Handleiding Magnetisme

Transcriptie

1 Handleiding Magnetisme Informatie voor de leerkracht De naald van ons kompas wijst altijd naar het noorden. Dat komt omdat het ijzer van die magnetische naald reageert op de ijzeren kern van de aarde. Door diezelfde kern gedraagt de aarde zich ook als een soort magneet. Moeder Aarde heeft dus dezelfde eigenschappen als een kompasnaald. Moeder Magneet Waarom de aarde magnetisch is heeft te maken met haar ijzeren kern, om precies te zijn de buitenkern. Door de hitte daar is het ijzer vloeibaar en constant in beweging. Die beweging wekt de elektriciteit op die het aardmagnetisch veld veroorzaakt. De buitenkern van onze planeet werkt dus net als een grote dynamo. Het aardmagnetisch veld ziet er hetzelfde uit als het veld rondom een willekeurige magneet. Hij bestaat uit magnetische lijnen die bij de noordpool in de aarde verdwijnen, om bij de zuidpool weer op te duiken. Alleen reikt zijn invloed wat verder dan die van onze kompasnaald. De zogenaamde magnetosfeer strekt zich uit tot meer dan kilometer in de ruimte. Hij beschermt ons tegen het constante bombardement van hoog-energetische deeltjes, afkomstig van de zon. Die deeltjes kunnen alleen nog via de trechters in de magnetosfeer boven de polen de aarde binnendringen en zo het noorderlicht veroorzaken. De aarde op haar kop De bewegingen in de buitenkern van de aarde zijn natuurlijk niet constant. Daardoor verandert de richting van het aardmagnetisch veld voortdurend en ligt de plaats van de magnetische polen niet vast. Meestal verhuizen die niet meer dan enkele graden per jaar. Maar ze hebben ook wel eens compleet van plaats gewisseld (omkering). De magnetische lijnen gingen toen opeens bij de geografische zuidpool de aarde in, om er bij de noordpool weer uit te komen. Deze omkering schijnt elke paar honderdduizend jaar opeens plaats te vinden. Dat weten we uit onderzoek naar ijzerhoudende aardlagen. IJzer richt zich namelijk naar het aardmagnetisch veld. Tijdens de vorming van bepaalde gesteentes, bijvoorbeeld basalt, raken de ijzerhoudende kristallen dus ingesloten volgens de richting van het veld van dat moment. Door nu het magnetisme in oude aardlagen te meten (paleomagnetisme) kunnen we de oude richting van de noordpool volgen. Schatgraven Voor het meten van de sterkte van het magnetisch veld en de richting van de magnetische noordpool gebruiken we een zogenaamde magnetometer. Het magnetische veld verschilt van plaats tot plaats omdat de concentratie ijzerrijk materiaal in de korst sterk kan variëren. Een magnetometer is dus een soort metaaldetector. Je kunt er ijzeren muntjes mee opsporen, of een gesteente rijk aan ijzererts. Hij wordt zelfs gebruikt voor het opsporen van oude, niet ontplofte bommen uit de Tweede Wereldoorlog. Magnetisme: Introductie: 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.

2 De polen van een magneet: 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 (south). Op deze wijze kunnen we 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.

3 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. Magnetisch veld: 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. Inductie: 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.

