De sterkte van een magneetveld onderzoeken

Datum: december 2002

Principe: De sterkte van een magneetveld onderzoeken 

Materiaal:

naaigaren paperclip elastiek grafiekpapier magneten

plastic buisje buis (bv reageerbuis) standaard kompas muntjes

Werkwijze:

De Indische touw truc

	Bouw een opstelling zoals op de schets hiernaast is aangegeven. Maak de 'driehoeken' eventueel uit stevig karton.  Bevestig een magneet met een elastiekje aan het dunne buisje.  Bevestig een paperclip aan het naaigaren en draai het andere einde over de reageerbuis.  Breng nu de paperclip naar de magneet toe en bindt de lengte van het naaigaren dusdanig in dat het strak staat en de paperclip in de lucht hangt.
De reikwijdte van het magnetisch veld meten
	Neem grafiekpapier en plaats hier een kompas en magneet op, zo ver mogelijk uit elkaar.  Let er op dat de naald haaks op de magneet staat.  Beweeg de magneet voorzichtig naar het kompas toe en let op wanneer de naald gaat bewegen. Noteer de afstand kompas-magneet.
Afstotende kracht van twee magneten inzichtelijk maken
	Neem het reageerbuisje en plaats er twee magneten dusdanig in dat ze elkaar afstoten. Zie de foto hiernaast. Doe er een plastic pijpje op. Plaats daar steeds meer muntjes op en observeer.

Resultaat:

	Zoals duidelijk te zien is op de foto's lijkt de paperclip de wetten van de zwaartekracht te trotseren alsof ze gewichtloos is. Plaats je een stukje papier of plastic tussen de paperclip en de magneet dan gebeurt er niets.  Indien je echter een stukje metaal gebruikt dan wordt het magneetveld verstoord en valt de paperclip.
De reikwijdte van het magnetisch veld meten
	Het kompas begint te reageren als de magneet op 13 cm afstand van het kompas is. Pas op 8.5 cm heeft de naald zich volledig naar de magneet gericht.
Afstotende kracht van twee magneten inzichtelijk maken
We zien duidelijk dat de magneten elkaar afstoten. We zien ook dat we verhoudingsgewijs steeds meer muntjes moeten stapelen om de magneten dichter bij elkaar te duwen.

Discussie en Conclusies:

Alle experimenten laten zien dat we m.b.v. een magneetveld een kracht kan uitoefenen. Bij het paperclip experiment is deze groot genoeg om de zwaartekracht op te heffen voor de paperclip. Samen met het tweede experiment kunnen we zien dat het magneetveld weliswaar een kracht uitoefent maar dat deze kracht afneemt naarmate de afstand tussen magneet en object groter wordt.

In het derde experiment proberen we genoeg kracht uit te oefenen om twee magneten waarvan de polen elkaar afstoten naar elkaar toe te brengen. Verhoudingsgewijs moeten we steeds meer kracht uitoefenen naarmate de magneten elkaar dichter naderen.        

Al de experimenten tonen dat een permanente magneet een kracht kan uitoefenen op een stuk metaal of op een andere magneet, De ruimte rondom de magneet, waar dit effect waarneembaar is, noemt men het magnetische veld. Dit magneetveld is het sterkst dicht bij de magneet zelf.

Opmerkingen:

De experimenten zijn gebaseerd op degene gevonden in: Magnet Kit: Experimenten met magneten.

Literatuur:

• Ir. J.T. van Konijnenburg; Natuurkunde zien en doen; Agon Elsevier; 1973; ISBN 9010104354; blz. 114-130.

• Steven W. Moje; Paper Clip Science; Sterling; 1996; ISBN 0806943866; blz. 75,76.

Relevante websites

• Snacks about Magnetism

Additionele informatie:

Een magneet is in staat stukjes ijzer, staal en in mindere mate ook nikkel, kobalt en bepaalde legeringen aan te trekken en vast te houden. Deze aantrekkende dracht wordt magnetisme genoemd.

