Magnetisk felt

Grundbeskrivelse

Magnetisk felt vist med feltlinier (Chano Birkelind)

Magnetfeltet kan illustreres med feltlinier, der løber langs feltet. Jo tættere feltliniene løber, jo kraftigere er feltet. Magnetfeltlinierne danner altid lukkede kurver. Magnetfeltet, der går fra nordpolen til sydpolen på en stangmagnet, fortsætter videre inde i magneten til nordpolen, så hver enkelt feltlinie danner en lukket kreds.

En magnetisk sydpol tiltrækker en nordpol, mens to ens poler frastøder hinanden. Ved tiltrækning er feltet omkring de to poler rettet samme vej - ud af nordpolen og ind i sydpolen. Felterne ud af to nordpoler peger mod hinanden så der sker en frastødning.

Retningen af det magnetiske felt kan registreres med en magnetnål, der vil søge at indstille si,g så dens nordpol peger i feltets retning og sydpolen den modsatte vej. En kompasnål i Jordens magnetfelt peger med nordpolen mod nord. Det betyder, at Jordens magnetiske poler er modsat de geografiske, så den magnetiske sydpol befinder sig nogenlunde tæt på den geografiske nordpol.

Nogle materialer, f.eks. jern, kan tiltrækkes af et magnetfelt fra en magnet i nærheden - et ydre felt. Når det sker, er det, fordi felterne fra hvert enkelt atom i materialet ensrettes af det ydre felt og kommer til at vende samme vej.

Når man fjerner det ydre felt, vil atomerne mere eller mindre bevare deres ensartede retning. Det er på den måde, man kan lave en magnet af et stykke jern.

Uddybende beskrivelse

På atomart niveau dannes magnetfelter i atomernes elektronstruktur. Forskellige stoffers magnetiske egenskaber afhænger af fordelingen af elektroner i deres atomer. Hver enkelt elektron bidrager til det samlede atoms felt. Mange af elektronerne findes i par, hvor deres bidrag til feltet vender hver sin vej, så de udadtil ophæver hinanden. Grundstoffer, hvor alle atomets elektroner er i par, kaldes diamagnetiske. Det er f.eks. kulstof, bly og kobber. I praksis er de stort set umagnetiske, men faktisk frastødes de på grund af kvantefysiske effekter en lille smule af et magnetfelt.

Paramagnetiske materialer indeholder atomer, hvor nogle af elektronerne ikke findes i par. De har derfor et felt, der kan vekselvirke med et ydre felt. Som regel vender de atomare felter i tilfældige retninger, så de overordnet set ophæver hinanden. Når der er et ydre felt, er det lidt anderledes. Her rettes de ind i samme retning som feltet, og nettoeffekten bliver, at de tiltrækkes af magnetfeltet. Eksempler på paramagnetiske stoffer er magnesium og molybdæn. De kan ikke magnetiseres permanent - når det ydre felt fjernes, vender de atomare felter tilbage til deres tilfældige orientering.

Magnetfeltet omkring en nord- og en sydpol vist med jernfilspåner. Hver enkelt spån magnetiseres af feltet og danner en lille magnet, der retter sig ind langs feltet. (Alexander Wilmer Duff, 1916).

Materialer som jern, nikkel og kobolt, der kan magnetiseres, kaldes ferromagnetiske. Her kan en kvantefysisk effekt, exchange interaction, forårsage, at de atomare felter i et område rettes samme vej og danner et magnetisk domæne. I et ydre felt fra en magnet i nærheden ensrettes de magnetiske domæner, og man oplever en markant kraftigere magnetisk tiltrækning end ved paramagnetiske materialer.

De magnetiske domæner kan i mange tilfælde bevare deres ensretning, selv om det ydre felt forsvinder, således at materialet er blevet permanent magnetiseret.

Magnetiske felter stammer fra elektriske ladninger, ligesom de også påvirker elektriske ladninger. Den helt afgørende forskel på magnetiske og elektriske felter er, at magnetfelter kun dannes af og ligeledes kun påvirker elektriske ladninger, der bevæger sig. Det er det, der gør det muligt at lave elektromagneter, hvor man kan variere feltet ved at skrue op eller ned for strømmen i magnetens vindinger.

Naturligvis kan det også være feltet, der bevæger sig i forhold til ladningen. Elektriske felter, der ændrer sig, danner også magnetfelter.

På atomar skala er det primært de negativt ladede elektroner i atomerne, der danner et magnetfelt.

Michael Quaade