Svar:
Jag antar du tänker på den förfärliga olyckan i Göteborg, länk 1, där en 18-årig pojke dödades och en 17-åring fick livshotande skador av starkström när de klättrade upp på taket på en godsvagn.

Om man har att göra med högspänning - det är spänningar över 1000V - kan man få överslag genom luften och mycket allvarliga skador från en urladdning. Vad som händer är att om ett jordat föremål (t.ex. en person) kommer tillräckligt nära en högspänningsledning så blir det elektriska fältstyrkan så hög att luften joniseras (det bildas fria elektroner och joner). När luften joniserats leder den ström utmärkt, och man får en urladdning.

Luftledningarna för tåg har en spänning på 16000V. Hur stort riskområdet är varierar mycket med förhållandena (luftfuktighet, förekomsten av spetsiga föremål mm), men säkerhetsavståndet är minst 2 meter. Detta betyder att det är livsfarligt bara att klättra upp på ett vagnstak.

De flesta har en hälsosam repekt för blixtar från åskväder, men denna respekt tycks inte finnas för högspänning. Naturligtvis är åskväder överslag på lite större skala än från högspänningsledningar, men skadorna man får om ett överslag går genom kroppen är liknande. Bilden nedan visar hur varningsskylten för högspänning ser ut. Tänk på att anläggningar med högspänning är mycket farliga även om man inte direkt vidrör utrustning!

Mer om högspänning och elsäkerhet

Wikipedia-artikel om faror med högspänning (engelska): High_voltage

Electrical Safety: Allmänna säkerhetsråd från Princeton University, bland annat tabell med verkningar som funktion av strömstyrka (engelska)

Electric Shock: En mer fysikalisk approach från HyperPhysics

LIVRÄDDNING VID ELSKADA - handledning vid första hjälpen: Broschyr med råd om olyckan är framme

Se även länken om elsäkerhet nedan.

/Peter E 2005-11-15

Svar:
Hej Crister! Intressant fråga. Jag vet inte så mycket om elektriska ålar, men man kan väl läsa på :-).

Jens Carlsson har svarat i Frågor om fisk, Umeå:

En elektrisk ål (Electrophorus electricus) är egentligen ingen ål utan tillhör ordningen karpfiskar, underordning Gymnotoidei. Den påträffas i Central- och Sydamerikanska vatten (alltid i sötvatten) där den lever solitärt. Den kan bli upp 2.2 m lång och lever på både andra fiskar och olika frukter.

Fisken är känd för att kunna avge starka elektriska chockar (upp till 550 volt och 1 ampere). Den använder elektriciteten både för att bedöva byten och för att försvara sig mot angripare. Dessutom kan den kommunicera med andra ålar och navigera mha elektricitet.

Man ansåg förr att den "elektriska chocken" var tillräckligt stark för att döda en människa vilket inte är helt sant. Chocken är visserligen väldigt obehaglig men endast personer med hjärtbesvär ligger i riskgruppen för att dö. Man kan dock avlida om man utsätts för upprepade stötar.

Fiskens inre organ är placerade i kroppens främre del. Den resterande delen utgörs av stjärten där är också de strömalstrande organen är lokaliserade. Dessa organ består av muskler som enskilt producerar elektricitet. Varje muskel ligger ordnad som seriekopplade batterier där huvudet utgör plus-polen och stjärten minus-polen. När ålen vilar alstras ingen ström men så fort den rör sig avger den ca. 25 pulser per sekund. När fisken är stressad kan frekvensen gå ända upp till 50 pulser per sekund.

NÃ¥gra fysikaliska kommentarer till detta:

Det är inget konstigt att en spänning kan genereras i levande celler. Muskelceller och nervceller skapar t.ex. elektriska fält genom att transportera kaliumjoner.

Enskilda celler hos den elektriska ålen har mycket låga spänningar (c:a 0.1V), men med flera tusen seriekopplade celler kan fisken generera en spänning på flera hundra volt.

