Hur fungerar magneter?
Magnetism uppstår när elektronernas individuella magnetfält i ett material riktas åt samma håll. I ferromagnetiska material som järn finns magnetiska domäner som kan ordnas med ett yttre fält. Elektromagneter skapas genom att leda ström genom en spole, ofta med en järnkärna. Sambandet mellan elektricitet och magnetism beskrevs av Maxwell på 1860-talet.
Magnetism börjar inne i atomen. Elektroner som kretsar kring atomkärnan och snurrar kring sin egen axel genererar små magnetfält. I de flesta material pekar dessa fält åt slumpmässiga håll och tar ut varandra. I ferromagnetiska material som järn, kobolt och nickel kan elektronernas fält riktas åt samma håll, och då uppstår en magnet med en nord- och en sydpol.
Inuti ett stycke järn finns miljontals mikroskopiska regioner som kallas magnetiska domäner. Varje domän är redan magnetisk, men i omagnetiserat järn pekar domänerna åt olika håll. Placerar man järnet i ett yttre magnetfält, exempelvis genom att stryka en magnet längs det, vänds domänerna så att de riktas åt samma håll. Materialet blir magnetiskt. Värms det över en viss temperatur, Curietemperaturen, på 770 grader för järn, slås ordningen sönder och magnetismen försvinner.
Magnetfältet som omger en magnet sträcker sig från nordpolen genom rummet till sydpolen och tillbaka genom magneten. Nordpoler stöter bort nordpoler och drar till sig sydpoler: lika poler repellerar, olika attraherar. Fältet avtar snabbt med avståndet. Dubblar man avståndet sjunker fältstyrkan till ungefär en åttondel, vilket förklarar varför kylskåpsmagneter bara fungerar på nära håll.
Elektromagneter utnyttjar sambandet mellan elektricitet och magnetism, beskrivet av James Clerk Maxwell på 1860-talet. En elektrisk ström genom en tråd skapar ett magnetfält runtomkring. Lindas tråden till en spole förstärks fältet, och sätts en järnkärna i mitten blir det hundratals gånger starkare. Till skillnad från permanentmagneter kan elektromagneter slås av och på, vilket gör dem oumbärliga i allt från högtalare och elmotorer till MR-kameror och partikelacceleratorer.
Steg för steg
Elektronerna skapar små fält
Elektroner som kretsar runt atomkärnan och snurrar kring sin axel genererar individuella magnetfält.
Domänerna riktas
I ferromagnetiska material riktas elektronernas fält inom domäner åt samma håll av ett yttre magnetfält.
Magnetfältet sträcker sig ut
Fältet löper från nordpolen genom rummet till sydpolen. Lika poler stöter bort varandra, olika attraherar.
Elektricitet förstärker effekten
En ström genom en spole med järnkärna skapar en elektromagnet som kan slås av och på vid behov.
Vanliga frågor
- Varför är bara vissa metaller magnetiska?
- Bara material med oparade elektroner i rätt konfiguration kan bilda magnetiska domäner. Järn, kobolt och nickel har denna egenskap, medan koppar och aluminium saknar den.
- Kan en magnet tappa sin magnetism?
- Ja. Upphettning över Curietemperaturen, kraftiga slag eller stark avmagnetisering kan störa domänernas ordning. Järn tappar magnetismen vid 770 grader.
- Vad är skillnaden mellan en permanentmagnet och en elektromagnet?
- En permanentmagnet har bestående magnetiska domäner. En elektromagnet skapas av elektrisk ström genom en spole och kan slås av och på.
- Varför har jorden ett magnetfält?
- Smält järn i jordens yttre kärna cirkulerar genom konvektion och skapar elektriska strömmar som genererar ett magnetfält, en process som kallas geodynamon.