Archief - Magnetisme

Volgens deze uitleg (https://www.youtube.com/watch?v=hFAOXdXZ5TM) kunnen materialen magnetisch zijn als de buitenste schil van de atomen maar voor de helft gevuld is met elektronen en als de atomen zo georiënteerd zijn dat al hun magnetische velden in dezelfde richting staan.

Zou je in principe dan elk materiaal magnetisch kunnen maken door elektronen toe te voegen of te verwijderen tot elk atoom een half gevulde buitenste schil heeft?

Albireo zei:

Zou je in principe dan elk materiaal magnetisch kunnen maken door elektronen toe te voegen of te verwijderen tot elk atoom een half gevulde buitenste schil heeft?

Klik om te vergroten...

In theorie klopt dit. Maar in werkelijkheid kan niet elk element dit.

Wat jij beschrijft is magnetisme dat ontstaat door ongepaarde elektronen, dit heet ook paramagnetisme. Zowat alle elementen zijn paramagnetisch, de een al wat meer dan de andere. Paramagnetisme is echter niet permanent zoals ferromagnetisme. Een paramagnetisch materiaal zal pas magnetische eigenschappen vertonen als er een magnetisch veld wordt aangelegd dat de ongepaarde elektronen in één richting doet wijzen. Is dit er niet draaien alle elektronen willekeurig rond hun as en is de resulterende magnetische kracht (quasi) nul.

In ferromagnetische materialen blijven de vrije elektronen parallel uitgelijnd en genereren ze zo ook na het wegvallen van het magnetisch veld een eigen magnetische kracht. Dit kan echter enkel als het materiaal volgens bepaalde kristalstructuren is geordend, en die kristalstructuren komen enkel voor bij ijzer, nikkel en cobalt (en enkele zeldzame elementen).

Markant detail: door de kristalstructuur te wijzigen kan je een magnetisch materiaal zijn magnetisme doen verliezen. Zo bestaat roestvrij staal uit magnetische elementen maar is het niet magnetisch (sommige vormen van RVS wel), puur omdat de kristalstructuur gewijzigd is.

Kortom: magnetisme wordt zowel op microniveau (elektronen) als macroniveau (kristallen) veroorzaakt. Zowat alle elementen zijn magnetisch op microniveau, maar slechts enkele op macroniveau.

Nog een paar vragen. Een vast elektrisch veld (gelijkstroom door een draad(1)) veroorzaakt een vast magnetisch(2) veld, maar omgekeerd is dat niet zo. Waarom niet? En waarom kan een veranderend magnetisch veld dan wel een (veranderend) elektrisch veld opwekken?

1. https://www.youtube.com/watch?v=1TKSfAkWWN0
2. als je een positieve en een negatieve lading zou hebben, maar er bewegen geen elektronen tussen de ladingen (omdat er een vacuum tussen zit of een isolator) wordt er dan ook nog een magnetisch veld opgewekt of heb je altijd bewegende elektronen nodig om een magnetisch veld op te wekken?

Albireo zei:

Nog een paar vragen. Een vast elektrisch veld (gelijkstroom door een draad(1)) veroorzaakt een vast magnetisch(2) veld, maar omgekeerd is dat niet zo. Waarom niet? En waarom kan een veranderend magnetisch veld dan wel een (veranderend) elektrisch veld opwekken?

Klik om te vergroten...

Eerste vraag: Een vast magnetisch veld induceert op haar beurt ook. Omgekeerd is dat dus volgens mij ook wel zo.
Het verschil (sterk vereenvoudigd) is dat permanente magneten owv hun moleculaire structuur hun lading "automatisch" (natuurlijk, passief) in een bepaalde richting oriënteren, terwijl dat bij een elektromagneet niet het geval hoeft te zijn. Daar wordt die oriëntatie geïnduceerd door een stroom die in een bepaalde richting gedwongen wordt; puur door de vorm (spoel) van de geleider. Dit is in feite zeer "visuele" materie -> zoek op google naar wat tekeningen als je het graag wil snappen.

Antwoord op de tweede vraag is in feite in essentie onbekend. Het is een effect van de Wet van Lenz. Het principe erachter is dat er een kracht ontstaat die de beweging van de geleider door het veld tegenwerkt. De reden heb ik het raden naar...
Intuïtief beschouw ik het als elektriciteit dat zich houdt aan de principes van de klassieke mechanica. Wij leven blijkbaar in een realiteit waar "inertie" een feit is.
Ik denk dat het antwoord op die specifieke vraag wellicht een nobelprijs waard is

Albireo zei:

1. https://www.youtube.com/watch?v=1TKSfAkWWN0
2. als je een positieve en een negatieve lading zou hebben, maar er bewegen geen elektronen tussen de ladingen (omdat er een vacuum tussen zit of een isolator) wordt er dan ook nog een magnetisch veld opgewekt of heb je altijd bewegende elektronen nodig om een magnetisch veld op te wekken?

