Door Jason Thompson Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Magnetisme is een natuurlijke kracht die ervoor zorgt dat magneten op afstand kunnen interageren met andere magneten en bepaalde metalen. Elke magneet heeft twee polen (noord en zuid) waarvan de interacties de klassieke regel volgen:gelijke polen stoten elkaar af, en andere polen trekken elkaar aan.

Elektriciteit en magnetisme:een onafscheidelijk duo

Hoewel elektriciteit en magnetisme vaak als afzonderlijke krachten worden behandeld, zijn ze nauw met elkaar verbonden. In de 19e eeuw ontdekte natuurkundige Michael Faraday dat bewegende elektrische ladingen magnetische velden genereren – een principe dat ten grondslag ligt aan zowel natuurlijk voorkomende magneten als kunstmatige elektromagneten.

Natuurlijke magneten:de rol van atoomstromen

In natuurlijk voorkomende magneten ontstaat het magnetische veld door de intrinsieke beweging van elektronen rond atoomkernen. In de meeste materialen heffen de microscopische magnetische momenten elkaar op, waardoor het materiaal niet-magnetisch blijft. Bij bepaalde metalen, zoals ijzer, nikkel en kobalt, komen deze momenten op één lijn, waardoor een netto magnetisch veld ontstaat dat het materiaal zijn permanente noord- en zuidpool geeft.

Elektromagneten:stroom benutten voor magnetische kracht

Een elektromagneet is opgebouwd uit drie kerncomponenten:

• Een strak gewikkelde spoel van geïsoleerd draad.
• Een ferromagnetische kern, meestal ijzer, die het veld versterkt.
• Een stroombron (meestal een batterij of gelijkstroomvoeding) die stroom door de spoel stuurt.

Wanneer er spanning wordt aangelegd, stroomt er stroom door de spoel, waardoor een magnetisch veld ontstaat. De geometrie van de spoel stuurt de veldlijnen, waardoor het ene uiteinde de noordpool en het andere uiteinde de zuidpool wordt. De ijzeren kern concentreert het veld verder, waardoor de kracht van de magneet toeneemt.

Natuurlijke magneten en elektromagneten vergelijken

Zowel natuurlijke magneten als elektromagneten hebben gemeenschappelijke kenmerken:

• Ze produceren elk een magnetisch veld en hebben verschillende noord- en zuidpolen.
• Hun velden zijn het gevolg van elektrische stromen:microscopisch klein bij natuurlijke magneten, macroscopisch bij elektromagneten.

Elektromagneten bieden echter unieke voordelen:

• Variabele sterkte: Door de stroom aan te passen kan het magnetische veld worden vergroot of verkleind.
• Polariteitscontrole: Door de stroom om te keren, worden de polen omgedraaid.
• Aan/uit-mogelijkheid: Zonder stroom genereert een elektromagneet geen veld.

De sterkte en polariteit van een natuurlijke magneet daarentegen liggen vast, bepaald door de materiaalsamenstelling en atomaire uitlijning.

Het begrijpen van deze verschillen is essentieel voor het selecteren van de juiste magnetische oplossing in toepassingen variërend van industriële hefapparatuur tot medische beeldvormingsapparatuur.