Magneet

De aarde: een gigantische magneet!

Een magneet is een voorwerp dat ijzer, nikkel, kobalt en andere magnetische metalen aantrekt.

Hoe een magneet of magnetisme nou precies werkt is best lastig om uit te leggen.

Eigenlijk zijn alle materialen om ons heen (licht) magnetisch. Alle materialen hebben namelijk een magnetisch veld. Je hebt verschillende soorten magneten:

• ferromagneten: ijzer, nikkel en kobalt zijn uit zichzelf magnetisch of magnetisch te maken. Deze metalen blijven aan een magneet plakken. En je kunt er zelf een magneetje van maken door met een magneet telkens in dezelfde richting over te strijken. Dit noem je magnetiseren. Verder heb je:
• paramagneten
• diamagneten

De laatste twee zijn echt niet van zichzelf magnetisch. Je kunt ze wel magnetisch maken. Dit is ingewikkelder dan bij de ferromagneten en gebeurt alleen in speciale laboratoria. Ze worden alleen magnetisch in een bepaald magneetveld. En dat merk je pas als dat veld heel erg sterk is.

Een magneet heeft altijd twee magnetische polen: een noordpool en een zuidpool. Net als bij de aarde. Alleen heeft het bij een magneet niets met kou, sneeuw en ijs te maken.

Wat is een magnetisch veld?

IJzervijlsel laat de veldlijnen (magnetisch veld) van een staafmagneet zien

Rondom een magneet zit een onzichtbaar magnetisch veld. Dit veld heeft een bepaalde kracht die voorwerpen kan aantrekken. Een magneetveld heeft veldlijnen. Dit zijn lijnen die laten zien hoe de kracht van de magneet werkt en gericht is. Door met een kompas op een afstandje rond de magneet te schuiven zal je de kompasnaald steeds van richting zien veranderen. Het is mogelijk om dit magnetisch veld nog duidelijker tevoorschijn te toveren:

Je neemt een staafmagneet, een papiertje en ijzervijlsel. IJzervijlsel is heel fijn versnipperd (gevijld) ijzer dat zal worden aangetrokken door een magneet. Wanneer je een magneet onder een papiertje legt en het ijzervijlsel op het papiertje strooit zal je iets heel bijzonders zien! Het magnetisch veld wordt zichtbaar, waarbij de veldlijnen vanuit de ene pool vertrekken en bij de andere pool weer samenkomen.

Zoals te zien is op het plaatje "Magnetisch veld" gaan de lijnen van noord (N) naar zuid (S). Dicht bij de polen van de magneet zie je heel veel lijnen bij elkaar. Hier voel je dus veel kracht van de magneet. Aan de zijkant zie je dat de lijnen een grotere bocht maken en daardoor verder uit elkaar gaan. Hier zal je dus minder kracht van de magneet voelen. 

De aarde: een reusachtige magneet

William Gilbert: ontdekker aardmagnetisme

William Gilbert heeft in de 16e eeuw aardmagnetisme ontdekt. De aarde is eigenlijk een gigantische magneet. Net als een staafmagneet heeft de aarde twee magnetische polen. Toch is er iets geks met de polen. De noordpool van het kompas wijst naar de noordpool van de aarde. Dit noemen we de geografische of kaart noordpool. De noordpool van het kompas wordt aangetrokken door de magnetische zuidpool van de aarde. Die zit dus in het noorden! De magnetische noordpool zit dus in de buurt van de geografische zuidpool (Antarctica). De magnetische zuidpool zit dus in de buurt van de geografische noordpool.

Rond de aarde ligt een heel groot magnetisch veld dat tot ver de ruimte in gaat. Het beschermt ons tegen schadelijke stralingen van de zon en het is de basis van de werking van het kompas. Het magneetveld van de aarde is onwijs groot! Het pijltje van het kompas wijst naar het noorden. Dat komt doordat hij wordt aangetrokken door de magnetische zuidpool van de aarde. Het kompas "voelt" het magnetische veld en zal de veldlijn volgen naar het noorden! 

Eenheid

De eenheid voor magnetisme is Tesla (T). Een koelkastmagneet, waarmee je bijvoorbeeld een briefje of tekening op de koelkastdeur plakt, heeft een Tesla van 0,1 T.