4 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. Deze wet luidt als volgt: Elke inductiespanning of stroom werkt de oorzaak van zijn ontstaan tegen. Magnetisme Informatie voor de leerlingen Magneten zijn geheimzinnige voorwerpen. Ze hebben een onzichtbare kracht, waarmee ze dingen kunnen aantrekken of afstoten. Een magneet trekt sommige metalen aan. Deze onzichtbare natuurkracht heet magnetisme. Magneten worden door mensen gebruikt in allerlei apparaten, zoals: haardrogers, telefoons, boren, stofzuigers, elektrische grasmaaiers, cassetterecorders en langspeelplaten. Computers gebruiken magneten om informatie op te slaan. Ook worden grote magneten gebruikt om afval te scheiden. De aarde zelf is ook een hele grote magneet. Je moet goed oppassen met magneten. Je ziet hun kracht niet maar deze is er wel. Er zijn magneten in verschillende vormen. Er zijn grote, kleine, lange, ronde, dikke, dunne, rechte of kromme magneten. Lange rechte magneten heten staafmagneten. Magneten die een U-vorm hebben heten hoefijzermagneten omdat ze erg op de vorm van een hoefijzer lijken. Magnetisch veld. Elke magneet heeft een gebied om zich heen waar de magnetische kracht werkt. Dat gebied noemen we het magnetisch veld van de magneet. Als b.v. een paperclip in dit veld van de magneet ligt wordt het aangetrokken en als het buiten de grens van het veld ligt wordt het niet aangetrokken. Magnetische polen. Een magneet heeft, net als de aarde, een noord- en een zuidpool. De magnetische kracht is op deze polen het sterkst. Als je twee magneten hebt en je houdt twee gelijke polen naar elkaar dan stoten de magneten elkaar af. Maar als je de zuidpool van de ene magneet tegen de noordpool van een andere magneet legt dan trekken ze elkaar aan. Dus goed onthouden: twee dezelfde polen stoten elkaar af en twee verschillende polen trekken elkaar aan. Zweeftreinen Sommige hoge-snelheidstreinen hebben geen wielen. Ze hebben een systeem met magneten, dichtbij de rails, waar normaal de wielen zitten. Het zijn elektromagneten. Omdat twee dezelfde polen van twee magneten elkaar afstoten, zweeft de trein boven de rails.

5 MEER WETEN OVER MAGNETISME? Hoe dichter een voorwerp van ijzer bij de magneet komt, des te groter is de aantrekkingskracht van de magneet. De grootste magneet van de wereld is de aarde. Diep in de aarde zit een vloeibare massa ijzer. Die massa maakt van de aarde een reusachige magneet. Alle andere magneten worden daardoor aangetrokken door de aarde. Magnetische polen Dat magneten elkaar kunnen afstoten en aantrekken is algemeen bekend. Een magneet heeft, net als de magneet aarde, twee polen: een noordpool en een zuidpool. Nu komt er even iets waarbij je heel goed moet opletten want er is iets raars aan de hand! Je moet het misschien twee keer lezen om het te begrijpen. Als je de aarde als een grote magneet ziet, is de Noordpool eigenlijk een zuidpool. Weet je hoe dat komt? Toen de mens ontdekte dat een kant van een magneet altijd naar de Noordpool wijst, noemden ze dit de 'NOORDEN ZOEKENDE POOL' van de magneet. Het wijst immers naar de Noordpool. Maar in de loop van de tijd werd de Noord Zoekende Pool simpelweg de Noordpool van de magneet genoemd. En je herinnert je nog wel: noord trekt zuid aan. Dus doordat de mensen het woordje 'ZOEKENDE' hebben weggelaten in de Noordpool van onze aarde magnetisch gezien een zuidpool. De ferromagneet en de elektromagneet Er zijn verschillende soorten magneten, waarvan de belangrijkste de ferromagneet en de elektromagneet zijn. De ferromagneet is een magneet die niet verandert, dat wil zeggen dat die magneet een vaste sterkte heeft en dat de noordpool en de zuidpool van de magneet altijd hetzelfde zijn. Elektromagneten worden gemaakt met elektriciteit. Daardoor kunnen de sterkte en de richting van zo'n magneet veranderen. Door de stroomsterkte te veranderen verandert ook de kracht en de grootte van het magnetisch veld. Waar wordt een magneet voor gebruikt? Het kompas Een kompas is een instrumentje met een magnetische naald die altijd naar het noorden wijst. Het is bedoeld om vast te stellen waar je bent of welke richting je uit moet. De dynamo Op je fiets zit een dynamo om de lamp te laten branden. Je duwt het wieltje van de dynamo tegen de band. In de dynamo gaat een magneet draaien. Die maakt elektriche stroom. De stroom gaat door draadjes naar je voor- en achterlicht. De lamp brandt alleen als de dynamo draait. Als je stopt met fietsen gaat de lamp uit. De dynamo maakt dan geen stroom meer. Basisbegrippen Een magneet lijkt op het eerste gezicht een normaal stukje metaal of keramiek. Maar magneten worden omgeven door onzichtbare krachten. Al heel vroeger merkte men op dat een brok van een bepaald stuk ijzererts, magnetiet, altijd in dezelfde richting draaide als men het aan een touwtje hing. Om dit te verklaren moet je weten dat de aarde zelf een grote magneet is met op wat wij noemen de noordpool een zuidpool en op de zuidpool een noordpool. Noordpolen trekken zuidpolen aan en omgekeerd. Vandaar dat de noordpool van een magneet altijd wijst naar wat wij de noordpool noemen, maar in werkelijkheid dus de zuidpool is:

6 Je ziet dat de noordpool van de magneet (altijd roodgekleurd) die bij de aarde wordt gehouden naar de geografische noordpool wijst, omdat noordpolen altijd zuidpolen aantrekken. Deze aantrekkingskracht van magneten moet verklaard worden met onzichtbare krachten. In de natuurkunde worden dit veldlijnen genoemd. Veldlijnen lopen altijd van de noordpool naar de zuidpool. Deze veldlijnen zijn met een simpel proefje aan te tonen. Met deze proef is duidelijk te zien dat noordpolen noordpolen afstoten (hetzelfde geldt voor zuidpolen). En dat noordpolen zuidpolen aantrekken (en omgekeerd). Naast natuurlijke magneten bestaan er ook elektromagneten. Een elektromagneet kan gemaakt worden door om een (week)ijzeren kern, bijvoorbeeld een spijker metaaldraad te wikkelen. Vervolgens moeten de uiteinden op een batterij worden aangesloten en daar is de magneet. Deze magneten kunnen heel krachtig gemaakt worden en worden veel gebruikt in het dagelijks leven. Magnetisme Al in de Oudheid ontdekte men dat magnetietkristallen elkaar afhankelijk van de oriëntatie aantrekken of afstoten. Dit natuurkundige verschijnsel wordt magnetisme genoemd. Magnetiet is, evenals magnesium genoemd naar Magnesia, een gebied in Thessalië in het oude Griekenland. Verantwoordelijk voor het magnetisme van magnetiet is het aanwezige ijzer. Veel ijzerlegeringen vertonen magnetisme. Naast ijzer vertonen ook nikkel, kobalt en gadolinium magnetische eigenschappen. Voorwerpen die dit verschijnsel sterk vertonen noemt men magneten. Er zijn natuurlijke en kunstmatige magneten (bijvoorbeeld Alnico, Fernico, ferrieten). Alle magneten hebben twee polen die de noordpool en de zuidpool worden genoemd. De noordpool van een magneet stoot de noordpool van een andere magneet af, en trekt de zuidpool van een andere magneet aan. Twee zuidpolen stoten elkaar ook af. Omdat ook de aarde een magneetveld heeft, met z'n zuidpool vlak bij de noordpool en z'n noordpool vlakbij de zuidpool, zal een vrij ronddraaiende magneet altijd de noordzuidrichting aannemen. De benamingen van de polen van een magneet zijn hiervan afgeleid. Overigens wordt gemakshalve, maar wel enigszins verwarrend, de zuidpool van de "aardemagneet" de magnetische noordpool genoemd en de noordpool van de "aardemagneet" de magnetische zuidpool. Er zijn permanente magneten en magneten die werken op elektriciteit. Wanneer bij een elektromagneet de stroomkring wordt onderbroken, verliest de magneet zijn magnetische eigenschappen.

7 Integratie in andere vakken: Aardrijkskunde Biologie Handvaardigheid Bronnen Magnetisme Het grote boek met experimenten door Antonella Meiani