Magnetisch: een complete gids voor magnetische kracht en velden

door Joost Nusselder | Bijgewerkt op:  20 June 2022
Ik schrijf deze artikelen met veel plezier voor mijn lezers, jullie. Ik accepteer geen betaling voor het schrijven van reviews, mijn mening over producten is die van mijzelf, maar als je mijn aanbevelingen nuttig vindt en je uiteindelijk iets koopt via een van de links kan ik daar mogelijk een commissie over ontvangen. Ik wil meer informatie

Magnetisme is een klasse van fysieke verschijnselen die worden gemedieerd door magnetische velden. Elektrische stromen en de fundamentele magnetische momenten van elementaire deeltjes veroorzaken een magnetisch veld, dat inwerkt op andere stromen en magnetische momenten.

Alle materialen worden tot op zekere hoogte beïnvloed door een magnetisch veld. Het meest bekende effect is op permanente magneten, die aanhoudende magnetische momenten hebben die worden veroorzaakt door ferromagnetisme.

Wat is magnetisch

De kracht van magnetische kracht

Magnetische kracht is de kracht die wordt uitgeoefend op een geladen deeltje dat beweegt in een magnetisch veld. Het is een kracht die loodrecht staat op de snelheid van het geladen deeltje en het magnetische veld. Deze kracht wordt beschreven door de Lorentz-krachtvergelijking, die stelt dat de kracht (F) die werkt op een lading (q) die beweegt met een snelheid (v) in een magnetisch veld (B) wordt gegeven door de vergelijking F = qvBsinθ, waarbij θ is de hoek tussen de snelheid van de lading en het magnetische veld.

Hoe is magnetische kracht gerelateerd aan elektrische stroom?

Magnetische kracht is nauw verwant aan elektrische stroom. Wanneer een elektrische stroom door een draad vloeit, ontstaat er een magnetisch veld rond de draad. Dit magnetische veld kan in zijn aanwezigheid een kracht uitoefenen op andere objecten. De grootte en richting van de kracht zijn afhankelijk van de sterkte en richting van het magnetische veld.

Welke materialen worden beïnvloed door magnetische kracht?

Magnetische kracht kan een groot aantal materialen beïnvloeden, waaronder:

  • Magnetische materialen zoals ijzer, staal en nikkel
  • Geleidende materialen zoals koper en aluminium
  • Mobiele elektronen in een geleider
  • Geladen deeltjes in een plasma

Voorbeelden van magnetische kracht in actie

Enkele voorbeelden van magnetische kracht in actie zijn:

  • Magneten die elkaar aantrekken of afstoten
  • Stickers die op een koelkast of deur blijven plakken doordat ze voorzien zijn van een magneet
  • Een staaf van staal die naar een sterke magneet wordt getrokken
  • Een draad met een elektrische stroom die wordt afgebogen in een magnetisch veld
  • De gestage beweging van een kompasnaald als gevolg van het magnetische veld van de aarde

Hoe wordt magnetische kracht beschreven?

Magnetische kracht wordt beschreven met behulp van eenheden van newton (N) en teslas (T). De tesla is de eenheid van magnetische veldsterkte en wordt gedefinieerd als de kracht die werkt op een draad die een stroom van één ampère voert, geplaatst in een uniform magnetisch veld van één tesla. De magnetische kracht die op een object werkt is gelijk aan het product van de magnetische veldsterkte en de lading van het object.

Welk type velden zijn gerelateerd aan magnetische kracht?

Magnetische kracht is gerelateerd aan elektromagnetische velden. Een elektromagnetisch veld is een type veld dat wordt gecreëerd door de aanwezigheid van elektrische ladingen en stromen. Het magnetische veld is een onderdeel van het elektromagnetische veld en wordt gecreëerd door de beweging van elektrische ladingen.

Ervaren alle objecten magnetische kracht?

Niet alle objecten ervaren magnetische kracht. Alleen objecten die een netto lading hebben of een elektrische stroom voeren, zullen magnetische kracht ervaren. Objecten die geen netto lading hebben en geen elektrische stroom dragen, zullen geen magnetische kracht ervaren.

Wat is de relatie tussen magnetische kracht en geleidende oppervlakken?

