Magnets. Je hebt ze in je koelkast, je hebt met ze gespeeld als een kind, je hebt zelfs een kompas in je hand gehouden terwijl de kompasnaald naar de magnetische noordpool van de aarde wees. Maar hoe werken ze? Wat is dit fenomeen van magnetisme?
Wat is magnetisme?

Magnetisme is een aspect van de fundamentele elektromagnetische kracht. Het beschrijft fenomenen en krachten geassocieerd met magneten of magnetische objecten.

Alle magnetische velden worden gegenereerd door lading te verplaatsen of elektrische velden te veranderen. Dit is de reden waarom de fenomenen van elektriciteit en magnetisme collectief worden aangeduid als elektromagnetisme. Ze zijn echt één en dezelfde!

Binnen alle materialen bevatten de atomen elektronen, en die elektronen vormen een wolk rond de atoomkern, met hun algehele beweging waardoor een miniatuur magnetische dipool ontstaat. In de meeste materialen zorgt de willekeurige verdeling van de oriëntaties van deze mini-magneten ervoor dat de velden opheffen. Ferromagnetische materialen vormen een uitzondering.

Veel materialen vertonen magnetische fenomenen, waaronder ijzer, mangaan, magnetiet en kobalt. Deze kunnen bestaan als permanente magneten of kunnen paramagnetisch zijn (dat wil zeggen aangetrokken door magnetische materialen maar zelf geen permanent magnetisme behouden). Elektromagneten worden gecreëerd door elektrische stroom door een draad rond een materiaal zoals ijzer te laten lopen (of door een situatie waarin er elektrische lading beweegt).

Magnetische materialen kunnen elkaar aantrekken of afstoten, afhankelijk van waarop delen van die materialen worden samengebracht.
Magnetische velden

Net als bij de elektrische kracht en de zwaartekracht, genereren objecten die magnetische krachten op elkaar uitoefenen een veld eromheen. Een staafmagneet creëert bijvoorbeeld een magnetisch veld in de ruimte eromheen, waardoor andere magneten of ferromagnetische materialen die in dat veld worden gebracht, hierdoor een kracht voelen.

Een manier om het magnetische veld te visualiseren is "to use iron filings.", 3, [[IJzervijlsel zijn kleine stukjes ijzer die, wanneer ze om een magneet worden gestrooid, zullen uitlijnen op de externe magnetische veldlijnen, zodat u ze kunt visualiseren.

De SI-eenheid geassocieerd met magnetische veldsterkte is de tesla.
1 \\ text {Tesla} \u003d 1 \\ text {T} \u003d 1 \\ frac {\\ text {kg}} {\\ text {As} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {Vs}} {\\ text {m} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {N}} {\\ text {Am}}

Een andere veel voorkomende eenheid geassocieerd met magnetische veldsterkte is de gauss.

1 Gauss \u003d 1 G \u003d 10 ^{-4 T
Soorten magnetisme}

Er zijn veel verschillende soorten magnetisme:

Paramagnetisme
beschrijft bepaalde materialen die zich zwak aangetrokken voelen tot magneten, maar die zelf geen permanent magnetisch veld vasthouden. In de aanwezigheid van een extern veld zullen ze interne, geïnduceerde magnetische velden vormen die uitlijnen. Dit kan resulteren in tijdelijke versterking van het magnetische veld in het algemeen. Er zijn veel verschillende soorten paramagnetische materialen, inclusief enkele edelstenen.

Diamagnetisme is een eigenschap die door alle materialen wordt tentoongesteld, maar die meestal het meest voor de hand ligt in materialen die we als niet-magnetisch beschouwen . Diamagnetische materialen worden zeer zwak afgestoten door magnetische velden. In permanente magneten en paramagnetische materialen zijn de effecten van diamagnetisme te verwaarlozen.

Elektromagnetisme
treedt op wanneer elektrische stroom door een draad wordt geleid. Die draad kan rond een ijzeren staaf worden gewikkeld om het effect te versterken, omdat het ijzer zijn eigen magnetisch veld zal creëren dat zich op het externe veld richt. Deze vorm van magnetisme is een direct gevolg van het feit dat de beweging van elektronen een magnetisch veld creëert. (Nogmaals, elektriciteit en magnetisme zijn twee kanten van dezelfde fundamentele fysieke eigenschap!)

Ferromagnetisme
beschrijft hoe bepaalde materialen - ferromagnetische materialen genoemd - permanente magneten vormen, die in meer detail worden besproken in de volgende sectie.
Ferromagnetische materialen

Materialen die sterk door magneten worden aangetrokken, worden ferromagnetisch genoemd. IJzer is het meest voorkomende materiaal van dit type. (Niet verwonderlijk, omdat het Latijnse voorvoegsel ferro
- "ijzer" betekent.)

