En masse spørgsmål om magneter – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > En masse spørgsmål om ...

20. august 2013

En masse spørgsmål om magneter

Hej Spørg om Fysik
Jeg har set din brevkasse på NBI's hjemmeside, og er meget optaget af magneter, og det du beskriver.

Hermed nogle spørgsmål:

  1. Hvad er 1 Tesla i gram eller kilo?
  2. Kan en magnet løfte det samme som den kan frastøde?
  3. Er et magnetfelt en partikel, bølgelængde eller noget man ikke kan forklare, men blot se linierne er der?
  4. Kan et magnetfelt påvirkes af lyd, svingninger, inerti, tyngdekraft?
  5. Er tyngdekraft en del af hemmeligheden ved et magnetfelt ? (samme uforklarlige kraft)?
  6. Påvirker et magnetfelt kroppen?
  7. Kan en ledning af f.eks. jern lede et magnetfelt (måske som 2 ledere som N og S så feltet kommer tilbage)?
  8. Hvad er det der gør, at man kan holde to magneter på hver sin side af en blyplade eller sandwichplade med f.eks. kviksølv i mellem og stadig opnå henholdsvis tiltrækning/frastødning. Går felter udenom en sådan 'forhindring', eller sker der påvirkning fra f.eks. verdensrummet?

Jeg tvivler på, at noget kan trænge igennem en sådan opstilling uden at blive påvirket...men fakta er, at felterne faktisk fungerer uhindret.

Med venlig hilsen
P J C 

Tesla er enheden for magnetisk fluxtæthed. Tidligere målte man i et andet enhedssystem, hvor den samme fysiske egenskab benævnes gauss, som er en enhed 10 000 gange mindre.

Polarlys styret af jordens magnetfelt

Det er et mål for feltets størrelse på et givet område. Man bruger bogstevet B for denne fluxtæthed. Skal man opdele den i mere kendte enheder kan tesla T = V*s/m2 (volt gange sek. divideret med kvadratmeter), det er altså en enhed, der beskriver magnetfeltet igennem en flade.

Her ses forskellen på N imod N og N imod S

Magneter tiltrækker hinanden, hvis man vender nordpol imod sydpol (en magnet har altid begge poler) og frastøder med nordpol imod nordpol.

Svævende superleder over en magnet

Det er ikke nogen helt symmetrisk effekt, idet de magnetiske kraftlinjer (som beskriver kraften, hvor de går, det er altså et matematisk billede fysikerne har konstrueret, for at kunne se hvad der sker) flyttes forskelligt i de to situationer, og magneterne kan ændre hinandens felter, men det er ikke enorme forskelle især ikke på længere afstande.

Der er ingen partikler eller bølger i forbindelse med magnetfelter fra permanente magneter.

Elektromagnet med jernskrot

Man kan med spoler og radiosending skabe vekselfelter, som udbreder sig som bølger. Den beskrivelse, der er angivet ovenfor, fremkommer ved, at man måler et magnetfelt punkt for punkt og trækker kurver igennem punkter med ens felter. Man får så et kort, der beskriver feltets udseende og styrke, altså hvor kraftigt feltet er et bestemt sted. Des større felt des større kraft kan der fremkomme.

Svaret er, at det magnetiske felt er linjer, som beskriver hvor stærkt feltet er, akkurat som højdekurver på et kort beskriver, hvor højt oppe et givet punkt er. Man har besluttet at feltstyrkens retning er den retning nordpolen peger på en kompasnål. Man kan principielt måle feltet med en lille magnetnål, som anbringes, hvor man ønsker at måle. Vipper man nålen lidt ud fra ligevægtsstillingen, vil den svinge om denne. 

Her ses hvordan jernspåner bygger bro som nem vej for feltet

Og feltstyrker vil være omvendt proportional med svingningstidens kvadrat. Normalt bruger man et instrument, der hedder Hallsonde eller modstande som er følsomme overfor magnetfelter. Der findes også resonans metoder. Magnetfeltet er altså fysikerens måde at beskrive feltets udseende og egenskaber på.