Wanneer een geleidend oppervlak in een magnetisch veld wordt geplaatst, zullen de elektronen in het oppervlak een kracht ervaren als gevolg van het magnetische veld. Door deze kracht gaan de elektronen bewegen, waardoor er een stroom in het oppervlak ontstaat. De stroom zal op zijn beurt een magnetisch veld creëren dat zal interageren met het oorspronkelijke magnetische veld, waardoor het oppervlak een kracht ervaart.

Wat is de relatie tussen magnetische kracht en de grootte van de snelheid van een object?

De magnetische kracht die op een object werkt, is evenredig met de grootte van de snelheid van het object. Hoe sneller een object beweegt, hoe sterker de magnetische kracht zal zijn.

De fascinerende geschiedenis van magneten

  • Het woord "magneet" komt van het Latijnse woord "magnes", dat verwijst naar een speciaal soort gesteente gevonden in Turkije op de berg Ida.
  • De oude Chinezen ontdekten meer dan 2,000 jaar geleden magneetstenen, natuurlijke magneten gemaakt van ijzeroxide.
  • De Engelse wetenschapper William Gilbert bevestigde eerdere waarnemingen over de eigenschappen van magneten aan het einde van de 16e eeuw, waaronder het bestaan ​​van magnetische polen.
  • De Nederlandse wetenschapper Christian Oersted ontdekte in 1820 de relatie tussen elektriciteit en magnetisme.
  • De Franse natuurkundige Andre Ampere breidde het werk van Oersted uit door de relatie tussen elektriciteit en magnetisme te bestuderen en het concept van het magnetische veld te ontwikkelen.

Ontwikkeling van permanente magneten

  • In de beginjaren van het magnetisme waren onderzoekers geïnteresseerd in het produceren van sterkere en krachtigere magneten.
  • In de jaren dertig ontwikkelden onderzoekers van Sumitomo een legering van ijzer, aluminium en nikkel die een magneet produceerde met een hogere energiedichtheid dan enig eerder materiaal.
  • In de jaren tachtig introduceerden onderzoekers van de Academie van Wetenschappen in Moskou een nieuw type magneet gemaakt van een verbinding van neodymium, ijzer en boor (NdFeB), de sterkste magneet die vandaag technologisch beschikbaar is.
  • Moderne magneten kunnen magnetische velden produceren met een sterkte tot 52 mega-Gauss-oersteds (MGOe), wat enorm is in vergelijking met de 0.5 MGOe geproduceerd door magneetstenen.

De rol van magneten bij energieproductie

  • Magneten spelen een cruciale rol bij de opwekking van elektriciteit, met name bij de productie van stroom uit windturbines en waterkrachtcentrales.
  • Magneten worden ook gebruikt in elektrische motoren, die in alles voorkomen, van auto's tot huishoudelijke apparaten.
  • De interesse in magneten komt voort uit hun vermogen om een ​​magnetisch veld te produceren, dat kan worden gebruikt om elektrische stroom op te wekken.

De toekomst van magneten

  • Wetenschappers bestuderen nieuwe materialen en ontwikkelingen in magnetisme, waaronder het gebruik van zeldzame aardmetalen en legeringen.
  • De neo-magneet is een nieuw type magneet die sterker is dan alle eerdere magneten en heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in het veld van magnetisme.
  • Naarmate ons begrip van magneten zich blijft uitbreiden, zullen ze een steeds belangrijkere rol spelen in technologisch geavanceerde samenlevingen.

Het verkennen van de fascinerende wereld van magnetisme

Magnetisme is een eigenschap die bepaalde materialen bezitten, waardoor ze andere materialen kunnen aantrekken of afstoten. De soorten magnetisme zijn onder meer:

