Videnskaben om elektromagnetisme er et af de vigtigste områder, vi kender. Vores viden om elektromagnetisme har givet mange praktiske løsninger i industrien og anvendes i vidt omfang i en række forskellige industrielle sammenhænge.
Elektromagnetisme er af central betydning for vores viden om universets fysiske struktur. Du har måske aldrig tænkt over det før, men uden elektromagnetisme ville vi ikke kunne transportere eller generere elektricitet. Det ville simpelthen ikke fungere. Vi ville ikke kunne producere de enorme mængder elektricitet, som vi har brug for i hele landet og i vores hjem.
Tænk over det, næste gang du tænder lyset, koger vand i kedlen eller ser tv! Elektromagnetisme - den mærkelige kombination af elektricitet og magnetisme - er en af universets grundlæggende funktioner. Derfor kan vi ikke rigtig sige, at nogen har "opfundet" elektromagnetismen, men at den er blevet opdaget.
Derefter blev det beregnet, at det er den kraft, der holder atomets forskellige dele sammen. Den er ansvarlig for kemiske forbindelser, og det er også den kraft, der frembringer lys.
Elektromagnetismen er altså overalt omkring os. Men i denne artikel vil vi se nærmere på et særligt fænomen, der kaldes elektromagnetisk induktion. Det vil sige produktionen af elektromotorisk kraft ved et skiftende magnetfelt.
Bare rolig, hvis det hele lyder en smule forvirrende. Vi vil præsentere et kort resumé af al den videnskab, du har brug for at kende for at forstå denne fantastiske proces.
Hvad er elektromagnetisme?
Lad os begynde med at se på hvad elektromagnetisme er. Nogle materialer er magnetiske, det vil sige, at de har en magnetisk kraft. Andre materialer er slet ikke magnetiske.
De magnetiske materialer består af uparrede elektroner i en linje. Det betyder, at deres magnetisme er i én retning.
De materialer, der forbliver magnetiske selv uden for et ydre magnetfelt, kaldes permanente magneter eller ferromagnetiske materialer. Dette sker ikke i umagnetiske materialer, hvor alle elektroner enten er parrede eller helt tilfældige.
Ferromagnetiske materialer - som jern og nikkel - er enten tilfældigt magnetiske, eller fordi de har været i kontakt med et magnetfelt. Og selv om det i sig selv er fantastisk, er de ikke lige så nyttige som elektromagneter.
Elektromagneter kan tændes og slukkes og er meget kraftigere. Desuden kan kraftige magneter bruges til mange ting!
Hvad er elektromagneter?
En elektromagnet er en magnet, der drives af en elektrisk strøm. Selve elektriciteten har en magnetisk kraft; selv i en simpel kobbertråd.
Forskere har desuden fundet måder at gøre denne kraft meget stærkere på. Generelt bruger elektromagneter spoler af tråd, hvor hver spole er viklet rundt om et stykke metal (normalt jern).
Denne specielle konstruktion kaldes en solenoide. Når en elektrisk strøm passerer gennem tråden, er det magnetiske felt, der dannes, centreret omkring den magnetiske kerne, dvs. metalstykket i midten af solenoiden.
Disse elektromagneter er superstærke, og så snart man slukker for strømmen, holder solenoiden op med at blive magnetiseret. Så ja, en elektromagnet er i virkeligheden bare en virkelig stærk magnet.
Men denne særlige kombination af elektricitet og magnetisme er utrolig nyttig. Et af de vigtigste anvendelsesområder er elektromagnetisk induktion, produktion af elektromotorisk kraft (også kaldet induktionsspænding).
Magneter producerer elektricitet - så måske forstår du nu, hvorfor de anses for at være så nyttige?
En kort oversigt over elektromagnetisk induktion
For bedst muligt at forklare elektromagnetisme og dens funktioner og betydningen af elektromagnetisk induktion vil vi kort se tilbage på dens historie. Lad os gå tilbage til et af de allerførste eksperimenter, der førte til dens opdagelse - helt tilbage i 1830'erne.
Vi havde allerede hesteskoelektromagneten takket være William Sturgeons opfindelse. Vi vidste også, at elektriske strømme har deres egen magnetiske kraft takket være Ampere og Oersted.
Det var imidlertid en mand ved navn Michael Faraday, der opdagede principperne for elektromagnetisk induktion, da han gennemførte et forsøg, hvis resultater blev offentliggjort i 1831.