Et magnetfelt ændres ikke af lyd, svingninger, inerti, tyngdekraft. Det kan ændres af magnetfelter fra andre kilder, og det ændres af visse metaller f.eks. jern, Nikkel samt en lang række legeringer, hvis de placeres i feltet. De fleste stoffer påvirkes meget svagere eller næsten ikke af magnetfelter, når de er varmet op til en bestemt temperatur (Curie temperaturen).

Stangmagnetfelt vist med jernfilspåner

Der er ingen sammenhæng imellem tyngdekraften og magnetiske felter. De beskrives begge med feltlinjer, men der er bl.a. den væsentlige forskel, at der altid er to poler (Nord og Syd) på en magnet, og feltlinjerne går derfor fra nord til syd, der er kun en type tyngde. Feltet går ind imod en masse, som frembringer tyngdefeltet (ind imod fordi ting falder nedad).

Der en del dyr især trækfugle, men også havdyr, som har indbygget magnetiske stoffer f.eks. jern i et organ f.eks. balanceorganet. De kan føle jordens magnetfelt og bruger det til navigation. Det kan vi nok ikke, jeg har i alle tilfælde ikke set det påvist.

NMR scanner med superledende magnet

Kraftige magnetfelter kan imidlertid påvirke os, det bruges i magnetisk scanning, hvor man kan få et billede af indre organer, knogler mm samt af aktiviteten i f.eks. hjernen Det er klart, at når man kan måle noget på os, påvirker man os også.

Desuden induceres der strømme i kroppen, hvis man bevæger sig hurtigt i et magnetfelt og de påvirker også kroppen. Endeligt har man mange forsøg, hvor man påvirke hjernen med vekselfelter og tilsvarende aflæse noget om hjerneaktiviteten ved at måle på magnetfelterne (og de elektriske felter), så især hjernen er påvirkelig.

Magnetfelt i forbindelse med hjerneaktivitet

Som nævnt ovenfor påvirker en række metaller og legeringer bl.a. jern magnetfelter.

Feltet går ca. 1000 gange lettere igennem blødt jern end igennem luft. Jern vil altså tiltrække og koncentrerer feltet. Det er derfor, at motorer er lavet af jern med kobberviklinger.

Var der ikke jern men f.eks. plastik, ville man stadig kunne få samme opstilling med kobberledninger til at roterer, men det ville være langsomt, og der ville ikke være nogen trækkraft i en sådan motor.

Hjerneaktivitet målt med NMR scanner

Tilsvarende forhold gælder transformatorer og mange andre genstande. Anbringer man en jernstang tæt på en permanent magnet, vil feltet gå til jernstangen i den ene ende og retur til magneten i den anden ved den anden pol.

Transformator

I det store og hele påvirker ikke magnetiske stoffer (altså ud over jern og de ovenfor nævnte legeringer) ikke magnetfelter. Holder man derfor træ, plastik eller messingplader imellem to magneter sker der intet med feltet. Kun jernmetallerne og legeringer af magnetisk art påvirker feltet synligt.

Holder man en jernplade ind imellem to Magneter går feltet normalt ikke igennem, men går ind fra hver sin side og retur. Det betyder, at man ikke uden videre mærker nogen voldsom ændring, når en jernplade (ikke ekstrem tynd) skydes ind imellem to magneter, men fastgøres jernpladen, kan man fjerne den ene magnet uden at den anden påvirkes. For ikke magnetiske stoffer, det gælder også kviksølv, kan man ikke nemt opdage nogen forandring.

Ilts diamagnetisme, flydende (kogende) ilt hænger imellem polerne på en magnet

Andre stoffer påvirkes meget, meget svagt, idet de kan have egenskaber man kalder paramagnetiske (f.eks. mangan, ilt, Aluminium, Natrium) eller diamagnetiske (f.eks. kobber, kviksølv, Vismut, Brom, Vand, NaCl). De påvirkes altså svagt af magnetfeltet enten ved at frastødes, når man nærmer feltet eller ved at tiltrækkes.

Med venlig hilsen
Malte Olsen