Soorten magneten (vormen)

Dit zijn een aantal soorten magneten:

• Hoefijzermagneet
• Staafmagneet
• Ronde magneet

• 

  Staafmagneet

• 

  Ronde magneet (gebruikt om te magneetvissen)

• 

  Hoefijzermagneet

• 

  kompasnaaldjes rond een staafmagneet

Materialen die magneten bijvoorbeeld aantrekken zijn:

• Spijkers
• Muntstukken (€0,10, €0,20 en €0,50 zijn niet magnetisch. Ze zijn gemaakt van een ander metaal).
• Paperclips

Hoe maak je iets van ijzer magnetisch?

Je houdt in de ene hand een magneet en in de andere hand bijvoorbeeld een schroevendraaier. Je strijkt ze telkens tegen elkaar (maar telkens één kant op door de magneet na elke streek op te tillen en opnieuw te beginnen) en de schroevendraaier wordt magnetisch.

Wil je een spijker magnetisch maken??? Nou, dat gaat dus precies hetzelfde. Pak een magneet en een spijker. Pak de magneet en wrijf hem telkens hard in één richting over de spijker. Als je dit een tijdje volhoudt, zal de spijker uiteindelijk ook magnetisch worden.

Eigenlijk is het niet zo moeilijk uit te leggen hoe dit komt, maar wel kastig voor te stellen omdat je het niet kunt zien. In ijzer, nikkel en kobalt zitten eigenlijk hele kleine magneetjes. Deze magneetjes hebben allemaal een noord- en een zuidpool. Al deze kleine magneetjes zitten normaal kriskras door elkaar. Maar wanneer je met een magneet langs het voorwerp strijkt zorg je er eigenlijk voor dat alle noordpolen dezelfde kant op gaan staan! In het voorwerp ontstaan dan een noord- en zuidpool. Het is alsof die minimagneetjes net als haren door elkaar zitten en met een kam worden recht gekamd.

Wat zijn magnetische polen?

Houten treintjes met magneetkoppeling

Een magneet heeft een noord- en een zuidpool. De magnetische kracht is bij deze polen het sterkst. Als je twee magneten hebt en je houdt twee gelijke polen tegen elkaar dan zullen ze elkaar afstoten. Maar als je twee verschillende polen tegen elkaar houdt dan trekken ze elkaar juist aan. Misschien ken je dit van de houten speelgoed treintjes die aan de voor en achterkant een magneetje hebben.

Het kompas

Scheepskompas

Eerst had men een vis of schildpad die uit magneetsteen werd gehakt of gesneden. Bij tochten over land, bijvoorbeeld bij oorlogen, werden deze gebruikt. Als er mist was waardoor de militairen niet wisten waar ze naartoe moesten werd de vis in een bak met water gelegd. De kop van de vis wees naar het Noorden. Hierdoor wisten ze welke kant ze op moesten lopen. Later werd er een kompas gemaakt voor overzeese tochten. Een dunne draaibare naald in een afgesloten doosje met kijkglas. De naald van het kompas wijst naar het Noorden. Rondom is de windroos aangebracht, waarop alle windrichtingen te zien zijn. Het kompas is belangrijk geweest bij ontdekkingsreizen. De ontdekkingsreizigers gebruikten het kompas om de weg over zee te zoeken.

Hoe je zelf een kompas kunt maken

Wat je nodig hebt

1. Kurk
2. Spijker of naald
3. Bak of bord met water

Wat moet je doen?

Doe het zelf kompas met gemagnetiseerde spijker drijvend op een kurk

Je moet de spijker eerst magnetisch maken. Wrijf met een magneet over de spijker dezelde kant op. In de spijker zit ijzer dat magnetisch kan worden. Door het strijken met de magneet wordt de magnetische richting van alle ijzerdeeltjes dezelfde kant op gelegd. Als de magnetische richting van de meeste deeltjes één kant op is, dan versterken deze deeltjes elkaar en dan is de spijker magnetisch.

Je legt de kurk in de bak met water, je legt de spijker erop en dan zal deze naar het noorden wijzen.

Klaar is je kompas.

Waar wordt een magneet voor gebruikt?