  • Diamagnetisme: Dit type magnetisme is aanwezig in alle materialen en wordt veroorzaakt door de beweging van elektronen in het materiaal. Wanneer een materiaal in een magnetisch veld wordt geplaatst, zullen de elektronen in het materiaal een elektrische stroom produceren die het magnetische veld tegenwerkt. Dit resulteert in een zwak afstotingseffect, dat meestal niet merkbaar is.
  • Paramagnetisme: Dit type magnetisme is ook aanwezig in alle materialen, maar het is veel zwakker dan diamagnetisme. In paramagnetische materialen zijn de magnetische momenten van de elektronen niet uitgelijnd, maar ze kunnen worden uitgelijnd door een extern magnetisch veld. Hierdoor wordt het materiaal zwak aangetrokken door het magnetische veld.
  • Ferromagnetisme: Dit type magnetisme is het meest bekend en is waar de meeste mensen aan denken als ze het woord 'magneet' horen. Ferromagnetische materialen worden sterk aangetrokken door magneten en kunnen hun magnetische eigenschappen behouden, zelfs nadat het externe magnetische veld is verwijderd. Dit komt omdat de magnetische momenten van de elektronen in het materiaal in dezelfde richting zijn uitgelijnd, waardoor een sterk magnetisch veld ontstaat.

De wetenschap achter magnetisme

Magnetisme wordt geproduceerd door de beweging van elektrische ladingen, zoals elektronen, in een materiaal. Het magnetische veld dat door deze ladingen wordt geproduceerd, kan worden beschreven als een reeks lijnen die een magnetisch veld vormen. De sterkte van het magnetische veld varieert afhankelijk van het aantal aanwezige ladingen en de mate waarin ze zijn uitgelijnd.

De structuur van een materiaal speelt ook een rol bij de magnetische eigenschappen ervan. In ferromagnetische materialen zijn de magnetische momenten van de moleculen bijvoorbeeld in dezelfde richting uitgelijnd, waardoor een sterk magnetisch veld ontstaat. In diamagnetische materialen zijn de magnetische momenten willekeurig georiënteerd, wat resulteert in een zwak afstotingseffect.

Het belang van het begrijpen van magnetisme

Magnetisme is een belangrijke eigenschap van materie die veel praktische toepassingen kent. Enkele manieren waarop magnetisme wordt gebruikt, zijn onder meer:

  • Elektromotoren en generatoren: deze apparaten gebruiken magnetische velden om beweging te produceren of elektriciteit op te wekken.
  • Magnetische opslag: Magnetische velden worden gebruikt om gegevens op harde schijven en andere soorten magnetische opslagmedia op te slaan.
  • Medische beeldvorming: Magnetic Resonance Imaging (MRI) maakt gebruik van magnetische velden om gedetailleerde beelden van het lichaam te produceren.
  • Magnetische levitatie: magnetische velden kunnen worden gebruikt om objecten te laten zweven, wat toepassingen heeft in transport en productie.

Het begrijpen van magnetisme is ook belangrijk voor wetenschappers en ingenieurs die met materialen werken. Door de magnetische eigenschappen van een materiaal te begrijpen, kunnen ze materialen ontwerpen met specifieke magnetische eigenschappen voor verschillende toepassingen.

Onderzoek naar de magnetische velden in materialen

De sterkte van een magnetisch veld wordt gedefinieerd in eenheden van ampère per meter (A/m). De intensiteit van het magnetische veld is gerelateerd aan de dichtheid van de magnetische flux, het aantal magnetische veldlijnen dat door een bepaald gebied gaat. De richting van het magnetische veld wordt bepaald door een vector, die wijst in de richting van de magnetische kracht op een positieve lading die in het veld beweegt.

De rol van geleiders in magnetische velden

Materialen die elektriciteit geleiden, zoals koper of aluminium, kunnen worden beïnvloed door magnetische velden. Wanneer een elektrische stroom door een geleider vloeit, ontstaat er een magnetisch veld dat loodrecht op de stroomrichting staat. Dit staat bekend als de rechterhandregel, waarbij de duim in de richting van de stroom wijst en de vingers in de richting van het magnetische veld krullen.

De specifieke soorten magnetische materialen

Er zijn twee specifieke soorten magnetische materialen: ferromagnetisch en paramagnetisch. Ferromagnetische materialen, zoals ijzer, nikkel en kobalt, hebben een sterk magnetisch veld en kunnen worden gemagnetiseerd. Paramagnetische materialen, zoals aluminium en platina, hebben een zwak magnetisch veld en zijn niet gemakkelijk te magnetiseren.

