Magnetisme

Waarom kan men een stuk ijzer magnetisch maken en een stuk zilver niet?

Beste aurelie, magnetisme is niet op een echt eenvoudige manier uit te leggen. Het woord “magneet” is afgeleid van de plaats Magnesia in Klein Azie (huidige Griekenland) waar veel magnetisch gesteente voorkomt. De bouw van het ijzeratoom, geeft de verklaring voor de magnetische eigenschappen.

 <–  IJzer atoom                                     Lees verder………

Ieder atoom bevat gebonden elektronen, die in gesloten banen om de kern bewegen. Deze elektronen kunnen dus beschouwd worden als cirkelstromen, die een magnetisch veld (B) leveren. Om het magnetische veld van zo’n atoom als geheel te vinden moet men de deelvelden (dB) van zijn elektronen samenstellen (vectorieel optellen). Nu liggen de banen van de verschillende elektronen niet in hetzelfde vlak . De vectoren dB, die samengesteld moeten worden om de resulterende B van het atoom te vinden hebben dus verschillende richtingen . Bij de meeste elementen liggen de baanvlakken in alle mogelijke richtingen, zodat de verdeling van de vectoren dB ongeveer bol-symmetrisch is. De resulterende B zal dan zeer klein zijn. Het atoom vertoont dan zwak magnetische eigenschappen. Dit zijn de paramagnetische stoffen. Ten gevolge van de bijzondere bouw van het atoom is bij enkele stoffen, o.a. ijzer[Fe], cobalt[Co] en nikkel[Ni] (de ferromagnetische stoffen), het resulterende veld groot.

Een ijzeratoom is dus niet bolsymmetrisch maar kan voorgesteld worden als een spoeltje met zijn as in de richting van het resulterende veld van de elektronen. Brengt men nu een stukje ijzervijlsel in een uitwendig veld, dan zullen alle atomen (spoeltjes) een koppel ondervinden en zich met hun asrichting in de richting van het veld stellen. Het stukje ijzer als geheel bestaat dan uit een groot aantal spoeltjes met dezelfde asrichting, die gezamenlijk als ??n grote spoel opgevat kunnen worden, die ook weer met zijn lengte-as in de veldrichting gaat staan.

Een stukje ijzer kan magnetische eigenschappen krijgen door het in een magnetisch veld te plaatsen. Men zegt dan: het ijzer is gemagnetiseerd. Eigenlijk geeft deze uitdrukking niet precies aan wat er gebeurd is: ieder ijzeratoom was al magnetisch voordat het in het magnetische veld gebracht werd. Door de werking van het veld zijn de ijzeratomen alleen maar gericht, d.w.z. hun veldrichtingen hebben zich in de richting van het uitwendige veld gesteld.
Haalt men het stukje ijzer uit het magnetische veld, dan blijkt dat de magnetische eigenschappen weer snel verdwijnen: het ijzer is ontmagnetiseerd. De verklaring hiervan is, dat de ijzeratomen niet onbewegelijk in de roosterpunten van het ijzerkristal zitten, maar trillingen uitvoeren in verschillende richtingen (thermische energie!), waardoor de geordende ligging, die door het uitwendige veld opgelegd was, weer verstoord wordt. Hieruit volgt ook, dat de magnetische eigenschappen bij hoge temperatuur sneller zullen verdwijnen dan bij kamertemperatuur. Boven de z.g.n. Curie-temperatuur (bij ijzer: 770?) treden ze zelfs in het geheel niet op. Het richten van de ijzeratomen in een magnetisch veld gaat niet bij iedere soort ijzer even gemakkelijk. Blijkbaar zijn de onderlinge krachten tussen de atomen een belemmering voor het draaien: voor magnetisatie is arbeid nodig. Een stukje staal zal slechts door een zeer sterk uitwendig veld gemagnetiseerd worden. De inwendige krachten in staal zijn nl. groot. In overeenstemming hiermee zal een stuk staal, als het eenmaal gemagnetiseerd is, zijn magnetische eigenschappen lang kunnen bewaren. Nu werken de inwendige krachten juist mee om de atomen in hun door de magnetisatie verkregen positie te houden. Een gemagnetiseerd stuk staal noemt men een permanente (= blijvende) magneet. Deze benaming is natuurlijk niet juist. Een permanente magneet kan ook ontmagnetiseerd worden, bijv. door verhitting, door een schok of door plaatsing in een wisselend magnetisch veld. In al deze gevallen wordt de ordening verstoord.Een staafvormige permanente magneet gedraagt zich als een stroomvoerende spoel. Met behulp van ijzervijlsel kan aangetoond worden, dat de veldlijnen een zelfde verloop hebben (zie plaatjes hieronder). Legt men twee spoelen met de lengte-assen in eikaars verlengde, dan zullen ze elkaar aantrekken als de stroomrichtingen gelijk zijn en afstoten als de stroomrichtingen tegengesteld zijn. Een magneet gedraagt zich dus net zo als een spoel. Het veldlijnen plaatje van een magneet (plaatje rechts) en een spoel (links) komen dan ook overeen.

.  

De plaatjes hieronder geven de veldlijnen aan bij diverse spoelen. Hoe meer windingen een spoel bevat, hoe evenwijdiger de veldlijnen binnen in de spoel gaan lopen. Men spreekt dan van een homogeen veld. In de figuur rechts is een blokje ijzer in het magnetisch veld geplaatst. De veldlijnen buigen dan naar elkaar toe, en verstoren het veld. Het lijkt dus of de veldlijnen makkelijker door het ijzer gaan dan door de lucht. Deze magnetische doorlatendheid noemt men de “permeabiliteit” (Latijn: per = door..heen ; meare = gaan) van een stof. Voor de ferro magnetische stoffen is de permeabiliteit zeer groot. De verstoring van de veldlijnen van het aardmagnetisme (de aarde is ook een magneet) door grote stukken ijzer heeft ook consequenties voor b.v. een kompas op een stalen schip. Hierdoor onstaan afwijkingen, die gecompenseerd moeten worden, om de goede koers te bepalen.

De permeabiliteit van ijzer is niet constant. Immers het ijzer bestaat uit allemaal losse atomen die invloed op elkaar uitoefenen. D.w.z. alle naastliggende atomen proberen elkaar in dezelfde richting te trekken, waardoor zogenaamde Weisgebiedjes ontstaan van groepjes atomen die dezelfde richting (B res) hebben. Deze Weis-gebiedjes hebben echter afzonderlijk weer een andere richting. Pas als het stuk ijzer gemagnetiseerd wordt, wijzen ze allemaal dezelfde kant op. De permeabiliteit is dan een stuk kleiner geworden. Het is gemakkelijk in te zien, dat als een magnetisch stuk ijzer in de veldlijnen van een andere magneet geplaatst wordt, deze de lijnen veel meer gaat beinvloeden en zelfs compleet kan verstoren, dan een ongemagnetiseerd stuk ijzer.

Zie ook art. Dicky:  magnetisme

***arjen***