Door Karen G. Blaettler
Bijgewerkt op 24 maart 2022

Magnetisme is een subtiel maar krachtig fenomeen dat alles aandrijft, van kompassen tot moderne elektronica. Door de materialen te begrijpen die magnetische velden creëren, kunnen de onzichtbare krachten die objecten om ons heen aantrekken en afstoten worden ontraadseld.

Het definiëren van magneten en magnetisme

Een magneet is elk object dat een magnetisch veld opwekt en kan interageren met andere magnetische velden. Elke magneet heeft twee polen – noord (positief) en zuid (negatief) – en de veldlijnen lopen van de noordpool naar de zuidpool. Tegengestelde polen trekken elkaar aan, terwijl gelijke polen elkaar afstoten.

Drie brede categorieën magneten

• Permanente magneten behouden hun magnetisme voor onbepaalde tijd onder normale omstandigheden.
• Tijdelijke (weekijzeren) magneten worden alleen gemagnetiseerd als ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld.
• Elektromagneten alleen een magnetisch veld opwekken terwijl er elektrische stroom door een spoel vloeit.

Permanente magneten en hun samenstelling

Permanente magneten kunnen worden geclassificeerd op basis van de materialen die ze bevatten. De meest voorkomende zijn:

1. Magnetiet (Fe₃ O₄ )

Natuurlijke magneet, magnetiet is de zwakste permanente magneet tot nu toe en de eerste die voor navigatie wordt gebruikt. De magnetische kracht is bescheiden, maar speelde een cruciale rol in de vroege ontwikkeling van het kompas.

2. Alnico-legering (aluminium-nikkel-kobalt)

Alnico, ontwikkeld in de jaren dertig, bestaat uit ongeveer 35% aluminium, 35% nikkel, 15% kobalt, met sporen van koper, titanium en extra aluminium. Alnico-magneten blinken uit in omgevingen met hoge temperaturen (tot 540°C) en zijn bestand tegen corrosie, waardoor ze ideaal zijn voor audioapparatuur en industriële toepassingen. Ze zijn echter minder krachtig dan moderne zeldzame-aardmagneten en kunnen demagnetiseren als ze worden blootgesteld aan sterke externe velden.

3. Keramische (ferriet)magneten

Ferrietmagneten combineren ijzeroxide met bariumoxide (BaO·6Fe₂ O₃ ) of strontiumoxide (SrO·6Fe₂ O₃ ). Ze zijn goedkoop, corrosiebestendig en zeer goed bestand tegen demagnetisatie, maar hun brosheid beperkt sommige toepassingen.

4. Samarium-kobaltmagneten

Deze zeldzame aardmagneten werden voor het eerst geïntroduceerd in 1967 en hebben een basissamenstelling van SmCo₅ en sinds 1976 een legering Sm₂ (Co,Fe,Cu,Zr)₁₇ . Ze behouden hun prestaties bij temperaturen tot ~500°C en blijven stabiel in vochtige omstandigheden, maar hun hoge kosten en broosheid beperken wijdverbreid gebruik.

5. Neodymium-ijzer-boor (NdFeB) magneten

NdFeB-magneten, uitgevonden in 1983, bevatten ongeveer 70% ijzer, 5% boor en 25% neodymium. Het zijn de sterkste in de handel verkrijgbare permanente magneten en bieden uitzonderlijke vermogen-gewichtsverhoudingen (tot 1.300×). Vanwege hun lage Curietemperatuur (~350°C) en gevoeligheid voor corrosie, worden ze doorgaans bekleed met nikkel, aluminium, zink of epoxy.

Tijdelijke magneten

Zachte ijzeren materialen, zoals spijkers en paperclips, worden gemagnetiseerd als ze in een magnetisch veld worden geplaatst. De uitlijning van atomaire magnetische momenten is tijdelijk; zodra het uit het veld wordt verwijderd of wordt blootgesteld aan hitte, schokken of tijd, verdwijnt het magnetisme. In sommige gevallen kan een voldoende sterke blootstelling zelfs permanente magnetisatie veroorzaken.

Elektromagneten

Wanneer elektrische stroom door een draadspoel vloeit, wordt het resulterende magnetische veld versterkt door een kern van zacht ijzer. Het vergroten van de stroomsterkte versterkt het veld; Door de stroom te onderbreken, wordt de magneet onmiddellijk uitgeschakeld. Elektromagneten zijn onmisbaar in toepassingen variërend van MRI-machines tot industriële hefmagneten.

De aarde:de gigantische magneet van onze planeet

Het magnetische veld van de planeet is afkomstig van een dynamo-effect:een roterende buitenste kern van vloeibaar ijzer en nikkel die een vaste binnenkern omringt. Deze beweging genereert een veld dat vergelijkbaar is met een staafmagneet die ongeveer 11° ten opzichte van de rotatieas is gekanteld. De magnetische polen van de aarde zijn het tegenovergestelde van de geografische polen, wat verklaart waarom een ​​kompasnaald naar het geografische noorden wijst. Dit geomagnetische veld vormt de magnetosfeer, waardoor de zonnewind wordt afgebogen en aurorae ontstaat. Bovendien drukt het veld zichzelf in op afkoelende lava, wat cruciaal bewijs levert voor platentektoniek en omkeringen van magnetische velden.

Door de diverse materialen te onderzoeken die magnetische velden produceren, krijgen we inzicht in de wetenschap achter de alledaagse technologie en de dynamische krachten die onze planeet vormgeven.