Alles over magnetisme

Magneten worden veel gebruikt in het dagelijks leven, bijvoorbeeld om iets op de koelkast of op een whiteboard te plakken of om de weg te vinden met een kompas en het magnetische veld van de aarde. In dit artikel lees je alles wat je moet weten over magnetisme en waar het vandaan komt.

Video

Ben je benieuwd naar de uitleg van magnetisme? Check dan onderstaande video van meneer Wietsma:

 

Magneten

Magneten hebben twee polen: een noordpool en een zuidpool. De twee verschillende polen trekken elkaar aan, terwijl twee dezelfde polen elkaar juist afstoten. De kracht tussen de twee polen komt van het magnetisch veld dat magneten opwekken. Een magnetisch veld is vergelijkbaar met een elektrisch veld: de veldlijnen lopen van noord naar zuid in een magneetveld, net als van plus naar min in een elektrisch veld. De sterkte van het magnetisch veld geven we aan met de letter B. Hieronder zie je hoe de veldlijnen van een permanente magneet lopen.

Figuur 1: De magnetische veldlijnen om een magneet heen, de lijnen lopen van noord naar zuid

Waar komen magneten vandaan?

Magnetisme in een materiaal komt voort uit de atomen waarvan het materiaal is gemaakt. Specifieker nog, de elektronen in deze atomen. In de kwantummechanica hebben elektronen een zogenaamd magnetisch moment. Dit magnetisch moment kan twee richtingen hebben door Pauli’s uitsluitingsprincipe: omhoog en omlaag. Als alle magnetische momenten één richting op wijzen, dan krijg je een magnetische stof. Magneten kunnen globaal verdeeld worden in twee groepen:

• Magneten die zelf magnetisch zijn. Dit noemen we permanente magneten of ferromagneten, of kortweg gewoon magneten. Permanente magneten hebben hun eigen magnetisch veld. Dit kan komen doordat ze van zichzelf magnetisch zijn, of doordat ze met een speciaal productieproces permanent magnetisch worden gemaakt.
• Magneten die magnetisch worden in een magnetisch veld. Deze magneten reageren alleen als er een extern magnetisch veld aanwezig is. De reactie van een magneet kan verschillen en is een eigenschap van het materiaal. We maken onderscheid tussen paramagnetisme, waarbij de polen van de magneet parallel zijn aan het magnetisch veld en diamagnetisme, waarbij de polen van de magneet tegengesteld zijn aan die van het magnetisch veld.

Magnetiseren

Zoals je wel gemerkt hebt kunnen magneten niet alleen elkaar aantrekken, maar ook niet-magnetische stoffen zoals ijzer. Als je een paar keer met een magneet over een stuk ijzer strijkt, dan wordt het stuk ijzer ook magnetisch. Zo kun je bijvoorbeeld met een kurk en een naald een simpel kompas maken, zolang je een magneet bij je hebt. Het magnetisch maken van de naald noemen we magnetiseren. Dit is mogelijk omdat, hoewel ijzer zelf niet magnetisch is, het wel kleine magnetische gebieden heeft. Deze gebieden noemen we de gebieden van Weiss. Normaal gesproken zitten deze gebieden van Weiss helemaal door elkaar in ijzer, waardoor ze elkaars magnetische veld opheffen. Door met een magneet over het ijzer te strijken, zorg je ervoor dat de gebieden van Weiss dezelfde kant op gaan staan. Hierdoor wordt het ijzer vervolgens zelf een magneet, hoewel dit eerst niet zo was.

Elektromagneten

Een andere manier om een magnetisch veld op te wekken is door middel van stroom. Een bewegende lading draagt altijd een magnetisch veld met zich mee. Dit kunnen we gebruiken om een elektromagneet te maken, oftewel een magneet die gebruikmaakt van bewegende ladingen. Hoe sneller de ladingen bewegen, hoe groter het magnetisch veld. Hetzelfde geldt voor hoe groter de lading, hoe groter het magnetisch veld.

Elektromagneten zijn erg handig, omdat je heel gemakkelijk de sterkte van het magnetisch veld kunt bepalen. Een draad waar stroom doorheen gaat heeft een magnetisch veld. De richting van dit magnetisch veld kun je bepalen met de rechterhand regel: wijs met je duim in de richting van de stroom en krul je vingers. Je vingers wijzen dan in de richting van het magnetisch veld. Zie de figuur hieronder voor een illustratie. Vaak worden echter spoelen gebruikt als elektromagneten, omdat ze compacter gemaakt kunnen worden en een sterker magnetisch veld kunnen opwekken. Voor het magnetisch veld om een spoel kun je ook de rechterhand regel gebruiken. Echter krul je nu je vingers in de richting van de stroom. Je duim wijst dan in de richting van het magnetisch veld.

Magneetveld om een stroomdraad:

Magneetveld opgewekt door een spoel:

Check ook onderstaande video met uitleg over de rechterhand regel.