Bilden nedan visar schematiskt hur fisken ser ut. De elektriska cellerna finns alltså längs sidorna. När de aktiveras får man en positiv potential fram och negativ bak. Strömmen kommer då att gå genom vattnet som linjerna visar. Om ett bytesdjur eller ett rovdjur kommer i närheten (representeras av den röda cirkeln), går strömmen igenom denna i stort sett på samma sätt som den skulle göra om det bara var vatten. Strömmen kommer i snabba pulser - fisken måste "ladda batterierna" efter varje puls.

Den elektriska ålen lever ofta i ganska grumliga vatten. Den har därför utvecklat en "svagströmsvariant" (i själva verket har denna säkert utvecklats först) av det elektriska fältet. Från ett bytesdjurs påverkan av strömmarna kan den elektriska ålen bestämma bytets position. Fisken har alltså utvecklat ett "elektriskt sinne" som komplement till synen.

Se vidare Elektricitet som skydd och vägledning, Electric_eel och
Darrål.

När fisken aktiverar musklerna bildas även ett knäppande ljud, se och hör i videon här:

/Peter E 2007-01-31

Svar:
Hej Fanny! Intressant fråga! Någon definitiv förklaring kan jag inte ge dig - för det måste man har mer data. Låt mig först svara i en form man skulle göra om du skickat in en vetenskaplig artikel om det observerade fenomenet:

Artikeln 'Teskedslyft med tankekraft' beskriver en mycket intressant observation. Experimenten är mycket väl beskrivna och tom illustrerade med en videoupptagning (länk 1). Den teoretiska tolkningen är intressant men inte heltäckande. Författaren visar emellertid en sund skepsis till tolkningen att fenomenet skulle vara av magnetisk karaktär.

Artikeln kan emellertid inte accepteras för publicering i sin nuvarande form i tidskriften 'Paranormal phenomena' eftersom författarna inte utfört de mest grundläggande kontrollexperimenten: om fenomenet är av magnetisk karaktär skulle användning av ett icke magnetiskt föremål (av koppar eller icke-metalliskt) kunna utesluta magnet-teorin.

Förklaringen att föremålen fastnar på pannan pga ett med viljan skapat magnetfält är ett exempel på parapsykologi, ett delområde inom psykologin, som behandlar hypotetiska psykologiska fenomen som inte låter sig förklaras i termer av kända naturlagar. Parapsykologi är studiet av påstådda paranormala fenomen. Studieobjekten inkluderar extrasensorisk perception (ESP), psykokinesi, telepati och medvetandets överlevande efter döden. Skeptiska forskare menar att uppenbara experimentella framgångar förklaras av metodologiska brister snarare än av parapsykologerna föreslagna anomalier. Några kritiker hävdar också att parapsykologi går över gränsen till att vara pseudovetenskap (se Pseudovetenskap). Hittills har inga belägg för existensen av paranormala fenomen accepterats av den etablerade vetenskapen. Se vidare Parapsychology. James Randi Educational Foundation är en välkänd kritiker av paranormala fenomen.

I det beskrivna fallet finns det ingen anledning att involvera paranormala förklaringar. För det första skulle magnetisk påverkan lätt kunna uteslutas genom att man prövar med ett icke magnetiskt föremål. För det andra finns det en utmärkt fysikalisk förklaring till fenomentet: adhesion som är attraktion mellan två olika material, se länk 2. Ett tunnt lager av svett skulle säkert kunna ge tillräcklig adhesion för att förklara fenomenet.

Att de personer som var bäst på att hålla fast skeden var vana att meditera är egentligen inte heller så konstigt. De är säkert bra på att kontrollera sina rörelser, och det gäller att eliminera detta om skeden skall stanna kvar.

Visserligen förekommer det svaga elektriska stömmar i kroppen, men de är alldeles för svaga för att orsaka ett mätbart magnetfält. Fråga [3122] som du refererar till involverar mycket stora magnetfält.
/Peter E 2007-02-16

Svar:
Catarina! Ja, man kan få blixtar från vulkanutbrott, se bilden nedan från Wikipedia (Lightning). Detta har beskrivits redan av Plinius den äldre som detaljerat beskrev det vulkanutbrott som år 79 eKr begravde bland annat Pompeji.

