Magneten, zoals speelgoed dat aan je koelkast in huis vastzit, of hoefijzers die je op school te zien kregen, hebben een aantal ongewone kenmerken. Daarnaast hebben ze palen.
Zoom in op twee magneten. De zuidpool van de ene magneet wordt aangetrokken door de noordpool van een andere. De noordpool van de ene magneet stoot de noordpool van de andere af.
Magnetische en elektrische stroom
Het magnetische veld wordt opgewekt door elektrische stroom, dat wil zeggen bewegende elektronen. Elektronen die rond een atoomkern bewegen, hebben een negatieve lading. De gerichte beweging van ladingen van de ene plaats naar de andere wordt een elektrische stroom genoemd. Een elektrische stroom vormt om zichzelf een magnetisch veld.
Dit veld met zijn krachtlijnen, als een lus, bedekt het pad van elektrische stroom, als een boog die boven de weg staat. Als er bijvoorbeeld een bureaulamp wordt ingeschakeld en er stroomt door de koperdraden, dan springen de elektronen in de draad van atoom naar atoom en ontstaat er een zwak magnetisch veld rond de draad. In hoogspanningslijnen is de stroom veel sterker dan in een tafellamp, dus rond de draden van dergelijke lijnen wordt een zeer sterk magnetisch veld gevormd. Elektriciteit en magnetisme zijn dus twee kanten van dezelfde medaille: elektromagnetisme.
Elektronenbeweging en magnetisch veld
De beweging van elektronen in elk atoom creëert een klein magnetisch veld eromheen.Een elektron dat in een baan om de aarde beweegt, vormt een vortexachtig magnetisch veld. Maar het grootste deel van het magnetische veld wordt niet gecreëerd door de beweging van een elektron in zijn baan om de kern, maar door de beweging van het elektron om zijn as, de zogenaamde elektronenspin. Spin kenmerkt de rotatie van een elektron om zijn as, zoals de beweging van een planeet om zijn as.
Waarom materialen worden gemagnetiseerd en niet gemagnetiseerd
In de meeste materialen, zoals plastic, zijn de magnetische velden van individuele atomen willekeurig georiënteerd en heffen ze elkaar op. Maar in materialen als ijzer kunnen atomen zo worden georiënteerd dat hun magnetische velden optellen, waardoor een stuk staal wordt gemagnetiseerd. Atomen in materialen zijn verbonden in groepen die magnetische domeinen worden genoemd. De magnetische velden van één afzonderlijk domein zijn in één richting gericht. Dat wil zeggen, elk domein is een kleine magneet.
Verschillende domeinen zijn georiënteerd in een grote verscheidenheid aan richtingen, dat wil zeggen ongeordend en blussen elkaars magnetische velden. Daarom is een stalen strip geen magneet. Maar als het ons lukt om de domeinen in één richting te oriënteren, zodat de krachten van magnetische velden optellen, pas dan op! De stalen strip wordt een krachtige magneet en trekt elk ijzeren voorwerp van een spijker naar de koelkast.
Interessant feit: mineraal magnetisch ijzererts is een natuurlijke magneet. Maar toch worden de meeste magneten kunstmatig gemaakt.
Hoe werken magneten
Welke kracht kan ervoor zorgen dat atomen een dunne lijn vormen om één groot domein te vormen? Plaats de stalen strip in een sterk magnetisch veld.Geleidelijk, na elkaar, draaien alle domeinen in de richting van het aangelegde magnetische veld. Terwijl ze draaien, zullen de domeinen andere atomen in deze beweging trekken, in omvang toenemen, letterlijk zwellen. Dan zullen de identiek georiënteerde domeinen met elkaar verbinden en nu, alstublieft, de stalen strip die in een magneet is veranderd.
Je kunt dit aan je kameraden demonstreren met een gewone stalen spijker. Steek de spijker in het magnetische veld van een grote hoefijzermagneet. Houd het daar enkele minuten totdat de spijkerdomeinen in de juiste richting staan. Zodra dit gebeurt, wordt de nagel kort een magneet. Hiermee kun je zelfs gevallen pinnen van de vloer halen.