School › Magnetisme › 15–16 jaar
Magnetisme: domeinen, elektromagneten en het veld van de Aarde
Ferromagnetisme en domeinen, de curietemperatuur, waarom polen in paren komen, elektromagneten en het bewegende, omkerende veld van de Aarde. Met een onderzoek naar een elektromagneet met stroomsterkte en windingen.
Lees
Elke magneet heeft een noord- en een zuidpool; gelijke polen stoten elkaar af en ongelijke polen trekken elkaar aan. Magnetische polen kun je niet afzonderen: knip een magneet door en elk stuk heeft beide polen, helemaal tot op het niveau van afzonderlijke atomen.[1]
IJzer, kobalt, nikkel en gadolinium zijn ferromagnetisch. Daarin zitten domeinen, kleine gebieden die zich gedragen als minuscule staafmagneten. In een niet-gemagnetiseerd stuk wijzen de domeinen in willekeurige richtingen; een uitwendig veld doet ze zich richten en groeien, en opwarmen en afkoelen of tikken kan die richting vastleggen. Boven de curietemperatuur (1043 K voor ijzer) kan een ferromagneet helemaal niet gemagnetiseerd worden.[2]
Elektrische stroom wekt magnetische velden op; bewegende lading is zelfs de bron van alle magnetisme. Een spoel waar stroom door loopt is een elektromagneet: een tijdelijke magneet waarvan de sterkte toeneemt met de stroomsterkte en het aantal windingen, en die door een ijzeren kern veel sterker wordt.[2]
De Aarde gedraagt zich als een reusachtige staafmagneet. Haar magnetische pool bij de geografische Noordpool is eigenlijk een magnetische zuidpool: daarom wijst het noordzoekende uiteinde van een kompas ernaar. Het veld ontstaat vooral in de gesmolten ijzer-nikkelbuitenkern, waar kolkend metaal en de draaiing van de Aarde elektrische stromen opwekken: de geodynamo.[1][3]
Het veld ligt niet vast. De declinatie, de hoek tussen het magnetische noorden en het ware noorden, verschilt van plaats tot plaats, en de magnetische noordpool verplaatst zich momenteel ongeveer 55 km per jaar. Het veld is ook al vaak omgekeerd, onregelmatig; de laatste ompoling was ongeveer 750.000–780.000 jaar geleden.[4]
De magnetosfeer beschermt de atmosfeer tegen afslijting door de zonnewind. Poollicht ontstaat door energierijke elektronen die eruit naar beneden regenen, de hoge atmosfeer in.[3]
Probeer het: Wat bepaalt de sterkte van een elektromagneet?
Je hebt nodig
- Een ijzeren staaf of grote nagel als kern
- Geïsoleerd koperdraad (ongeveer 3 m)
- Een gelijkspanningsbron met lage spanning (max. 6 V) of een batterijpakket
- Een ampèremeter en een regelbare weerstand (schuifweerstand)
- Een hoopje identieke kleine paperclips (of een kleine stalen massa en een veerunster)
Veiligheid
Gebruik alleen lage spanning (max. 6 V). Spoelen en weerstanden worden heet: schakel uit tussen de metingen en laat de kring nooit aanstaan. Maak geen kortsluiting over de spanningsbron.
Wat moet je doen
- Wikkel 20 windingen rond de kern. Schakel spoel, ampèremeter en schuifweerstand in serie met de spanningsbron.
- Stel de stroomsterkte in op 0,5 A. Tel hoeveel paperclips de kern opraapt. Schakel uit tussen de metingen.
- Herhaal bij 1,0 A, 1,5 A en 2,0 A met 20 windingen.
- Houd nu de stroomsterkte op 1,0 A en test 10, 20, 30 en 40 windingen.
- Zet het aantal opgeraapte paperclips uit tegen de stroomsterkte en tegen het aantal windingen. Beschrijf de trends.
- Verwijder de kern en herhaal één meting. Vergelijk.
Wat gebeurt er, en waarom?
Het veld van een spoel neemt toe met zowel de stroomsterkte als het aantal windingen, dus worden meer paperclips opgeraapt. De ijzeren kern wordt door de spoel gemagnetiseerd (de domeinen richten zich naar het veld) en voegt een veel sterker eigen veld toe; daarom wordt de magneet zoveel zwakker als je de kern weghaalt. Bij grote stroomsterktes raakt de kern verzadigd (bijna alle domeinen zijn gericht), zodat de grafiek kan afvlakken.[2]
Speel: Waar of niet waar?
Is de uitspraak waar of niet waar? Gebruik wat je weet over domeinen, polen en het veld van de Aarde.
Je beste score wordt alleen op dit toestel bewaard. Er wordt niets verstuurd.
Quiz
Andere leeftijden: 6–7 jaar · 10–11 jaar