2.7 Magnetisme og elektromagnetisme
Lær om magneter, magnetiske felt, elektromagneter og sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme.
45 min
9 oppgaver
Din fremgang i kapitlet
0 / 9 oppgaver
Magnetisme og elektromagnetisme
Magneter er noe de fleste kjenner til – de sitter på kjøleskapet og holder fast notater. Men magnetisme er mye mer enn kjøleskapmagneter. Magnetisme og elektrisitet henger tett sammen, og denne sammenhengen er grunnlaget for motorer, generatorer, høyttalere og mye av den teknologien vi bruker daglig. I dette kapittelet skal du lære om magnetiske felt, elektromagneter og hvordan elektrisitet og magnetisme påvirker hverandre.
Magnetisme
Magnetisme er en kraft som virker mellom magneter og mellom magneter og visse metaller (jern, nikkel, kobolt).
Alle magneter har to poler:
- Nordpol (N)
- Sydpol (S)
Regler for magnetiske krefter:
- Like poler frastøter hverandre (N-N eller S-S)
- Ulike poler tiltrekker hverandre (N-S)
En magnet kan ikke deles i en ren nordpol og en ren sydpol. Hvis du brekker en magnet i to, får du to nye magneter – hver med sin nordpol og sydpol.
Magnetisk felt
Et magnetisk felt er området rundt en magnet der magnetiske krefter virker. Feltet er sterkest nærmest magneten og svakere lenger unna.
Feltlinjer:
Vi tegner magnetiske feltlinjer for å vise retningen og styrken til feltet:
- Feltlinjene går fra nordpol til sydpol utenfor magneten
- Der feltlinjene er tett, er feltet sterkt
- Der feltlinjene er spredt, er feltet svakt
Feltlinjer kan synliggjøres med jernfilspon strødd rundt en magnet – filsponene ordner seg langs feltlinjene.
Jordas magnetfelt:
Jorda er selv en stor magnet med magnetisk nordpol og sydpol. Kompassnålen peker mot jordas magnetiske nordpol.
Elektromagnet
En elektromagnet er en magnet som lages ved å sende elektrisk strøm gjennom en ledning som er viklet i en spole (mange vindinger rundt en kjerne).
Egenskaper:
- Magnetismen kan slås av og på ved å bryte eller slutte strømmen
- Styrken kan reguleres ved å endre strømstyrken
- Styrken øker med flere vindinger i spolen
- En kjerne av jern inni spolen forsterker magnetismen kraftig
Forskjell fra permanentmagnet:
- Permanentmagnet: Alltid magnetisk
- Elektromagnet: Magnetisk bare når det går strøm
Sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme
I 1820 oppdaget den danske forskeren Hans Christian Ørsted at en strømførende ledning påvirker en kompassnål. Dette viste at elektrisitet og magnetisme henger sammen.
Fra elektrisitet til magnetisme
Når elektrisk strøm går gjennom en ledning, oppstår det et magnetisk felt rundt ledningen. Jo sterkere strøm, desto sterkere magnetfelt. Dette er prinsippet bak elektromagneter.
Fra magnetisme til elektrisitet (induksjon)
Michael Faraday oppdaget i 1831 at det motsatte også er sant: Hvis en magnet beveger seg i nærheten av en ledning (eller en ledning beveger seg i et magnetfelt), oppstår det en elektrisk spenning i ledningen. Dette kalles elektromagnetisk induksjon.
Induksjon er grunnlaget for:
- Generatorer (kraftverk): Mekanisk bevegelse → elektrisk energi
- Transformatorer: Endrer spenningsnivået
- Induksjonskomfyrer: Varmer opp metallgryter direkte
Bruksområder for elektromagneter
Elektromagneter finnes overalt i hverdagen:
Elektrisk motor:
En elektrisk motor bruker elektromagneter og permanentmagneter til å omdanne elektrisk energi til bevegelse (rotasjon). Motorer finnes i vaskemaskiner, vifter, elbiler og drill.
Generator:
En generator er det motsatte av en motor – den bruker bevegelse til å lage elektrisk strøm ved hjelp av induksjon. Generatorer finnes i kraftverk (vann, vind, olje/gass).
