H3 magneten

• Natuur en techniek
• MBO
• Studiejaar 2

H3 magneten

Wat is een magneet?

krachtlijnen

aarde als magneet

elektromagneet

andere toepassingen met magneten

Magneet

Een magneet is een voorwerp dat op andere voorwerpen een kracht kan uitoefenen. Voor magneten geldt dat ze ijzer, nikkel en kobalt kunnen aantrekken.

Nikkel zit in munten/ horloges/ sieraden (maar ook in kleine hoeveelheden in voedsel), kobalt wordt o.a. gebruikt in oplaadbare lithium baterijen (een elektrische auto bevat ca. 5 kg kobalt) en vind je in de aardkorst (en daarmee ook sporen in voedsel).

IJzer is een element wat veel gebruikt wordt, vaak als staal (legering ijzer en koolstof). Vind je ook veel in voeding.

Wist je dat...?

In de natuur bestaat een gesteente dat van nature magnetisch is, magnetiet.

De naam magneet is afgeleid van de stad Magnesia in Klein Azië.

soorten magneten

Er zijn 2 soorten magneten te onderscheiden: 

de permanente magneten en de elektromagneten

Soorten magneten

Permanente magneet => Is altijd magnetisch

Noordpool + Zuidpool (ongelijke polen trekken elkaar aan, gelijke polen stoten elkaar af)

Elektromagneet => Wordt magnetisch wanneer er stroom door de spoel loopt

animatie

Permanente magneten

• Hebben altijd een noordpool en een zuidpool. De polen zijn even sterk. Tussen de polen is een neutraal gedeelte. Wanneer je een permanente magneet doormidden zaagt, krijg je 2 nieuwe permanente magneten met ieder weer een noord- en een zuidpool.
• Permanente mageneten kunnen o.a. ijzeren voorwerpen magnetiseren.
• Ze hebben een onzichtbaar magnetisch veld om zich heen.

Magnetische influentie

• Elementaire magneten zitten kriskras door elkaar. 
• Door een magneet erbij te zetten, worden de elementaire magneetjes recht naar de magneet gericht. 
• Dit verschijnsel (beïnvloeding) heet magnetische influentie.

 

• Bij permanente magneten is ervoor gezorgd dat de elementaire magneten jaren lang in dezelfde richting blijven staan.

magnetische influentie

Aan het uiteinde van de polen is de magnetische kracht het grootst. De kracht neemt af richting het neutrale midden.

Als je de magneet bij het metaal weghaalt, verdwijnt na een tijdje ook de influentie. Het metaal is dan niet meer magnetisch.

Demagnetiseren

Een magneet kun je ook weer niet magnetisch maken door:

• hard te stoten tegen de magneet (hierdoor raken de elementaire deeltjes uit hun gelijkgerichte stand)
• de magneet te verwarmen (hierdoor wordt de gemiddelde snelheid van de elementaire deeltjes groter, waardoor ze ook uit hun gelijkgerichte stand komen)
• de magneet in een spoel te brengen, waardoor een wisselstroom gestuurd wordt.

Magnetisch veld

Om een magneet heen bevindt zich het magnetisch veld.

Dit is het gebied waar de magnetische kracht 

van de magneet merkbaar is

Het magnetisch veld

• De krachtwerking van een magneet wordt veroorzaakt door het magnetisch veld rondom de magneet.
• De veldlijnen geven de richting van het magnetisch veld aan. 
• Hoe dichter de lijnen bij elkaar lopen, hoe sterker het veld is.

Magnetisch veld en veldlijnen

Het magnetisch veld

De kracht van een magneet kun je niet zien. Je kunt de magnetische kracht wel voelen als je twee magneten bij elkaar houdt. Je voelt de magnetische kracht ook als je een metalen voorwerp van een magneet af wilt halen. 

Rondom een magneet werkt onzichtbare magnetische kracht. Met ijzerpoeder kun je die kracht zichtbaar maken (zie afbeelding 1). Rond de magneet zie je dan de lijnen van de magnetische kracht. Deze lijnen noem je magnetische krachtlijnen. 

Het magnetisch veld

We kunnen de krachtlijnen rond een magneet, het magnetisch veld, duidelijk zien door ijzervijlsel te gebruiken. 

Als we dit bij een magneet leggen, wordt het ijzervijlsel tijdelijk gemagnetiseerd.

De deeltjes ijzervijlsel ordenen zich rond de magneet volgens de krachtlijnen.

Daar waar de magnetische kracht het grootst is, verzamelt zich het meeste ijzervijlsel.

Magnetosfeer

De aarde is een supermagneet. Net als een staafmagneet heeft de aarde ook een magnetisch veld om zich heen. Dit magnetisch veld strekt zich tot ver in de ruimte uit, en vormt de magnetosfeer.

Een kompas geeft altijd een noord-zuid-richting aan. Wanneer een kompasnaald naar het noorden wijst, wordt deze dus aangetrokken. De noordpool is dus eigenlijk een magnetische zuidpool!

Bescherming

Gelukkig: Het magneetveld van onze planeet beschermt ons bijna volledig tegen de aanstromende zonnewind door die af te leiden (magnetosfeer). 

Door zwakke plekken bij de polen zorgen de krachtlijnen van het magnetisch veld voor "trechters" waar deze deeltjes kunnen binnendringen. Het resultaat  ➞ poollicht.