Förhållandena vid ett vulkanutbrott är rätt lika vad man har vid ett vanligt regnåskväder: varm luft som stiger och drar med sig partiklar laddade med statisk elektricitet (dammpartiklar resp. regndroppar). Transporten av de laddade partiklarna ger upphov till ett elektriskt fält som till sist blir så starkt att man får en urladdning - en blixt. Se vidare länk 1 och 2.

Fotnot:

Plinius den äldre omkom i utbrottet när han försökte rädda en vän. Han är en framträdande figur i Robert Harris' spännande (ja, faktiskt, trots att man egentligen vet hur det slutar) och intressanta roman Pompeii (Pompeii_(novel)). Plinius gjorde för tiden mycket avancerade observationer och anteckningar om utbrottet. Se Pliny_The_Elder för mer information om Plinius.

/Peter E 2007-11-06

Svar:
De stora ledningarna (från kärnkraftverken och Norrland) är 380 kV växelström. Enligt Electric_power_transmission är ledningarna normalt en aluminium-legering tillverkad av flera trådar och förstärkta med ståltrådar (se bild i länk 1). Koppar användes ibland, men aluminium har lägre vikt för given kapacitet och är dessutom mycket billigare.

Ledningar i havet är ofta högspänd likström - med eller utan returledning. Man kan använda vattnet för att sluta slingan men då får man en oönskad ström genom vattnet/marken. Högspänd likström (HVDC) utvecklades tidigt av ASEA och de (ABB numera) är forfarande en ledande tillverkare.

Anledningen till att man vill ha hög spänning är att resistansförlusterna blir mindre med ökande spänning. Den transporterade effekten är

  P = UI dvs I = P/U

Resistansförlusterna om ledningens resistans är r blir

  P_r = rI² = r(P/U)²

För givet P och r minskar alltså resistansförlusterna med ökande U.

Växelspänning ger även vissa kapacitetsförluster - speciellt i vatten som ökar dessa förluster. Anledningen till att man inte enbart använder högspänd likström är att transformeringen växelspänning-likspänning-växelspänning är komplicerad och ger förluster. Speciellt bökigt blir det om man vill ta ut den del ström längs ledningen. Detta är enkelt med transformatorer om man använder växelspänning, men inte effektivt med likström. Behovet av avtappning vid transport under vatten finns ju knappast.

Se Baltic_Cable för information om kabeln mellan Sverige och Tyskland som faktiskt enligt artikeln saknar returledning! Förutom att vi alltså skickar ström genom de stackars torskarna i Östersjön så får vi i Sverige betala tyska höga priser för elenergin i stället för det traditionellt låga svenska priserna! Man har emellertid lagt ner dubbla ledare eftersom man i samband med bygget fick kritik från miljörörelsen. Men i stället för att använda den andra ledningen som returledning kör man nu båda parallellt och alltså utan returledning!

Jag stiger nu ner igen från min apelsinlåda :-).

Fotnot om system utan returledning:

System med högspänd likström utan returledning (SWER) beskrivs i en Wikipedia-artikel Single_wire_earth_return. Där säger man bland annat:

SWER violates common wisdom about electrical safety, because it lacks a traditional metallic return to a neutral shared by the generator. SWER’s safety is instead assured because transformers isolate the ground from both the generator and user.

Systemen sägs alltså vara oskadliga, men det råder det inte enighet om.
/Peter E 2007-11-13

Svar:
Hej Sven! Ja, man roterar kontakten på videokabeln så att bilden blir rättvänd :-)!

Nej, jag skojar. Problemet är mer komplicerat än så. Apple support säger följande:

Variations in the earth's magnetic field can affect a monitor's performance, especially if it is moved from one hemisphere to the other.