De eenvoudigste vorm van een magneet is een staafmagneet.Bij een staafmagneet blijkt dat de aantrekkende kracht aan de einden het grootst is. Dichter naar het midden neemt de aantrekkingskracht af. Precies in het midden ontbreekt de aantrekkende kracht geheel. De uiteinden, waar de magnetische werking het grootst is, worden de polen genoemd. Het midden is het neutrale gedeelte.

Wordt een staafmagneet vrij opgehangen, dan wijst één einde naar het noorden. Dit einde wordt de noordpool genoemd, afgekort met N. Het andere einde noemt met zuidpool, afgekort met S. Op deze manier kan men van een magneetnaald of kompasnaald de noord - en de zuidpool bepalen. De polen van magneten oefenen krachten op elkaar uit. IJzer- en staalmoleculen zijn op te vatten als zeer kleine magneetjes met elk een noord- en een zuidpool. In een magneet zijn deze moleculaire magneetjes blijvend naar één kant gericht, zodat zij elkaars werking versterken. Hierdoor ontstaat aan één zijde de zuidpool en aan de andere zijde de noordpool. In ijzer of staal dat zich niet als een magneet gedraagt, liggen de moleculen willekeurig door elkaar. Hierdoor heffen zij elkaars werking op.

Brengen we een noordpool van een magneet naar een stuk zachtstaal, dan richten alle moleculen in het zachtstaal zich naar de magneet. Het stukje zachtstaal wordt dan ook een magneet en wordt aangetrokken. Dit verschijnsel noemt men magnetische inductie. Wordt de magneet verwijderd, dan hernemen de moleculen in het zachtstaal weer hun willekeurige stand. Een gering aantal blijft echter gericht, waardoor er weinig magnetisme achterblijft. Dit achtergebleven magnetisme wordt remanent magnetisme genoemd.

Materialen die gemakkelijk magnetisch worden maar het magnetisme ook direct weer verliezen, worden magnetisch zachte materialen genoemd. Weekijzer en ook ferroxcube zijn magnetisch zachte materialen. Van gehard staal zijn de moleculen moeilijker te bewegen, waardoor zij, als zij eenmaal gericht zijn, niet meer van stand veranderen.Gehard staal is dus blijvend of permanent te magnetiseren.Voor permanente magneten worden speciale legeringen gebruikt, zoals ticonal en alnico, fernico en ferroxdure. Dit zijn magnetisch harde materialen.

Wanneer we ijzervijlsel strooien op karton waaronder zich een magneet bevindt,zal dit zich tot lijnen rangschikken. Deze lijnen worden krachtlijnen genoemd.

De krachtlijnen samen vormen het magnetisch veld. Het zichtbaar gemaakte magnetisch veld noemen we het magnetisch spectrum. Krachtlijnen kopen buiten de magneet van pool naar pool. Een kleine magneetnaald in een magnetisch veld neemt dezelfde stand aan als de richting van de krachtlijnen op die plaats.

De richting waarin de noordpool van de magneetnaald wijst, is de richting van de krachtlijnen. Krachtlijnen zijn in zichzelf gesloten kromme lijnen, de buiten de magneet van de noordpool naar de zuidpool lopen en binnen de magneet van de zuidpool naar de noordpool.

Permanente magneten worden toegepast in luidsprekers, telefoons, meetinstrumenten, fietsdynamo’s, kleine motoren, enz.

Wordt een staafmagneet in een spoel bewogen, dan wordt in de spoel een spanning opgewekt, geïnduceerd. De op deze wijze opgewekte spanning wordt inductiespanning genoemd.

Inductiespanning ontstaat alleen wanneer bij de beweging van de magneet het aantal krachtlijnen in de spoel verandert. De drijvende kracht die in de spoel op de elektronen wordt uitgeoefend en die dus de spanning veroorzaakt, wordt weer de elektromotorische kracht, e.m.k., of bronspanning genoemd.

De richting van een inductiespanning is te bepalen met de wet van Lenz: Elke inductiespanning of stroom werkt de oorzaak van zijn ontstaan tegen.