In allerlei alledaagse voorwerpen zitten magneten (waarvan sommige elektromagneten), zoals:

• De zwarte strook achter op de pinpas heet de magneetstrip.
• In een deurbel
• Alarminstallatie in de winkel
• MRI-scan
• Geluidsboxen
• Zweeftrein
• Fietsdynamo
• Bij vele spelletjes zoals vissen met een hengeltje, magnetisch dartbord en voor kleinere kinderen een treintje

High Field Magnet Laboratory (HFML)

In Europa zijn 4 laboratoria die onderzoek met grote magnetische velden (sterke aantrekkingskracht) mogen doen. In ons land staat dit laboratorium in Nijmegen. Het HFML doet samen met de Radboud Universiteit Nijmegen onderzoek naar de werking van materialen. Bijvoorbeeld door een sterke magneet bij een stuk ijzer te houden kunnen zij zien hoe dit ijzer op deze sterke magneet reageert. Verandert het materiaal (het stuk ijzer) van vorm? Smelt het?

Deze onderzoeken zijn erg belangrijk voor andere bedrijven. Zij gebruiken deze kennis om nieuwe producten te maken. Denk bijvoorbeeld aan nieuwe tablets, telefoons en verbeterde MRI-scans in ziekenhuizen.

Gewichtloosheid

Zwevende kikker

Alle materie is een beetje magnetisch. Met een gewone magneet merk je dat niet, daarvoor is het magnetisme meestal te zwak. Maar met een sterke magneet kun je waterdruppels, hout en plastic oppakken en laten zweven. In Nijmegen werd dat in 1997 spectaculair aangetoond door een kikker te laten zweven in een magneet.  De beelden gingen de hele wereld over. Die resultaten zijn van groot belang. Met sterke magneetvelden kun je gewichtloosheid op aarde namaken.  Het betekent dat je geen ruimtevaart nodig hebt om proeven te doen met gewichtloosheid.

Supermagneet

In 2014 heeft het HFML van de Radboud Universiteit een nieuwe supermagneet gemaakt. Deze magneet heeft een kracht van 37,5 Tesla. Om een idee te geven hoe sterk dat is, het magneetveld van de aarde is 0,00005 Tesla en een koelkastmagneet ongeveer 0,1 Tesla. Deze supermagneet is een miljoen keer sterker dan de aardmagneet die al sterk genoeg is om kompasnaald te richten.

Om deze supermagneet te laten werken gebruiken ze elektrische stroom. Met deze nieuwe supermagneet kunnen ze 100 keer nauwkeuriger onderzoek doen naar materialen dan de vorige magneet van 33 Tesla. Hoe sterker de magneet, hoe verrassender de resultaten!

Statische elektriciteit

Statische elektriciteit is een vorm van magnetisme. Materialen zoals plastic en wol zijn neutraal geladen, dit betekent dat ze niet magnetisch zijn. Deze materialen kunnen positief of negatief geladen (statisch) worden door ze langs elkaar te wrijven.Dit gebeurt wanneer je met een ballon langs een wollen trui wordt wrijft. De ballon steelt elektronen, negatief geladen deeltjes van de trui en hierdoor wordt de ballon negatief geladen. Door dit wrijven blijven er op de trui alleen nog maar positieve deeltjes over.

De negatieve deeltjes worden ook wel elektronen genoemd en de positieve deeltjes heten protonen.

Links/Filmpjes

• Schooltv: hoe werken magneten?
• Filmpje over supermagneet in Nijmegen
• Schooltv: Full proof magneten
• Schooltv: Een magneet; ijzer met aantrekkingskracht

Bronnen

• Isgeschiedenis.nl. (z.j.). Ontstaan van het magnetische kompas. Geraadpleegd op 20 oktober 2017, van https://isgeschiedenis.nl/nieuws/ontstaan-van-het-magnetische-kompas
• Kersbergen, C., & Haarhuis, A. (2010). Natuuronderwijs inzichtelijk. Bussum: Coutinho.
• Radboud University. (2017). Magnetenlab vestigt wereldrecord met nieuwe 38 tesla magneet. Geraadpleegd op 18 oktober 2017, van http://www.ru.nl/nieuws-agenda/nieuws/vm/imm/vastestoffysica/2014/38tesla/.
• Schooltv.nl. (2008). Een magneet: ijzer met aantrekkingskracht? Hilversum: NTR.
• Schooltv.nl. (2013). Full proof magneten. Hilversum: NTR.
• Schooltv.nl. (2006). Magneten. Hoe werken ze eigenlijk? Hilversum: NTR.
• tv13.nl. (2014). Sterkste magneet ter wereld in Nijmegen. Huissen: Kanaal 13.