Monitors based on cathode-ray tube (CRT) technology, including those found in iMac computers, use precisely controlled magnetic fields to direct the flow of electrons to the red, green, and blue light emitting phosphors on the monitor. The earth's magnetic field varies in intensity throughout the world, which can affect the path of this electron beam. During manufacturing, CRT-based monitors are aligned in special areas called helmholtz cages that simulate the magnetic field the monitor is being aligned for. Monitors are typically aligned for the Northern Hemisphere or the Southern Hemisphere, and sometimes for the equatorial region.

A CRT-based monitor purchased in the Northern Hemisphere may not perform correctly if it is moved to the Southern Hemisphere. The reverse is also true because the earth's magnetic fields are not the same in each hemisphere. A monitor moved to another hemisphere may encounter color purity problems that cannot be adjusted out. It is technically possible to realign a monitor to work in a different hemisphere, but the skills and specialized equipment required make it prohibitively expensive for most purposes.

Liquid crystal displays, such as the Apple Cinema Display and the display of an iBook computer, are not affected by the earth's magnetic fields, and can be moved between the Northern and Southern Hemispheres.

Det är alltså det varierande jordmagnetiska fältet som orsakar problemet. Förutom en komponent längs jordytan från söder till norr (ja, faktiskt eftersom den norra magnetiska polen faktiskt definierats som en sydpol) finns en vertikal komponent som på norra halklotet går neråt och på södra halvklotet uppåt. Denna vertikalkomponent kommer att orsaka en förskjutning i sidled som är olika på de två halvkloten och kan tänkas orsaka att elektronstrålarna inte träffar där de skall på skärmen.

Vad som är lite förvånande är att det verkar inte vara något problem med den horisontella komponenten av det jordmagnetska fältet. Denna borde orsaka problem när man vrider skärmen i horisontalplanet. Jag har räknat lite på detta och experimenterat med vår TV, se nedan.

Problemet är emellertid övergående eftersom moderna platta skärmar (LCD- eller plasma-skärmar) inte har någon elektronstråle som kan avlänkas.

Se länk 1 för mer om effekten och Cathode_ray_tube för mer om hur bildskärmar fungerar. Länk 2 beskriver experiment med magneter, men var försktig eftersom alltför starka magneter kan förstöra bildskärmen! Länk 2 beskriver (tyvärr är det radio, så man ser ingenting) även vad som händer när man vänder TVn upp och ner.

Teori och experiment

Låt oss för de mer avancerade försöka beräkna hur mycket en elektron i ett TV-rör påverkas av det jordmagnetiska fältet.

En elektron (laddning e, massa m) rör sig i en cirkelbana med radien r i ett homogent magnetfält av styrkan B tesla. Man får om man sätter kraften från magnetfältet lika med centripetalkraften:

Bev = mv²/r

dvs

r = mv/(Be)

Elektronens hastighet v kan beräknas från

mv²/2 = Ve

dvs

v = sqrt(2Ve/m)

där V är accelerationsspänningen, typiskt 20 kV. Jordmagnetiska fältet varierar, se Earth's_magnetic_field, men låt oss räkna med en horisontalkomponent på 10 mikrotesla. Vi får

r = mv/(Be) = msqrt(2Ve/m)/(Be) = sqrt(2Vm/e)/B

Med insatta värden blir radien

r = sqrt[2200009.11 10^-31/(1.60 10^-19)]/(10 10^-6) = 47.7 m

På 50 cm (rimligt avstånd mellan elektronkanonen och skärmen i en TV) blir då avvikelsen pga magnetfältet 0.5/48 radianer eller

(0.5/48) 0.5 = 0.0052 m = 5.2 mm

Avlänkningen är alltså betydande jämfört med storleken på de fluoriscerade punkterna. Det som gör att de flesta skärmar ändå fungerar när man roterar dem är att alla elektroner påverkas lika av det homogena jordmagnetiska fältet. Man får alltså bara en liten förskjutning av bilden i höjdled.

