Magnetisme 2

Det magnetiske felt | Elektromagnetisme | Hvordan bliver magnetfeltet omkring ledninger? | Induktion | Selvinduktion

Det magnetiske felt, feltlinier ('kraftlinier')

Hvis du bevæger et søm omkring en magnet, kan du mærke, at sømmet ikke bliver tiltrukket lige meget alle steder. Området omkring en magnet, hvor der virker magnetiske kræfter kalder vi magnetfeltet.

Magnetfeltlinier

Et magnetfelt tegnes som linier omkring magneten, feltlinier.

Du skal være opmærksom på, at feltet er i hele rummet omkring en magnet - ikke kun i fladen. Du må altså tænke i tre dimensioner i stedet for to.

Man har besluttet at sige, at feltlinierne går uden for magneten fra magnetens nordpol til dens sydpol, samme retning som kompasnålene peger, når man lægger en masse små kompasser omkring en magnet.

Små-kompasser i magnetfelt

Når man tegner et magnetfelt, viser feltliniernes tæthed magnetfeltets styrke. Jo tættere linier desto kraftigere felt.

Forskellige magnetfelter

Målinger viser, at magnetfeltets styrke aftager stærkt med afstanden fra magneten. I praksis betyder det, at de små magneter, vi arbejder med, intet magnetfelt har, når vi kommer op omkring én meter fra dem. Rent teoretisk strækker alle magneters felter sig ud i det uendelige, men i praksis findes en grænse for, hvor langt fra magneterne, vi kan konstatere deres felter. Er magneten tilstrækkelig stor, kan denne afstand dog blive meget stor. Tænk bare på jorden som kæmpemagnet. Dens magnetfelt kan påvises over tusinder af kilometers afstande (kompas, nordlys).

Jordens magnetfelt

En kompasnål (magnetnål) i et magnetisk felt vil rette sig ind efter feltet.

Elektromagnetisme

Som bekendt viste H.C.Ørsted, at der er en sammenhæng mellem elektrisk strøm og magnetisme.

Sender man strøm igennem en ledning, og der står en magnetnål under ledningen og parallelt med den, drejer magnetnålen sig.

H.C.Ørsteds forsøg

Vi kunne også lade en ledning hænge som en gynge i magnetfeltet fra en kraftig hesteskomagnet. Når vi sender strøm gennem gyngen, vil den gynge enten udad eller indad - afhængigt af magnetpoler og strømretning.

El-leder i magnetfelt

Strømmen har skabt et magnetfelt omkring ledningen.

Feltet omkring en lige leder

Sender vi strøm igennem en spole, kommer der et magnetfelt som vist på figuren.

Feltet omkring en spole

Hvordan bliver magnetfeltet omkring ledninger?

Der er for længe siden lavet nogle håndfaste regler for sammenhænge mellem strøm og magnetisme:

Griberegel I - for en lige ledning :

Grib med højre hånd om ledningen, så tommelfingeren vender i strømmens retning. Magnetfeltet vil da følge fingerspidserne.

Gribereglen 1

Tommelfingerregelen:

Ledningen skal være mellem hånd og magnetnål.

Højre hånd holdes med fingerspidserne i strømmens retning. Magnetnålens nordpol vil da slå ud til tommelfingersiden.

Tommelfingerreglen

Lillefingerreglen:

Højre hånd holdes med fingerspidserne i strømmens retning og magnetfeltet pegende ind i håndfladen. Ledningen bevæger sig mod lillefingersiden.

Lillefingerreglen

Gribereglen II - for spoler:

Man griber om spolen med højre hånd, så fingerspidserne peger i strømmens retning. Så vil magneten have nordpol til tommelfingersiden.

Griberegel 2

Hold selv hånden efter gribereglen på spolerne.

Induktion

Induktion forklares bedst ud fra teorien om magnetfelter.

I stedet for at sige, at man kan lave induktionsstrøm ved at bevæge en magnet op og ned i en spole, kunne man også sige, at det bare var magnetfeltet, man flyttede eller ændrede.

Med andre ord:

Når man ændrer magnetfeltet i nærheden af en elektrisk ledning (fx en spole) opstår der elektrisk spænding mellem ledningens ender.

Vi ser på situationen, hvor vi med en stangmagnet og en el-magnet vil inducere strøm i en spole:

Induktion

1. En magnets nordpol droppes ned i en spole (eller vi tænder for elmagneten - dén behøver vi ikke bevæge). Det betyder, vi ændrer magnetfeltet i spolen.

2. Spolen er konservativ og forsøger med induktionsstrøm at undgå feltet ved selv at lave et i modsat retning. Det betyder, vi får + og - som vist.

3. Nu snupper vi magneten ud (eller slukker for strømmen til el-magneten). Igen er spolen konservativ og laver et felt i samme retning som på tegning 1, den prøver at holde på det felt, der netop var kommet i den. Det gør den ved at lave induktionsstrøm med + og - modsat før.

Bliver vi ved op og ned med magneten (eller at tænde og slukke for el-magneten), får vi med andre ord vekselstrøm ud af spolen. Den er svag, når vi bruger den faste magnet, men den er der.

Skal vi have mere skub på den - flere volt - må vi huske følgende:

Kraftigt magnetfelt, hurtig ændring af det og mange vindinger i spolen giver stor spænding.

Det kraftige magnetfelt kan man lave med en stærk elektromagnet i stedet for den faste magnet.

Den hurtige ændring af feltet laver man ved hurtige tænde/sluk bevægelser enten med en manuel kontakt, en automatisk kontakt (induktionsapparatet, bilens tændingssystem) eller en elektronisk kontakt (bruges efterhånden i de fleste biler). Det sidste kan man lave de hurtigste ændringer med.

De mange vindinger er blot et spørgsmål om tålmodigt at spole isoleret kobbertråd op. Vil man have rigtig mange vindinger, er man som regel nødt til at bruge tynd tråd. Så bliver strømmen svag, selv om man får mange volts spænding, fordi den lange, tynde tråd betyder stor modstand mod strømmen.

På måleapparaterne kan man se, at det er vekselstrøm, man laver. Det gør alle generatorer faktisk. Der laves dog jævnstrømsgeneratorer. De virker også ved induktion, der er blot indkoblet en automatisk strømvender, så den strøm, man tapper ud, bliver jævnstrøm.

Selvinduktion

Hvad sker der, hvis vi kun har én spole, vi slukker og tænder for?

Selvinduktion

Det går ligesom da, der var en elektromagnet og en spole.

Tænder vi for strømmen dannes et felt, og og spolen selv forsøger at danne et "modfelt" ved at lave en modsat rettet strøm af den, vi sendte ind i spolen, da vi tændte.

Tilsvarende sker, når vi afbryder igen. Den konservative spole vil beholde sit felt og inducerer nu et felt med samme retning som det første. De to figurer viser afbrydelsen.

Er vore tænde/slukke-bevægelser tilstrækkeligt hurtige, kan vi få en meget høj selvinduktionsspænding - måske på flere hundrede volt - selv om vi kun bruger 5V = til at sende ind i spolen.