De wetenschap van magnetische veldlijnen

Een magnetisch veld omringt elke bewegende elektrische lading. Het magnetische veld is continu en onzichtbaar, maar de sterkte en oriëntatie kunnen worden weergegeven door magnetische veldlijnen. Idealiter tonen magnetische veldlijnen of magnetische fluxlijnen de sterkte en oriëntatie van een magnetisch veld. De weergave is handig omdat het mensen een manier geeft om een ​​onzichtbare kracht te bekijken en omdat wiskundige natuurwetten gemakkelijk het "aantal" of de dichtheid van veldlijnen kunnen aanpassen.

• Magnetische veldlijnen zijn een visuele weergave van de onzichtbare krachtlijnen in een magnetisch veld.
• Volgens afspraak volgen de lijnen de kracht van de noord- naar zuidpool van een magneet.
• De afstand tussen de lijnen geeft de relatieve sterkte van het magnetische veld aan. Hoe dichter de lijnen zijn, hoe sterker het magnetische veld is.
• IJzervijlsel en een kompas kunnen worden gebruikt om de vorm, sterkte en richting van magnetische veldlijnen te volgen.

Een magnetisch veld is een vector, wat betekent dat het grootte en richting heeft. Als elektrische stroom in een rechte lijn vloeit, geeft de rechterregel de richting aan waarin onzichtbare magnetische veldlijnen rond een draad vloeien. Als u zich de draad met uw rechterhand met uw duim in de richting van de stroom vastgrijpt, beweegt het magnetische veld in de richting van de vingers rond de draad. Maar wat als u de stroomrichting niet kent of gewoon een magnetisch veld wilt visualiseren?

Hoe een magnetisch veld te zien

Net als lucht is een magnetisch veld onzichtbaar. Je kunt de wind indirect bekijken door kleine stukjes papier in de lucht te gooien. Op dezelfde manier kun je stukjes magnetisch materiaal in een magnetisch veld plaatsen om het pad te volgen. Eenvoudige methoden zijn onder meer:

Gebruik een kompas

Een groep kompassen kan de richtingen van magnetische veldlijnen weergeven. Maciej Frolow / Getty Images

Zwaaien met een enkel kompas rond een magnetisch veld geeft de richting van de veldlijnen aan. Om het magnetische veld daadwerkelijk in kaart te brengen, geeft het plaatsen van veel kompassen op elk punt de richting van het magnetische veld aan. Verbind de 'stippen' van het kompas om magnetische veldlijnen te tekenen. Het voordeel van deze methode is dat deze de richting van magnetische veldlijnen toont. Het nadeel is dat het geen magnetische veldsterkte aangeeft.

Gebruik ijzervijlsel of magnetietzand

IJzer is ferromagnetisch. Dit betekent dat het zich langs magnetische veldlijnen uitlijnt en kleine magneten vormt met noord- en zuidpolen. Kleine stukjes ijzer, zoals ijzervijlsel, worden uitgelijnd om een ​​gedetailleerde kaart van veldlijnen te vormen, omdat de noordpool van een stuk de noordpool van een ander stuk afstoot en de zuidpool aantrekt. Maar je kunt de vijltjes niet zomaar op een magneet sprenkelen omdat ze zich aangetrokken voelen en eraan blijven plakken in plaats van het magnetische veld te volgen.

Om dit probleem op te lossen, worden ijzervijlsel over een magnetisch veld op papier of plastic gestrooid. Een techniek die wordt gebruikt om de vijlsels te verspreiden is om ze vanaf een hoogte van enkele centimeters op het oppervlak te strooien. Meer filings kunnen worden toegevoegd om de veldlijnen duidelijker te maken, maar slechts tot een punt.

Alternatieven voor ijzervijlsel zijn stalen BB-pellets, vertind ijzervijlsel (dat niet zal roesten), kleine paperclips, nietjes of magnetietzand. Het voordeel van het gebruik van deeltjes ijzer, staal of magnetiet is dat de deeltjes een gedetailleerde kaart van magnetische veldlijnen vormen. De kaart geeft ook een ruwe indicatie van de sterkte van het magnetische veld. Dicht uit elkaar geplaatste, dichte lijnen komen voor waar het veld het sterkst is, terwijl wijd gescheiden, dunne lijnen aangeven waar het zwakker is. Het nadeel van het gebruik van ijzervijlsel is dat er geen indicatie is van de oriëntatie van het magnetische veld. De eenvoudigste manier om dit te overwinnen is om een ​​kompas te gebruiken in combinatie met ijzervijlsel om zowel oriëntatie als richting in kaart te brengen.

Probeer Magnetic Viewing Film

Magnetische kijkfilm is een flexibel plastic met bellen van vloeistof geregen met kleine magnetische staafjes. De films lijken donkerder of lichter, afhankelijk van de oriëntatie van de staven in een magnetisch veld. Magnetische kijkfilm werkt het beste in kaart brengen van complexe magnetische geometrie, zoals die geproduceerd door een platte koelkastmagneet.

Natuurlijke magnetische veldlijnen

De lijnen in de aurora volgen de magnetische veldlijnen van de aarde. Oscar Bjarnason / Getty Images

Magnetische veldlijnen verschijnen ook in de natuur. Tijdens een totale zonsverduistering volgen de lijnen in de corona het magnetische veld van de zon. Terug op aarde geven de lijnen in een aurora het pad van het magnetische veld van de planeet aan. In beide gevallen zijn de zichtbare lijnen gloeiende stromen van geladen deeltjes.

Regels voor magnetische veldlijn

Met behulp van magnetische veldlijnen om een ​​kaart te construeren, worden enkele regels duidelijk:

1. Magnetische veldlijnen kruisen nooit.
2. Magnetische veldlijnen zijn continu. Ze vormen gesloten lussen die door een magnetisch materiaal lopen.
3. Magnetische veldlijnen bundelen elkaar waar het magnetische veld het sterkst is. Met andere woorden, de dichtheid van veldlijnen geeft de sterkte van het magnetische veld aan. Als de veldlijnen rond een magneet in kaart worden gebracht, bevindt het sterkste magnetische veld zich op beide polen.
4. Tenzij het magnetische veld met een kompas in kaart wordt gebracht, is de richting van het magnetische veld mogelijk onbekend. Volgens afspraak wordt de richting aangegeven door pijlpunten langs magnetische veldlijnen te trekken. In elk magnetisch veld vloeien de lijnen altijd van de noordpool naar de zuidpool. De namen "noorden" en "zuiden" zijn historisch en hebben mogelijk geen invloed op de geografische oriëntatie van het magnetische veld

Bron

• Durney, Carl H. en Curtis C. Johnson (1969). Inleiding tot moderne elektromagnetica. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Inleiding tot de elektrodynamica (4e editie). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black en Harvey N. Davis (1913). Praktische fysica. The MacMillan Co., VS..
• Tipler, Paul (2004). Natuurkunde voor wetenschappers en ingenieurs: elektriciteit, magnetisme, licht en elementaire moderne fysica (5e editie). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.