Jag kollade upp detta på min egen TV som står på ett roterande bord. Jag satte upp en bit maskeringstejp på en skarp linje på en testbild. När man roterar TVn så flyttas bilden ett par mm i höjdled (uppåt om man vrider TVn så att elektronstrålen först går N-S och sedan Ö-V, se fråga [12632] och bilden nedan men glöm inte att strömriktningen är omvänd eftersom elektronerna är negativt laddade). Med tanke på de grova uppskattningarna av TVns storlek och jordmagnetiska fältet, tycker jag att det är en hygglig överensstämmelse mellan teori och experiment.

Jag kan inte komma på någon annan apparat som påverkas av det jordmagnetiska fältet.

Se The Naked Scientists för fler intressanta vardagsfysiksexperiment.

/Peter E 2007-12-28

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-------SL x L

ges kraften i
MagnetForce_between_two_bar_magnets. Det visar sig att kraften för nÃ¥gotsÃ¥när stora avstÃ¥nd gÃ¥r ungefär som 1/x⁴ och för smÃ¥ avstÃ¥nd som 1/x^2.2. Om nordpolerna är vända mot varandra fÃ¥r man en repulsion av samma styrka.

/Peter E 2008-03-01

Svar:
Thomas!

Lätta frågor att svara på: det vet vi helt enkelt inte!

Det finns starka geologiska bevis att polariteten hos jordmagnetiska fältet har ändrats oregelbundet med en medelperiod på c:a en miljon år, se nedanstående figur som visar fältriktningen (magnetiseringen hos nybildade bergarter) under de senaste 160 miljoner åren. Eftersom omvändningen sker snabbt (storleksordningen tusen år, kanske mycket snabbare) så vet man inte hur det sker - vi har ännu inte kunnat mäta en reversering med moderna instrument. I princip skulle polerna kunna vandra så långt att de byter plats eller så kan fältet mellan två olika riktningar vara ett kvadrupolfält.

Nej, man vet inte vad som orsakar omkastningarna. Man tror att det orsakas av kaotiska strömmar av flytande järn i jordens yttre kärna. Solens magnetfält flippar också, men inte kaotiskt som det jordmagnetiska fältet utan med en ganska konstant elvaårsperiod.

Det är möjligt att den kosmiska strålningen och partikelstrålningen från solen kan bli högre vid en reversion, men vi har även en atmosfär som skydd. Det finns inga indikationer på att tidigare reversioner skulle ha påverkat livet, t.ex. med massutdöenden (se Extinction_event).

Se Earth's_magnetic_field för mer om jordens magnetfält och Geomagnetic_reversal om omkastningarna av fältet.

/Peter E 2008-11-20

Svar:
Sebastian! Det behöver inte vara likström, det går bra med nedtransformerad (högst 20 V) växelström, se fråga 4484 nedan.

I dag använder man knappast den klassiska konstruktionen av ringklocka. En ringsignal upplevs störande och negativt. Man använder i stället ofta en Ding Dong konstruktion, se nedanstående figur. Det som skapar ljudet är två behagligt avstämda metallplattor. I länk 1 nedan finns en animerad variant av nedanstående figur. Den visar på ett utmärkt sätt hur en Ding Dong ringklocka fungerar.

Konstruktionen av en vanlig ringklocka är bra beskriven i länk 2. Missuppfattningen att det krävs likström för en ringklocka kommer nog av att man i vissa konstruktioner använder sig av pemanentmagneter. I de konstruktioner som visas här har man mjukjärn som inte har någon permanent magnetisering. En mjukjärnsbit attraheras både av magnetisk sydpol och nordpol, så det gör inget att riktningen av magnetfältet i spolen ändrar sig hela tiden.

En annan anledning till att man ofta använder likström är om man inte har tillgång till en elanslutning. Då använder man batterier, som ju ger likström.

/Peter E 2009-03-25

Svar:
Erik! Det viktiga är att frågan är av allmänt intresse och med åtminstone en anknytning till fysik. Din fråga uppfyller detta väl; det är säkert många som sett Dr House och undrat: är det sant eller påhittat?

