade även en annan sak som vi inte hittat några referenser till i någon litteratur. Om man försiktigt lägger ned magneten på supraledaren då den är supraledande kommer magneten att sväva ungefär en centimeter ovan för supraledaren. Om man sedan trycker ned magneten ungefär halvvägs och därefter släpper kommer magneten att stanna ca en halv centimeter ovanför ytan. Därefter finns det ytterligare ett läge, bara ett par millimeter ovanför supraledaren, där magneten kan stanna. Hur kommer det sig att magnet kan sväva olika högt på detta sätt? Till sist undrar jag hur man hittar information om supraledning inom medicin. Jag hade tänkt att födjupa mig inom detta område. /
Svar: Det är roligt att höra att ni lyckats göra en supraledare. Det vore trevligt om ni skrev till oss och berättade era erfarenheter och vilket recept ni använde. När supraledaren kyls ner så sker en sorts fasomvandling inne i supraledaren. Det nya, supraledande tillståndet har en lägre energi än det normala tillståndet. Energin till att lyfta magneten kommer från denna fasomvandling. När ni trycker ner magneten så att den kommer närmare supraledaren ökar magnetfältet vid supraledaren. Detta gör att det supraledande tillståndet föstörs i vissa delar och magnetfältet kan då tränga in i där. I själva verket penetrerar magnetfältet supraledaren i tunna trådar sk vortexlinjer. Lyftförmågan minskar därvid. Tillämpningar inom medicin känner jag inte till förutom att man använder supraledande magneter för att skapa de magnetfält som användes inom NMR. /Gunnar O
). Magnetismen i en permanentmagnet orsakas av att s.k. domäner, som är stora (jämfört med atomernas storlek) områden som har samma magnetiseringsriktning, samverkar genom att ha samma magnetiseringsriktning. Om man slår på magneten kan domänerna störas och ändra riktning. Magnetiseringen minskar då.
Sök i svenska Wikipedia:
