Nothing is too wonderful to be true if it be consistent with the laws of nature.
Michael Faraday
Magneten kom je overal tegen in het dagelijks leven, van de deur van je koelkast tot je koptelefoon en zelfs in een autoraam.
Maar wat is magnetisme eigenlijk? Kort gezegd is het een natuurkundige kracht waardoor bepaalde materialen elkaar kunnen aantrekken of afstoten zonder elkaar aan te raken. Deze magnetisme uitleg laat meteen zien waarom magnetisme zo’n belangrijk onderdeel is van de natuurkunde.
Toch staan we er zelden bij stil, terwijl veel technologie zonder magnetisme simpelweg niet zou werken. Daarom is het interessant om beter te begrijpen wat magnetisme precies is en hoe het werkt.
Wat is magnetisme precies?
Wat is magnetisme precies? Magnetisme is de kracht waarmee magnetische materialen andere magnetische materialen aantrekken en afstoten. Dit is de meest voorkomende manier waarop je magnetisme in het dagelijks leven ziet, wanneer stukjes metaal naar andere stukjes metaal worden toegetrokken.
Dat is trouwens precies wat magneten zo interessant maakt, en zo nuttig in het dagelijks leven. Magnetische kracht is een kracht zonder direct contact. Dat betekent dat magnetische materialen elkaar niet hoeven aan te raken om effect op elkaar te hebben.
Toch is dit geen magie, ook al werd het ooit misschien wel zo gezien. De krachten die deze materialen uitoefenen zijn het gevolg van een proces dat plaatsvindt op een niveau dat te klein is om met onze ogen te zien. Op dat niveau is alles in beweging.
En wat de kracht veroorzaakt die wij waarnemen, is het resultaat van twee verschijnselen op dat niveau. Het eerste is het magnetisch moment van een bepaald element en zijn deeltjes, en het tweede is een elektrische stroom.
Veel mensen denken dat alle metalen magnetisch zijn, maar dat klopt niet. Vooral ijzer, nikkel en kobalt staan bekend als duidelijk ferromagnetisch, terwijl veel andere metalen nauwelijks of helemaal niet op een magneet reageren.
Magnetische momenten en elektronen
Wat er op een veel kleiner niveau gebeurt, draait volledig om elektronen, een van de subatomaire onderdelen van materiaal.
Deze elektronen bewegen, of draaien, rond de kern van het atoom. En elk elektron heeft een lading, meestal positief of negatief. Normaal gesproken zijn de elektrische ladingen of spins van deze elektronen in balans, wat betekent dat het aantal positieve elektronen gelijk is aan het aantal negatieve elektronen.
De natuur houdt over het algemeen van stabiliteit en evenwicht, en in deze context betekent dat dat niet-magnetische materialen de norm zijn, doordat bij een gelijke verdeling van positieve en negatieve elektronen het magnetisch moment van deze elektronen elkaar opheft. Dat is maar goed ook, want anders zou alles in het universum magnetisch kunnen zijn, en dat zou niet erg praktisch zijn.
Soms zijn de elektronen in een materiaal niet in balans, dat klopt. Maar in de meeste van die gevallen is hun magnetische lading niet uitgelijnd, en juist die uitlijning is nodig om echt magnetisme te krijgen.
Magnetisme zoals wij het herkennen, met de twee magnetische polen van een magneet, ontstaat wanneer de magnetische momenten van de elektronen allemaal dezelfde kant op wijzen. Pas dan produceert een materiaal een magnetisch veld dat sterk genoeg is om merkbaar te zijn. Dat is een belangrijk onderdeel van natuurkunde magnetisme.
Elektriciteit en magnetisme
Zoals we al zeiden zijn er twee bronnen van magnetisme. De eerste is het magnetisch moment van de elektronen en hun uitlijning. De tweede is een elektrische stroom.
Elektrische stromen produceren magnetisme omdat elektriciteit bestaat uit bewegende elektronen door een materiaal. Daardoor ontstaat een verschijnsel waarbij alle elektronen door hun beweging noodzakelijkerwijs uitgelijnd raken, en deze beweging geeft de elektrische draad een positieve en een negatieve lading. Voor extra duidelijkheid over deze concepten kun je een docent wiskunde en natuurkunde raadplegen.
Elektromagneten
Je hebt waarschijnlijk wel eens gehoord van een elektromagneet, of van elektromagnetisme in het algemeen. Maar wat zijn nou elektromagneten? Dit zijn zeer sterke magneten die worden aangedreven door elektriciteit. Net als de meeste dingen die door elektriciteit werken, kun je ze ook aan en uit zetten, wat ze erg handig maakt voor de industrie.
Als je een magnetische stof neemt en daar een draadspoel omheen wikkelt, waar vervolgens een elektrische lading doorheen loopt, zul je merken dat de ontstane magneet inderdaad erg sterk is. De hele spoel wordt op deze manier gemagnetiseerd, waarbij de elektronen uit de draad een magnetisch veld produceren dat naar het midden van de spoel trekt.
Zodra je de elektriciteit uitschakelt, is de spoel niet langer magnetisch. Dit is een cruciaal onderdeel van elektromagnetisme.
Wat is een magnetisch veld?
Magneten trekken andere dingen aan en stoten andere dingen af die gevoelig zijn voor de kracht van magnetisme. Dat weten we.
Maar het belangrijke is wat er gebeurt tussen de twee materialen die magnetisch zijn. Dat is het magnetisch veld, een onzichtbaar krachtveld dat in essentie de rangschikking is van de elektronen in de omringende ruimte.
Je hebt vast eerder schema’s van magnetische velden gezien. Wat je daarin herkent is het dipolaire karakter van magneten, het feit dat magneten zowel een noordpool als een zuidpool hebben, evenals de magnetische veldlijnen die we meestal tussen die polen tekenen.
Deze lijnen stellen de magnetische flux voor die uit de noordpool komt en de zuidpool binnengaat. Hoe dichter de lijnen op elkaar staan, hoe sterker de magnetisatie. Deze lijnen kruisen elkaar overigens nooit.
Dus als je je afvraagt wat is een magnetisch veld, dan is het korte antwoord: de onzichtbare zone rondom een magneet waarin magnetische kracht werkzaam is. Dat is de kern van wat is een magnetisch veld en ook van veel magnetisme uitleg in de natuurkunde.
Een gewone draad wordt al magnetisch zodra er stroom doorheen loopt. Wikkel je die draad als spoel om een kern heen, dan krijg je een elektromagneet die je ook weer kunt uitschakelen door de stroom te stoppen.
IJzervijlsel
Een van de beste manieren om een magnetisch veld in het echt te zien, is met ijzervijlsel.
Neem een staafmagneet en een handvol piepkleine stukjes metaal, in feite ijzerstof.
Laat het ijzervijlsel op de magneet vallen en kijk hoe het magnetisch veld zichtbaar wordt, inclusief alle verschillende krachtlijnen. Het is eigenlijk best indrukwekkend.
Verschillende soorten magneten en verschillende soorten magnetisme
Je hebt waarschijnlijk al het idee dat niet alle magneten hetzelfde zijn. Aangezien we weten dat er zoiets bestaat als elektromagnetische kracht, naast “gewone” magneten, kunnen we er eigenlijk vanuit gaan dat er meer soorten magneten bestaan. We noemden bijvoorbeeld al staafmagneten.
Diamagnetisme
Laten we beginnen met diamagnetisme. Dit is het type magnetisme dat alles altijd in enige mate heeft. Toch is het niet echt “magnetisch” in de betekenis die wij er gewoonlijk aan geven.
In een materiaal dat diamagnetisch is, zijn er namelijk helemaal geen ongepaarde elektronen. En in de aanwezigheid van paramagnetische of ferromagnetische stoffen wordt het diamagnetisme overheerst.
We can scarcely avoid the conclusion that light consists in the transverse undulations of the same medium which is the cause of electric and magnetic phenomena.
James Clerk Maxwell
Paramagnetisme
Paramagnetische materialen zijn materialen die zwak worden aangetrokken door elk magnetisch veld waaraan ze worden blootgesteld. Het merendeel van de chemische verbindingen is paramagnetisch, omdat ze meestal elektronen hebben die niet gepaard zijn. Dat betekent dat zelfs elementen zoals zuurstof eigenlijk paramagnetisch zijn, iets waarvan de meeste mensen zich waarschijnlijk niet bewust zijn.
In paramagnetische stoffen richten de ongepaarde elektronen zich naar het magnetisch veld, waardoor de stof als geheel een lading krijgt.
Ferromagnetische materialen
Ferromagnetische materialen zijn de materialen die wij normaal gesproken als magnetisch herkennen.
Deze materialen hebben ook ongepaarde elektronen. Maar anders dan bij paramagnetische materialen hebben de elektronen in ferromagnetische materialen de neiging om zich spontaan op één lijn te zetten. Dat betekent dat ze geen extern magnetisch veld nodig hebben om magnetisch te worden.
Dit zijn de materialen die we meestal als magnetisch kennen, zoals ijzer, nikkel en kobalt. Dat helpt ook om te begrijpen wat is een magneet, want een magneet is simpel gezegd een object waarvan de interne magnetische momenten zo zijn uitgelijnd dat het een merkbaar magnetisch veld produceert. Wie wil weten wat is een magneet of wat is magnetisch, komt dus al snel uit bij ferromagnetische materialen.
Wat je in dit onderwerp tegenkomt
- 🔥 Het effect van warmte op magnetische eigenschappen
- 🧲 Magnetische velden en veldlijnen
- ⚡ Elektromagneten en spoelen
- 🔋 Elektrische stroom en uitgelijnde elektronen
- 🌍 Het aardmagnetisch veld
- 🧪 IJzervijlsel als zichtbaar model van veldlijnen
Tijdelijke magneten en permanente magneten
Deze twee termen, tijdelijke en permanente magneten, komen vrij vaak voor in gesprekken over magnetisme. En het verschil is waarschijnlijk vrij duidelijk.
Permanente magneten zijn ferromagnetisch. Ze behouden hun magnetische eigenschappen ook wanneer ze zich niet meer in de aanwezigheid van een extern magnetisch veld bevinden.
Tijdelijke magneten zijn paramagnetische stoffen die een externe magnetische kracht nodig hebben. Dit zijn dingen zoals paperclips, objecten die reageren op magnetisme maar zelf niet echt magnetisch zijn.
Verhitting van een ferromagnetische stof verstoort trouwens zijn magnetische eigenschappen. De energie van warmte zorgt voor veel grotere atomaire onrust, waardoor de elektronen niet uitgelijnd kunnen blijven. Dit helpt ook bij de vraag wat is magnetisch, omdat een materiaal niet alleen van samenstelling, maar ook van toestand afhankelijk magnetisch gedrag vertoont.
Lees meer over transformatoren, een van de belangrijkste magnetische technologieën.
Soort
- Diamagnetisch
- Paramagnetisch
- Ferromagnetisch
Kenmerk
- Wordt heel zwak afgestoten door een magneet
- Reageert zwak op een extern magneetveld
- Kan sterk magnetisch worden en ook blijven
Is de aarde magnetisch?
Je weet dat de aarde een magnetisch veld heeft, toch? Dat is de reden waarom we magneten beschrijven met een noordpool en een zuidpool.
De hele aarde is magnetisch, en dat is ook de reden waarom kompassen werken. Als je een handvol modder oppakt, zal die niet magnetisch zijn, maar de grootte van de aarde zorgt voor het grootste magnetische veld op de planeet.
Waarom gebeurt dat? Niemand weet het helemaal zeker. Wetenschappers denken echter dat het komt door convectiestromen in de aardkern, die voornamelijk uit ijzer en nikkel bestaat. En dat veroorzaakt ook het poollicht.
Heb je ooit gehoord van elektromagnetische inductie? Daar is meer over te leren mocht je geïnteresseerd zijn in deze onderwerpen.
📊 Poll: Wat vind jij het interessantst aan magnetisme?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