Videnskabsmanden Michael Faraday
Michael Faraday er blevet en af de mest indflydelsesrige videnskabsmænd i historien. Gennem sit arbejde med magnetisme beviste han, hvordan magnetisk kraft kan påvirke f.eks. lysstråler.
Hans mest indflydelsesrige eksperiment var dog opdagelsen af elektromagnetisk induktion. Faraday tog en jernring og viklede to forskellige stykker tråd fra forskellige spoler rundt om dens modsatte sider.
Han lod derefter en elektrisk strøm løbe gennem et af trådstykkerne og forventede at se en form for elektrisk ladning eller effekt på det andet trådstykke. Han satte derfor det andet stykke ledning ind i et galvanometer - en maskine, der måler elektriske ladninger.
Når han tændte og slukkede for batteriet på den første ledning, viste galvanometeret en elektrisk ladning. Faraday hævdede, at dette skyldtes den magnetiske strøm, der passerer gennem midten af ringen.
For at gøre det klart, at der kun blev produceret en elektrisk strøm, når det magnetiske felt ændrede sig, så var det kun, når han tændte og slukkede for batteriet igen, at han så en ændring i galvanometeret.
På andre tidspunkter viste galvanometeret intet. Derfor lod han i et andet af sine eksperimenter en stangmagnet glide ind og ud af en trådspole. Der kunne han observere den samme elektriske ladning på galvanometeret.
Faradays lov og Maxwells ligninger
Mens Faraday udførte dette praktiske arbejde og eksperimenter, blev hans resultater ikke mødt med stor begejstring. Det skyldtes dog, at han ikke præsenterede sine resultater i matematiske termer.
Det var James Clerk Maxwell, der 30 år senere beskrev det, som Faraday allerede havde bevist, men i rent matematiske termer. Maxwell's ligninger er blevet navnet på disse love. Det vil sige de love, der beskriver, hvad der sker ved elektromagnetisk induktion.
Hvordan virker elektromagnetisk induktion?
Så hvad var det præcis, Faraday opdagede? Kort sagt fandt han ud af, at ændringer i magnetfelter kan inducere elektriske strømme. Og som vi ved, har elektriske strømme et magnetfelt. Men hvis du lader det magnetiske felt interagere med en anden magnet, ændres potentialet eller spændingen i den elektriske strøm, ligesom i Faradays eksperiment.
Så hvis man bevæger en sådan magnet ind og ud af en spole, vil man mærke en stor modstand. Selve modstanden er med til at frembringe strømmen.
Hvis man accelererer magnetens bevægelse, vil den inducerede strøm stige, og hvis man forstærker magnetfeltet, sker det samme. På denne måde kan magneter og magnetisme bruges til at omdanne kinetisk energi til elektrisk energi.
Det skyldes, at strømmen flyder ved at bevæge magneten. Det er præcis sådan, at ting som generatorer fungerer: de genererer elektricitet ved at bevæge en magnet i et magnetfelt.
Det er ikke underligt, at dette var en så utrolig vigtig opdagelse!
Hvordan bruger vi elektromagnetisk induktion?
Lad os for at få mere klarhed over dette fænomen se på en af de vigtigste teknologier, hvor det anvendes. Dette er gennem den elektriske generator.
Elektriske generatorer anvendes i kraftværker, i biler og små motorer og i alle former for udstyr. Tro os - de findes overalt.
Elektriske generatorer producerer magnetfelter, som andre magnetiserede spoler bevæger sig igennem. Biler bruger f.eks. en generator til at holde batteriet opladet.
I vekselstrøm bevæger den inducerede strøm sig i en vekslende retning - deraf navnet. Forestil dig et magnetfelt foran dig. I midten af rummet er der en roterende trådspole med strøm, der passerer gennem den.
Som du kan forestille dig, vil der være en vekselvirkning og modstand mellem trådspolen (med dens eget magnetfelt) og magnetfeltet i generatoren. Når den ene side af den roterende spole bevæger sig opad, induceres der en positiv strøm.
Når den bevæger sig nedad igen, sker det modsatte. Følgelig får man en konstant skiftende strøm.
I en jævnstrømsgenerator er der en mekanisme, der vender magnetfeltets bevægelse om - der er ingen vekselstrøm.
Vekselstrøm er langt mere almindeligt i større elektriske apparater. Det skyldes, at det er meget lettere at transportere end jævnstrøm.
Det er muligt at øge spændingen og samtidig bevare en lille strømstyrke, men på grund af den høje spænding er det nødvendigt med transformere i fysik for at udnytte strømmen.
Kunne du lide denne artikel? Skriv en anmeldelse!
Loading...