De elektromagneet: een krachtig apparaat aangedreven door elektriciteit

Een elektromagneet is een soort magneet die ontstaat door een elektrische stroom door een draad te laten lopen. De draad is meestal rond een kern van ijzer of een ander magnetisch materiaal gewikkeld. Het principe achter een elektromagneet is dat wanneer een elektrische stroom door een draad vloeit, deze een magnetisch veld rond de draad creëert. Door de draad in een spoel te wikkelen, wordt het magnetische veld versterkt en de resulterende magneet is veel sterker dan een gewone permanente magneet.

Hoe worden elektromagneten bestuurd?

De sterkte van een elektromagneet kan eenvoudig worden geregeld door de hoeveelheid elektrische stroom die er doorheen stroomt te veranderen. Door de hoeveelheid stroom te verhogen of te verlagen, kan het magnetische veld worden verzwakt of versterkt. De polen van een elektromagneet kunnen zelfs worden omgekeerd door de stroom van elektriciteit om te keren. Dit maakt elektromagneten erg nuttig in een breed scala aan toepassingen.

Wat zijn enkele leuke experimenten met elektromagneten?

Als je geïnteresseerd bent in de wetenschap achter elektromagneten, zijn er veel leuke experimenten die je thuis kunt proberen. Hier zijn een paar ideeën:

  • Maak een eenvoudige elektromagneet door een draad om een ​​spijker te wikkelen en deze op een batterij aan te sluiten. Kijk hoeveel paperclips je kunt oppakken met je elektromagneet.
  • Bouw een eenvoudige motor met behulp van een elektromagneet en een batterij. Door de polariteit van de batterij om te draaien, kun je de motor in de tegenovergestelde richting laten draaien.
  • Gebruik een elektromagneet om een ​​eenvoudige generator te maken. Door een draadspoel in een magnetisch veld te laten ronddraaien, kun je een kleine hoeveelheid elektriciteit opwekken.

Over het algemeen dankt het bestaan ​​van elektromagneten zijn nut aan het feit dat het gemakkelijk kan worden bestuurd door elektriciteit, waardoor het een vitaal onderdeel is van veel apparaten en toepassingen.

Magnetische dipolen: de bouwstenen van magnetisme

Magnetische dipolen zijn de basisbouwstenen van magnetisme. Ze zijn de kleinste eenheid van magnetisme en zijn samengesteld uit kleine magneten die elektronen worden genoemd. Deze elektronen zijn aanwezig in de moleculen van een materiaal en hebben het vermogen om een ​​magnetisch veld te creëren. Een magnetische dipool is gewoon een lus van stroom die is samengesteld uit positieve en negatieve ladingen.

De functie van magnetische dipolen

Magnetische dipolen spelen een actieve rol in de structuur en functie van veel verbindingen. Ze zijn vaak aanwezig in de typische draad en het circuit en hun aanwezigheid is direct gerelateerd aan de magnetische veldsterkte. De magnetische veldsterkte wordt gegeven door het gebied van de lus en de stroom die er doorheen vloeit.

Het belang van magnetische dipolen in de medische wetenschap

Magnetische dipolen zijn van groot belang in de medische wetenschap. Ze worden gebruikt om kleine magneten te maken die kunnen worden gebruikt om verschillende medische aandoeningen te diagnosticeren en te behandelen. Het gebruik van magnetische dipolen in de medische wetenschap wordt magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) genoemd. MRI is een degelijke en veilige medische techniek die gebruik maakt van magnetische dipolen om beelden van de binnenkant van het lichaam te maken.

Conclusie

Magnetisch betekent dus iets dat een magneet aantrekt of afstoot. Het is een kracht die verband houdt met elektriciteit en magnetisme. Je kunt het gebruiken om dingen op een koelkast te houden of om een ​​kompas naar het noorden te laten wijzen. Wees dus niet bang om het te gebruiken! Het is niet zo ingewikkeld als het lijkt. Onthoud gewoon de regels en het komt goed.

Ik ben Joost Nusselder, de oprichter van Tools Doctor, contentmarketeer en papa. Ik ben dol op het uitproberen van nieuwe apparatuur en samen met mijn team maak ik sinds 2016 diepgaande blogartikelen om trouwe lezers te helpen met tools en knutseltips.