Et interessant spørgsmål er: Hvordan ville verden se ud, hvis vi ikke havde nogen elektromagneter?
Mens magneter i sig selv - og magnetfelter i almindelighed - er naturligt forekommende fænomener, er elektromagneter det ikke. De skal opfindes.
Elektromagneter er nogle af de kraftigste magneter, vi har. På grund af deres effektive styrke er de blevet afgørende for vores industrier, teknologier og flere mere banale ting, som vi har i vores hjem.
Så at lære om elektromagneter er ikke bare det samme som at lære om en hvilken som helst videnskabelig teori. Elektromagneter er allerede i brug, og de er enormt nyttige.
Der er faktisk ting, som kun de kan gøre! Sandheden er, at elektromagneter er ret fascinerende i sig selv ... og vi er slet ikke begyndt at tale om videnskaben bag dem.
Så tilbage til spørgsmålet: Hvor ville vi være i dag uden elektro magneter og magnetisme? Svaret er ærligt talt: et andet sted! Vi ville f.eks. ikke have nogen generatorer og derfor ingen mulighed for at lagre eller overføre energi.
Men vi vender tilbage til dette spørgsmål senere. Lad os først og fremmest se lidt på teorien bag elektromagneten.
Hvornår blev elektromagneten opdaget?
Uden elektromagneten ville vi sandsynligvis stadig leve i noget, der minder om 1820'erne. Teknologien blev først opfundet i 1820'erne, da to forskellige videnskabsmænd (en i Danmark og en i England) begyndte at lege med samspillet mellem elektricitet og magnetisme.
Deres navne var William Sturgeon og Hans Christian Ørsted. Det var Hans, der først indså, at en elektrisk strøm skaber et magnetfelt. Samtidig fremstillede Sturgeon den første rudimentære elektromagnet.
Der var dog ingen, der rigtig forstod, hvordan en spole af kobbertråd kunne skabe et magnetfelt, før en fransk fysiker i 1906 begyndte at tage fat på problemet.
Med sin teori om det magnetiske område bragte den franske fysiker os et skridt nærmere den viden, vi har i dag, og hjalp os med at forstå, hvordan verden fungerer. Men denne historie mangler stadig to af de vigtigste navne i elektromagnetismens historie.
Du har måske hørt om Michael Faraday, som opdagede princippet om elektromagnetisk induktion? Eller André-Marie Ampère, der viste, at to parallelle spoler frastøder og tiltrækker hinanden afhængigt af strømretningen.
Siden opdagelsen af elektromagnetismen er den involverede teknologi vokset fra styrke til styrke. Vores verden er blevet fyldt med ting, hvis enorme betydning for os knap nok kan erkendes.
Lad os tage et kig på videnskaben.
Hvordan fungerer en elektromagnet?
Videnskaben om elektromagnetisme er baseret på magneten og alle de fænomener, der er forbundet hermed: de magnetiske poler. Det vil sige, den magnetiske kraft og de ladede partikler, der kun kan ses på et subatomært niveau.
Kan du huske præcis, hvad magnetisme er? Her er et hurtigt resumé. Magnetisme er baseret på uparrede elektroner. Elektroner er de partikler, der udgør en del af et atom, men de fleste materialer har elektronpar med modsatrettede spændinger. De kaldes nogle gange at lave positive og negative ladninger.
Når elektroner er parret, er deres respektive magnetiske kræfter neutraliseret - det vil sige, at de ikke har nogen magnetisk kraft. Når de er upåparede, er de derimod ikke neutraliseret.
I magnetiske materialer (videnskabeligt kendt som ferromagnetiske materialer) kan alle disse elektroner spontant bevæge sig i samme retning, hvilket giver materialet stærke magnetiske egenskaber.
Hvad er elektromagnetisme?
Selv om magnetisme kan fungere naturligt på denne måde, fungerer elektromagneter på en lidt anden måde. De opdagelser, som forskere som Ampère, Faraday og Ørsted gjorde, var netop mulige, fordi de indså, at dette ikke var den eneste måde, hvorpå magnetisme kunne opstå og fungere.
De indså, at strømmen af elektrisk strøm også har et magnetfelt. Ampères opdagelse, at ledninger med strømme, der løber i modsat retning, tiltrækker hinanden, beviste dette.
Ved hjælp af elektromagnetisme magnetiseres hele den tråd eller spole, som strømmen løber igennem. Dette skyldes igen elektronerne, men i stedet for blot at være orienteret i én retning er de stort set "stillet op", i en linje.
Elektronerne i en elektrisk strøm er frie fra deres atomer og flyder langs materialets længde. Dette giver materialet sin magnetiske styrke.
Grundlæggende vekselvirkninger
Elektromagnetismen - kombinationen af magnetisme og elektricitet - er imidlertid langt vigtigere end selve elektromagneten. Og når du spørger hvad elektromagnetisme er, så beskrives det som en af de grundlæggende vekselvirkninger, der begrunder alle fysiske love, som f.eks. tyngdekraften.