Ferromagnetische materialen hebben zogenaamde magnetische domeinen; dat wil zeggen, gebieden binnen hen die als magneten zijn, maar in verschillende richtingen zijn georiënteerd, zodat het algehele effect opheft en ze zich over het algemeen niet gedragen als magneten. Als deze materialen echter in een magnetisch veld worden geplaatst, kan dit een uitlijning van de domeinen veroorzaken, zodat ze allemaal in dezelfde richting worden uitgelijnd en daarom worden ze (vaak tijdelijk) als magneten zelf.

Ferromagnetische materialen zijn lodestone, ijzer, nikkel, kobalt en verschillende zeldzame aardematerialen, waaronder neodymium.
Staafmagneten, dipolen en magnetische eigenschappen

Een staafmagneet is een rechthoekige of cilindrische staaf van magnetisch materiaal. De uiteinden van een staafmagneet zijn noord- en zuidpolen. Dit zijn de twee soorten magnetische polen, en ze werken op elkaar in via een magnetische kracht op een manier vergelijkbaar met hoe positieve en negatieve ladingen op elkaar inwerken via de elektrische kracht.

Barmagneten zijn magnetische dipolen. Ze hebben tegenovergestelde polen gescheiden door een afstand, vergelijkbaar met een elektrische dipool. Een belangrijk verschil is echter dat je met magneten geen monopool (een geïsoleerde pool) kunt hebben zoals met ladingen. Een magneet bestaat altijd als een dipool en nooit alleen als een noordpool of een zuidpool. (Als je een staafmagneet in tweeën snijdt om de polen te scheiden, krijg je gewoon twee kleinere dipolaire magneten!)
Aardmagnetisch veld

Zoals je waarschijnlijk weet, heeft de aarde een magnetische veld. Hiermee kunnen mensen kompassen gebruiken om te bepalen in welke richting ze staan ten opzichte van de polen. Een magnetisch kompas bestaat uit een kleine magneet die vrij kan bewegen en kan worden uitgelijnd met elk extern veld. Het rode uiteinde van de kompasnaald wijst naar het noorden. Het magnetische veld van de aarde werkt als een gigantische staafmagneet. Deze denkbeeldige staafmagneet is zo georiënteerd dat het noordelijke uiteinde van de magneet op de zuidelijke pool van de aarde ligt en het zuidelijke uiteinde van de magneet op de noordelijke pool van de aarde.

Het magnetische veld van de aarde is ook niet evenwijdig aan het oppervlak van de Aarde op de meeste plaatsen. U kunt de declinatie van het magnetische veld van de aarde bepalen met een dip-naald. Richt de naald eerst horizontaal en lijn deze uit met het magnetische noorden van de aarde. Draai hem vervolgens verticaal en bekijk de diphoek. De hoek is groter naarmate je dichter bij de polen bent.

Het magnetische veld van de aarde creëert een ruimtegebied rond de planeet dat een magnetosfeer wordt genoemd. De magnetosfeer lijkt in wezen op het magnetische veld van een zeer grote staafmagneet die dicht bij de aardas is uitgelijnd, hoewel de magnetosfeer kan vervormen als deze in wisselwerking staat met geladen deeltjes.

De magnetosfeer beschermt ons tegen zonnewind, die geladen deeltjes bevat . Interacties tussen deze deeltjes en de magnetische veldlijnen geven aanleiding tot aurora's.
Voorbeelden

Het fenomeen magnetisme wordt in allerlei dagelijkse toepassingen gebruikt.

Het fenomeen elektromagnetisme maakt het mogelijk ons om mechanische energie om te zetten in elektrische energie in elektrische generatoren. Elektrische generatoren gebruiken mechanische middelen om een turbine (blazende wind of stromend water) te draaien die een magnetisch veld ten opzichte van draadspoelen verandert, waardoor stroom wordt opgewekt.

Elektrische motoren zijn in wezen het tegenovergestelde van elektrische generatoren, met behulp van elektromagnetisme om elektrische energie om te zetten in mechanische energie, of het nu gaat om een boormachine, een mixer of een elektrisch voertuig.

Industriële elektromagneten zijn gigantische magneten met zeer sterke magnetische velden waarmee ze oude voertuigen op de schroothoop kunnen oppikken .

MRI-machines gebruiken sterke magnetische velden om afbeeldingen van uw binnenkant te maken en artsen in staat te stellen een hele reeks medische aandoeningen te diagnosticeren.