Inhoud
- Hoe magnetisme optreedt
- Geen natuurlijk magnetische materialen
- Hoe magnetische sterkte wordt gemeten
- Waarom de aarde magnetisch is
- Tegenstellingen trekken aan
Niet zomaar een materiaal kan magnetisch zijn. Van alle bekende elementen bezit slechts een handvol magnetische eigenschappen en deze variëren per graad. De sterkste magneten zijn elektromagneten, die alleen hun aantrekkingskracht krijgen als er stroom doorheen gaat. Stroom is de beweging van elektronen en elektronen maken materialen magnetisch. Er zijn composietmaterialen die magnetisch zijn, meestal ferro-materiaal genoemd, hoewel ze niet zo sterk zijn als elektromagneten.
Hoe magnetisme optreedt
In eenvoudige bewoordingen draait magnetisme allemaal om de elektronen. Elektronen zijn kleiner dan microscopische deeltjes die rond de kern van een atoom draaien. Elk elektron gedraagt zich als zijn eigen kleine magneet met een noord- en zuidpool. Wanneer de elektronen van een atoom in dezelfde richting zijn opgesteld, alle wijzen naar het noorden of alle wijzen naar het zuiden, wordt het atoom magnetisch. En omdat elektronen rond de kern van een atoom roteren of ronddraaien, is het ook mogelijk dat een atoom een magnetisch veld bezit wanneer de polen niet allemaal in lijn zijn vanwege het draaien van de elektronen, waardoor het atoom veel op een elektromagneet lijkt.
Geen natuurlijk magnetische materialen
Er zijn geen statische elementen die van nature magnetisch zijn. Er zijn materialen die sterker worden aangetrokken door magnetische velden. De materialen die het sterkst worden aangetrokken door een magnetisch veld zijn ijzer en staal. Er zijn echter zeldzame door de mens gemaakte materiaalmengsels die bevorderlijk zijn voor het elektromagnetisch worden door blootstelling aan een sterk magnetisch veld en een elektromagnetische lading gedurende lange tijd vast te houden. Vanwege hun vermogen om een magnetisch veld gedurende lange tijd vast te houden, worden ze als permanente magneten beschouwd. De twee sterkste permanent magnetische materialen zijn ijzer-neodymium-boor en aluminium-nikkel-kobalt.
Hoe magnetische sterkte wordt gemeten
Het magnetisch veld is moeilijk nauwkeurig uit te leggen, omdat de wetenschap nog steeds niet veel begrijpt van magnetische velden. In eenvoudige bewoordingen worden sterke magnetische velden gemeten in tesla, en de meer gebruikelijke en veel zwakkere magnetische velden die worden gevonden in dingen zoals stereoluidsprekers, worden gemeten in gauss. Er is 10.000 gauss nodig om één tesla te maken.
Een gemakkelijkere manier om het te beschrijven is na te denken over zwaartekracht. De zwaartekracht van de aarde wordt beschouwd als ongeveer 1 tesla of ongeveer 10.000 gauss. Je kunt denken aan de magnetische kracht van Gauss als gewicht, of de hoeveelheid kracht die wordt uitgeoefend door zwaartekracht. Het zou 50 veren nodig hebben om gelijk te zijn aan 1 gauss van kracht gemeten als gewicht, of in dit geval, magnetische aantrekking. Gewicht en magnetische kracht zijn niet direct vergelijkbaar, maar worden als voorbeeld aangeboden om een gevoel van de magnetische trekkracht of kracht van een gauss te geven.
Waarom de aarde magnetisch is
Wetenschappers weten dat de aarde magnetische eigenschappen heeft omdat een vrij zwevend stuk staal of ijzer altijd naar het magnetische noorden zal wijzen. Daar komen alle lengtegraden samen op de Noordpool. Hoewel er op de meeste vloeistoffen geen magnetische kracht kan worden uitgeoefend, kan het worden uitgeoefend op de aardkern, die bestaat uit gesmolten ijzer. En dit brengt ons terug bij het draaien van elektronen. Terwijl de aarde om zijn as draait, doen zijn gesmolten ijzeren kern en al zijn elektrisch geladen elektronen dat een magnetisch veld creëert. De zon roteert ook om zijn as, en zijn materiaal als plasma (vergelijkbaar met een vloeibare consistentie) creëert zijn magnetisch veld.
Tegenstellingen trekken aan
Zoals magnetische polen elkaar afstoten, terwijl tegenovergestelde magnetische polen elkaar aantrekken. Magneten worden van nature aangetrokken tot hogere magnetische velden. Denk aan het hebben van twee magneten, één op 10 tesla en één op 1 tesla. De magneet van 10 tesla oefent een sterker magnetisch veld uit. Een stuk magnetisch materiaal, op gelijke afstand van beide magneten geplaatst, zou worden aangetrokken door de sterkere van de twee magnetische velden. Dus wanneer twee magneten met dezelfde polariteit elkaar naderen, lijken ze weg te duwen of te worden afgestoten terwijl ze in feite op zoek zijn naar een hoger magnetisch veld. Met andere woorden, twee noordgeoriënteerde magneten lijken afgestoten omdat ze in feite worden aangetrokken door het tegenovergestelde, zuidelijk georiënteerde magnetische veld.