Fra magnetisme til elproduktion

Magnetisme

Grundbeskrivelse

Magnetfeltet kan illustreres med feltlinier, der løber langs feltet. Jo tættere feltliniene løber, jo kraftigere er feltet. Magnetfeltlinierne danner altid lukkede kurver. Magnetfeltet, der går fra nordpolen til sydpolen på en stangmagnet, fortsætter videre inde i magneten til nordpolen, så hver enkelt feltlinie danner en lukket kreds.

En magnetisk sydpol tiltrækker en nordpol, mens to ens poler frastøder hinanden. Ved tiltrækning er feltet omkring de to poler rettet samme vej - ud af nordpolen og ind i sydpolen. Felterne ud af to nordpoler peger mod hinanden så der sker en frastødning.

Retningen af det magnetiske felt kan registreres med en magnetnål, der vil søge at indstille sig så dens nordpol peger i feltets retning og sydpolen den modsatte vej. En kompasnål i Jordens magnetfelt peger med nordpolen mod nord. Det betyder, at Jordens magnetiske poler er modsat de geografiske, så den magnetiske sydpol befinder sig nogenlunde tæt på den geografiske nordpol.

Nogle materialer, f.eks. jern, kan tiltrækkes af et magnetfelt fra en magnet i nærheden - et ydre felt. Når det sker, er det, fordi felterne fra hvert enkelt atom i materialet ensrettes af det ydre felt og kommer til at vende samme vej.

Når man fjerner det ydre felt, vil atomerne mere eller mindre bevare deres ensartede retning. Det er på den måde, man kan lave en magnet af et stykke jern.

Magnetisme er et velkendt fænomen. En magnetisk nord- eller sydpol tiltrækker både en modsat pol og et ikke magnetisk stykke jern.

Et magnetisk felt går fra en magnetisk nordpol til en magnetisk sydpol. Magnetiske poler optræder altid parvis, så en nordpol altid er ledsaget af en sydpol. Med andre ord findes der ikke isolerede magnetiske nord- eller sydpoler.

Saver man en stangmagnet over, vil man have to kortere magneter, der hver har en nord- og en sydpol. Der er ikke tale om, at man kan have en halv magnet, der kun har enten en nord- eller en sydpol.

En kompasnål er en lille stangmagnet, der kan dreje sig og rette sig ind efter et ydre magnetfelt. Den vil indstille sig rettet langs feltet, så dens nordpol peger i feltets retning, dvs. mod det ydre felts sydpol. Det er altså Jordens magnetiske sydpol, der ligger i nærheden af den geografiske nordpol.

Magnetfeltet i en stangmagnet er det samlede felt fra atomerne i magneten, der kan være af f.eks. jern eller nikkel. De atomare felter er ordnet, så de vender samme vej. I et stykke umagnetisk jern vender de atomare magneter tilfældigt, så deres felter udadtil ophæver hinanden

Magnetfeltet om en magnet. Feltlinjerne løber fra nordpol til sydpol. Feltlinjerne ligger tættest ved polerne hvilket gør at magnet er kraftigst ved polerne

Elektromagnetisme

Alle elektromagnetiske fænomener kan føres tilbage til, at stoffet er opbygget af ladede partikler; under jordiske forhold af positive atomkerner omgivet af negative elektroner. Når elektrisk ladede partikler bevæger sig, dannes et magnetisk felt i rummet omkring dem. Vi kan bruge disse magnetfelter til at danne magnetiske kræfter. Tilsvarende kan vi ved at ændre et magnetfelt rundt om ladede partikler sætte disse i bevægelse og generere strøm.

Det var H.C. Ørsted, der i 1820 opdagede, at elektrisk strøm kan påvirke en magnet, fordi en elektrisk strøm skaber et magnetfelt. Han opdagede altså en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme. Den sammenhæng kaldes elektromagnetisme.

Induktion

Ørsteds opdagelse i 1820 gjorde det klart at en elektrisk strøm skaber et magnetfelt omkring sig. Faraday blev derfor inspireret til at undersøge om et magnetfelt kan skabe en elektrisk strøm i en ledning. I sommeren 1831 lavede han et forsøg, som han beskrev som vist i rammen, med vores kommentarer i parentes:

Udsnit af Faradays logbog

“Jeg har en jernring (af blødt jern), 7/8 tommer tyk, og 6 tommer i ydre diameter. Jeg vandt mange vindinger af kobbertråd (om jernringen), halvdelen af vindingerne var "separerede" (mon ikke det betyder isolerede) med tråd og kattun; (kattun betyder bomuld). Der var tre trådstykker, hver på 24 fod (dvs 8 meter!), og de kunne forbindes til én længde, eller bruges som adskilte tråde . . . Jeg kalder den ene side af ringen A. Den anden side, B, var omviklet med to tråde, 60 fod (dvs 20 meter!) . Vindingerne gik i samme retning i A og B . . . Jeg samlede trådene B til én tråd, og forbandt deres ender ved en kobbertråd, som gik tæt over en magnetnål. Derpå sluttede jeg en elektrisk strøm fra et batteri gennem en af trådene A. Øjeblikkeligt slog magnetnålen ud, svingede frem og tilbage, men kom snart i ro i sin oprindelige stilling. Afbrød jeg derpå strømmen gennem A, gjorde nålen atter udslag.”

Ovenfor viser vi til venstre Faradays egen tegning og til højre viser vi en moderne fortolkning af den. Til venstre er det B - siden der fortolkes. Den magnetnål som Faraday benyttede er erstattet med det grønne måleinstrument.

Med dette forsøg havde Faraday opfundet induktionen af en elektrisk strøm ved hjælp af et variabelt magnefelt. Der induceres en elektrisk strøm på A siden når strømmen på B siden tændes eller slukkes. Faraday iagttog også at retningen af et strømstød i A afhang af, om man tændte eller slukkede for strømmen i B. Hvis man langsomt varierede strømstyrken i B blev der hele tiden induceret strøm gennem ledningen i A. Denne iagttagelse kunne have inspireret Faraday til begrebet vekselstrøm, men det gjorde det vist ikke.