Het magnetische veld van de aarde

Het gevolg van het feit dat de aarde een magneet is, zie je ook in de buurt van de noord- en zuidpool. Geladen deeltjes, die van de zon afkomen, worden door het magnetische veld van de aarde naar de polen geleid. Daar botsen de geladen deeltjes met de luchtmoleculen. Daarbij ontstaat poollicht. (zelfde principe tl-buis)

Onderverdeling magneten

1. Permanente magneten
   (eerder besproken)
   
   
2. Elektromagneten (volgt nu)

Elektromagneet

• Met elektriciteit door een spoel maak je een magnetisch veld.
• Als je een stroom door een spoel laat stromen, ontstaan er aan de uiteinden van de spoel een noord- en een zuidpool.
• Verander je de stroomrichting door de spoel, dan verandert tegelijkertijd ook het magnetisch veld. (Noord- en zuidpool draaien om)
• Door in de spoel een kern van weekijzer te plaatsen, ontstaat een elektromagneet.

Door stroom door de spoel te laten lopen, wordt de ijzeren kern magnetisch. Dit verschijnsel heet magnetische  inductie.

elektromagneet

• Wanneer je stroom door een spoel leidt, dan zal rond elke winding een magnetisch veld ontstaan. 
• De velden van de verschillende windingen versterken elkaar, dus hoe meer windingen, des te groter het magnetisch veld (en ook een grotere stroomsterkte (komt nog aan bod bij elektriciteit))
• Bij een grotere stroomsterkte ontstaat een sterker magnetisch veld, dus een sterkere magneet.

Inductie

• De generator wekt stroom op door Inductie
• Spoel & magneet
• Magneet beweegt --> spanning verandert -->
• Wisselspanning, ook wel inductiespanning
• Wanneer de magneet niet meer beweegt, stopt ook de inductiespanning

Inductie

Als de magnetische veld in een spoel verandert, 

onstaat er dus een spanning tussen de uiteinde 

van de spoel. Dit heet inductie.

De opgewekte spanning heet inductiespanning.

Koken op inductie

Leg uit dat inductie koken niet mogelijk is met gelijkstroom.

toepassingen van magneten

Overal kom je toepassingen magneten tegen en van elektromagneten.

Magnetische levitatie

Magnetische levitatie (maglev) is een technologie die gebruik maakt van magnetisme om voorwerpen te laten zweven en zich voort te bewegen zonder contact te maken met een oppervlak.

 Dit biedt veel voordelen zoals minder wrijving, hogere snelheden en minder slijtage.

Een voorbeeld is de Shanghai Maglev in China Dit is de snelste commerciële maglev trein ter wereld (ca. 600 km/h), die van de luchthaven naar de stad reist.

Laat de leerlingen een eenvoudige maglev-auto maken en bespreek hoe magnetisme wordt gebruikt om het voertuig te laten zweven.

De fietsdynamo

•  Een permanente magneet magnetiseert een kern die van weekijzer is gemaakt. 
• De kern van weekijzer versterkt het magnetisch veld omdat het makkelijk magnetiseert.
• Als de dynamo wordt aangedreven, begint de magneet te draaien.  Daardoor wordt het weekijzer steeds op een andere manier gemagnetiseerd (noord/zuid pool). 
• Bij een dynamo/generator draait de magneet rond. 

3+4: De stoom blaast met kracht tegen de schoepen van een turbine, die daardoor gaat draaien. De turbine is verbonden met een generator, een grote dynamo.

Generator

Aan de as van de turbine zit een soort enorme dynamo, de generator.

In de generator wordt stroom opgewekt wanneer de as draait.

Een generator is een grote dynamo

Waarom levert een generator altijd wisselspanning?

inbraakbeveiliging

Reedcontact met een permanente magneet

 Toepassingen magneten

Permanente magneet => Is altijd magnetisch

Elektromagneet => Door de spoel ontstaat een magnetisch veld

Relais = Schakelaar met een elektromagneet

Reedcontact = Schakelaar met een permanente magneet

Magnetic Resonance Imaging

• Rondom het te scannen gebied wordt door de MRI-scanner een sterk magneetveld gecreëerd. Het magneetveld wordt opgewekt door supergeleidende spoelen. 
• De gekoelde spoelen worden snel aan- en uitgezet, wat het kenmerkende rammelende geluid van een MRI-scan produceert. 
• Het contrast tussen verschillende weefsels wordt onder andere bepaald door de hoeveelheid waterstof in het weefsel.
• De sterkte van het magneetveld wordt gemeten in tesla (T). De sterkte wisselt per apparaat, typisch tussen 0,2 en 7 T.
• 7T geeft een scherper beeld
•  MRI kan onderscheid maken tussen weke delen en is daardoor effectiever bij de meeste aandoeningen, maar niet bij botafwijkingen

contactloos betalen

• In hotels worden soms magneetkaarten gebruikt om deuren te openen. Deze zijn wel relatief makkelijk te "kraken".
• Maar ook worden magneet- kaarten gebruikt met magneet-kaartlezers bij het OV en bij contactloos betalen. Deze kaarten zijn inmiddels beter beveiligd.

Proefjes

Welke proefjes zou je kunnen doen met behulp van magneten? 

Kijk voor inspiratie op bijvoorbeeld: https://www.proefjes.nl/

Zelf kompas maken

Stukje karton als KOMPASROOS

-Schaaltje water

-Stopnaald/ dikke naald

-Magneet

-Maak de stopnaald magnetisch.

Dit doe je door 100X met de magneet in dezelfde richting over de stopnaald te wrijven.

-Leg het karton met de naald erop voorzichtig in het water.

Wat zie je gebeuren? 

Het AARDMAGNETISCH VELD wil de naald nu draaien in de richting van het MAGNETISCHE

ZUIDEN. De naald wijst naar het noorden! (Noord- en zuidpool trekken elkaar aan)