Ja, det mycket starka magnetfältet (1-2 tesla) i en magnetkamera utgör ett klart säkerhetsproblem. För det första skulle skiftnycklar, saxar mm från omgivningen kunna slungas med stor kraft mot magneten och därmed patienten. För det andra måste man innan man börjar en undersökning se till att inget ferromagnetiskt finns i patienten. Detta skulle kunna vara allt från proteser, pace-makers etc. till små järnpartiklar som kan finnas i ögat om man sysslat med svetsning. Se mer under MRISafety.

Länk 1 innehåller ev Video producerad av en tillverkare av magnetkameror. Där behandlas bland annat faran med magnetiska material i magnetkameror. Där visas bland annat att en vanlig skiftnyckel kan få tillräcklig hastighet för att slå sönder en tegelsten! Så din nyckel i magen skulle säkert kunna göra stor skada!

Vad är då magnetröntgen och vad används det till?
(delar av det följande kommer från svenska Wikipedia)

MRI (Magnetic Resonance Imaging, tidigare kallat Nuclear Magnetic Resonance {NMR på svenska kärnspinnsresonans} men numera omdöpt utan det i vissa sammanhang negativa 'Nuclear') är en metod att avbilda inre organ ofta som ett komplement till röntgenundersökningar. I stället för att som röntgen vara bra på avbildning av t.ex. ben (tyngre ämnen som calcium absorberar röntgenstrålning) så avbildar man väteförekomsten med MRI. Det betyder att metoden är utmärkt för av avbilda även mjuka delar av kroppen, t.ex. hjärnan.

Magnetisk resonanstomografi (MRT) eller Magnetic resonance imaging (MRI) är alltså en medicinsk teknik för bildgivande diagnostik med en magnetkamera (MR-kamera). Tekniken används för att i undersökta patienter upptäcka, lägesbestämma och klassificera vissa sjukdomar och skador som är dolda eller svåra att se vid röntgen- eller datortomografiundersökning.

Magnetkameran bygger på fenomenet kärnmagnetisk resonans som har varit känt sedan 1940-talet. Tekniken bakom den medicinska bildgivande tekniken utvecklades dock i först i början av 1970-talet av bland andra kemisten Paul Lauterbur och fysikern Sir Peter Mansfield vilka belönades för detta med nobelpriset i fysiologi eller medicin år 2003, se länk 2. Användningen av magnetkameror inom sjukvården började på 1980-talet.

Magnetkameran består av stor statisk elektromagnet i form av en tunnel i vilken patienten läggs. Till det statiska magnetfältet kan varierande fält från flera mindre spolar genereras. Ytterligare spolar fungerar som sändare respektive mottagare av radiovågor.

Magnetresonanstomografi (MRT) använder väteatomkärnor, eftersom väteatomen är den vanligaste i människokroppen. Dessa (som ju har spinn och ett magnetiskt moment) riktar sig mot eller med fältet av det statiska magnetfältet. Tillstånden med vätekärnans magnetiska moment i samma riktning och i motsatt riktning i förhållande till magnetskamerans fält har olika energi, och ett radiofrekvent fält kan inducera övergångar mellan tillstånden.
Varje gång radiovågorna slås av, återgår atomerna till sitt ursprungliga läge, samtidigt som de avger nya radiovågor. Dessa fångas upp av en antenn och informationen omvandlas av en dator till detaljrika tvärsnittsbilder av kroppens inre, se nedanstående animering av ett människohuvud. Genom att låta magnetfältet variera i olika delar av objektet kan man få fram bilder på ett plan i taget. Data kan sedan behandlas i en dator för att producera en serie skivor som i nedanstående bild (från Wikimedia Commons). För vissa tillämpningar kan man producera en komplett 3D-bild som kan roteras.

Mer att läsa om MRI: länk 2 och Magnetic_resonance_imaging.

/Peter E 2009-04-08