Høyttaler:
En høyttaler har en elektromagnet som beveger en membran frem og tilbake. Når strømmen endrer seg raskt, vibrerer membranen og lager lydbølger.
Skrapjernmagnet:
Store elektromagneter brukes til å løfte tunge jerngjenstander på skrapplasser. Magneten slås på for å løfte og av for å slippe.
MR-maskin (sykehus):
Bruker svært sterke elektromagneter til å lage detaljerte bilder av kroppen.
✏️Eksempel: Lage en sterk elektromagnet
Du har en jernbolt, en isolert kobbertråd og et batteri. Hvordan kan du lage en så sterk elektromagnet som mulig?
For å lage en sterk elektromagnet:
1. Vikle mange vindinger av kobbertråden tett rundt jernbolten (jo flere vindinger, desto sterkere magnet)
2. Bruk jernbolten som kjerne – jern forsterker magnetfeltet betydelig
3. Koble til batteriet – strømmen gjennom spolen skaper magnetfeltet
For å gjøre den sterkere:
- Flere vindinger i spolen
- Sterkere batteri (høyere spenning gir mer strøm)
- Tykkere ledning (lavere motstand gir mer strøm)
- Jernkjerne i stedet for luftkjerne
Husk: Elektromagneten er bare magnetisk så lenge strømmen er på!
✏️Eksempel: Generator i et vannkraftverk
Forklar trinn for trinn hvordan et vannkraftverk omdanner vannets bevegelse til elektrisk strøm.
1. Vannet ledes fra et magasin (oppdemmet vann) gjennom et rør ned til turbinen
2. Turbinen er et stort hjul med skovler. Vannets bevegelsesenergi får turbinen til å rotere
3. Generatoren er koblet til turbinen. Inne i generatoren roterer magneter rundt spoler med kobbertråd (eller omvendt)
4. Induksjon: Når magnetene roterer forbi spolene, induseres det en vekselspenning i kobbertråden
5. Transformator: Spenningen økes for effektiv overføring gjennom kraftledninger
6. Strømmen transporteres til hjem, skoler og fabrikker
Hele prosessen bygger på Faradays oppdagelse av elektromagnetisk induksjon!
Huskeregel for magnetpoler
Like poler frastøter, ulike poler tiltrekker.
Tenk på det som venner: Motsetninger tiltrekker hverandre!
Kompassnålen peker mot nord fordi jordas geografiske nordpol er i nærheten av en magnetisk sydpol (ulike poler tiltrekker).
📝Oppgave 2.7.1
Hva skjer når du holder nordpolen til to magneter mot hverandre?
📝Oppgave 2.7.2
Hva er en elektromagnet?
📝Oppgave 2.7.3
Hvilket av disse metallene er magnetisk (tiltrekkes av en magnet)?
📝Oppgave 2.7.4
Magnetiske feltlinjer.
a
Hvordan går de magnetiske feltlinjene rundt en stavmagnet?
b
Hvordan kan du synliggjøre de magnetiske feltlinjene i et forsøk?
📝Oppgave 2.7.5
Elektromagneter og styrke.
a
Nevn tre måter å gjøre en elektromagnet sterkere på.
b
Hva er den viktigste fordelen med en elektromagnet sammenlignet med en permanentmagnet?
📝Oppgave 2.7.6
Elektromagnetisk induksjon.
a
Hva menes med elektromagnetisk induksjon?
b
Gi to eksempler på teknologi som bruker induksjon.
📝Oppgave 2.7.7
Motor og generator.
a
Hva er forskjellen mellom en elektrisk motor og en generator?
b
Hvor finner du eksempler på elektriske motorer i hverdagen? Nevn minst tre.
📝Oppgave 2.7.8
Ørsted og jordas magnetfelt.
a
Hva oppdaget Hans Christian Ørsted i 1820, og hvorfor var dette viktig?
b
Kompassnålen peker mot nord. Forklar dette ved hjelp av magnetisme.
c
Hva tror du skjer med et kompass i nærheten av en sterk elektromagnet?
📝Oppgave 2.7.9
Hvordan fungerer en høyttaler?
a
Beskriv med egne ord hvordan en høyttaler bruker elektromagnetisme til å lage lyd.
b
Hva skjer med lyden hvis vi øker strømstyrken til høyttaleren?