Elektromagnetismen er således den kraft, der holder atomerne sammen og er ansvarlig for lyset. Den er også ansvarlig for bindingen af kemiske forbindelser.
Elektromagnetismen er uden tvivl en fantastisk kraft ... og en nyttig kraft. Dens opdagelse - og vores evne til at udnytte dens kraft - har været et utroligt vigtigt bidrag til udviklingen af den menneskelige videnskab.
Hvordan virker elektromagneter?
Nu har vihørt nok om, hvad der førte til deres opfindelse. Men hvordan fungerer en elektromagnet egentlig?
En elektromagnet fungerer på stort set samme måde som en simpel stangmagnet. Den har både en nordpol og en sydpol, som har en tendens til at frastøde andre magneters tilsvarende poler.
Den producerer også et magnetfelt på samme måde, som man ser det med jernspåner. Forskellen mellem en elektromagnet og en almindelig magnet er, at en elektromagnet har et meget stærkere magnetfelt.
Du kan naturligvis også tænde og slukke den ved at slukke for strømmen. Disse to forhold gør den særlig nyttig.
Strukturen af en elektromagnet
Som vi diskuterede ovenfor, er den magnetiske kraft mellem en almindelig ferromagnet og dens elektromagnetiske fætter stadig ret forskellig. I førstnævnte er elektronerne rettet i samme retning.
I sidstnævnte er det elektronstrømmen (elektriciteten), der frembringer magnetfeltet. Ledninger er altså i sagens natur magnetiske, hvilket Ampère beviste gennem sin forskning.
For at skabe en elektromagnet bruger vi imidlertid en mere sofistikeret metode end den. Metoden er baseret på spoler af tråd. Man tager et cylindrisk stykke ferromagnetisk metal (f.eks. jern) og vikler en trådspole (som regel af kobber) rundt om det.
Så snart du tænder for elektriciteten, vil strømmen løbe gennem tråden og magnetisere metallet i midten af den - ligesom en permanent magnet. Hvis du slukker for strømmen, ophører metallet med at være magnetisk. Så enkelt er det kort sagt. Du har heller ikke nødvendigvis brug for jernkernen, da det magnetiske felt, som spolen frembringer, allerede er centreret på hullet gennem midten af spolen.
Jernkernen - eller "den magnetiske kerne" - gør dog elektromagneten endnu kraftigere. Tusindvis af gange kraftigere!
Hvad bruger vi elektromagneter til?
Hvordan ville verden så se ud i dag, hvis vi ikke havde elektromagneter? Hvilke ting ville vi ikke have, hvis vi ikke havde elektromagneter? Det er helt sikkert fascinerende spørgsmål.
Det er naturligvis også svært at besvare så store spørgsmål, men vi kan henvise til nogle af de mest kraftfulde teknologier, vi har, som er baseret på elektromagnetisme. De findes ærligt talt overalt.
Elektromotorer og generatorer
En elmotor (som findes i biler og alle mulige andre maskiner) fungerer takket være samspillet mellem et magnetfelt og elektrisk strøm.
En elmotor består delvist af en stator - en magnet, der sidder rundt om motorens kant og forbliver statisk. Den har også en rotor - en roterende elektromagnet, som er næsten identisk med den ovenfor beskrevne spole.
Når der føres elektricitet ind i spolen, trækkes spolen mod statoren, som derefter vendes for at afstøde den. Spolen drejer derfor konstant rundt og producerer mekanisk energi.
Disse motorer findes i alt fra din computer til dine hovedtelefoner, fra din ovn til din harddisk. Generatorer er også mekanisk identiske. De arbejder bare i den modsatte retning.
Transformatorer
Da højspændingsledninger transporterer hundredtusindvis af elektriske volt, skal elektricitetens spænding reduceres, før den når frem til din brødrister (som kun har brug for omkring to hundrede volt). Det er præcis, hvad en transformer i fysik gør.
Den fungerer ved at placere to spoler. Den enorme elektriske spænding passerer gennem den første spole. Men hvis du placerer en spole med færre vindinger ved siden af, vil den elektriske strøm springe over til den næste spole, men så vil den have en lavere spænding.
Uden denne opfindelse ville du ikke kunne bruge noget elektrisk udstyr i dit hus.
Magnetisk svævekraft
En af de sejeste ting, folk har gjort med elektromagneter, er at skabe magnetisk levitation. Dette er et transportsystem, hvor tog svæver, og de bliver både hurtigere og mere effektive på grund af den manglende friktion.
Det kræver to sæt virkelig stærke magneter. Den ene løfter toget fra skinnerne, og den anden driver det fremad.
Kunne du lide denne artikel? Skriv en anmeldelse!
Loading...