Klik om te vergroten...

je beschrijft de werking van een condensator. In sé wordt er zo geen elektromagnetisch veld opgewekt; eens de lading vast zit. Ik ga er van uit dat je "altijd bewegende elektronen" moet hebben om een magnetisch veld te krijgen; maar ik ben daar niet 100% zeker van.
Ik dacht dat in permanente magneten (waar er dus geen externe stroom wordt aangelegd) de moleculaire eigenschappen van het materiaal zelf die bewegende elektronen zullen veroorzaken, en het bijhorend magnetisch veld..

spliffrider zei:

Antwoord op de tweede vraag is in feite in essentie onbekend. Het is een effect van de Wet van Lenz. Het principe erachter is dat er een kracht ontstaat die de beweging van de geleider door het veld tegenwerkt. De reden heb ik het raden naar...
Intuïtief beschouw ik het als elektriciteit dat zich houdt aan de principes van de klassieke mechanica. Wij leven blijkbaar in een realiteit waar "inertie" een feit is.
Ik denk dat het antwoord op die specifieke vraag wellicht een nobelprijs waard is

Klik om te vergroten...

Ik neem aan dat dit een antwoord was op:
Een vast elektrisch veld (gelijkstroom door een draad(1)) veroorzaakt een vast magnetisch(2) veld, maar omgekeerd is dat niet zo. Waarom niet? En waarom kan een veranderend magnetisch veld dan wel een (veranderend) elektrisch veld opwekken?

Heeft dit niet te maken met het feit dat gelijkstroom zorgt voor een continu ladingsverschil (dus alle elektronen gaan naar zelfde kant waardoor je een magneet maakt). Andersom zal een magneet in een geleider alle elektronen naar 1 zelfde kant trekken, maar dit maakt geen elektrische stroom aangezien een geleider geen oneindig aantal elektronen heeft. Het lijkt me dat je dit zou kunnen verwoorden als "de geleider wordt een 2e magneet met omgekeerde polariteit"?

Nuja, ben geen kenner, dus is eerder een wilde gok gebaseerd op intuitie

Albireo zei:

Nog een paar vragen. Een vast elektrisch veld (gelijkstroom door een draad(1)) veroorzaakt een vast magnetisch(2) veld, maar omgekeerd is dat niet zo. Waarom niet? En waarom kan een veranderend magnetisch veld dan wel een (veranderend) elektrisch veld opwekken?

2. als je een positieve en een negatieve lading zou hebben, maar er bewegen geen elektronen tussen de ladingen (omdat er een vacuum tussen zit of een isolator) wordt er dan ook nog een magnetisch veld opgewekt of heb je altijd bewegende elektronen nodig om een magnetisch veld op te wekken?

Klik om te vergroten...

Twee zaken waarvan ik denk dat je ze verkeerd interpreteert. Ten eerste wekken velden elkaar niet op. Bovendien is er ook een verschil tussen elektrische krachten en velden en magnetische krachten en velden.

Een elektrisch veld wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van stilstaande elektrische ladingen. Dit veld geeft aanleiding tot het ontstaan van elektrische aantrekkingskrachten. Een ballon die je over je trui gewreven hebt is negatief geladen en zal aan een andere ballon blijven kleven omdat ze elkaar elektrisch aantrekken.

Een magnetisch veld wordt veroorzaakt door een beweging van elektrische ladingen, enerzijds rond hun eigen as (permanente magneet) of anderzijds als een stroom door een geleider. Bewegende magnetische krachten hebben ook de eigenschap om elektrische ladingen te doen bewegen, dit heet magnetische inductie. Doordat kan in een materiaal een elektrische stroom worden opgewekt.

Kortom: stilstaande ladingen (met isolator ertussen): elektrisch veld. Bewegende ladingen (in een geleider): magnetisch veld.

sandervdw zei:

Ik neem aan dat dit een antwoord was op:
Een vast elektrisch veld (gelijkstroom door een draad(1)) veroorzaakt een vast magnetisch(2) veld, maar omgekeerd is dat niet zo. Waarom niet? En waarom kan een veranderend magnetisch veld dan wel een (veranderend) elektrisch veld opwekken?

Heeft dit niet te maken met het feit dat gelijkstroom zorgt voor een continu ladingsverschil (dus alle elektronen gaan naar zelfde kant waardoor je een magneet maakt). Andersom zal een magneet in een geleider alle elektronen naar 1 zelfde kant trekken, maar dit maakt geen elektrische stroom aangezien een geleider geen oneindig aantal elektronen heeft. Het lijkt me dat je dit zou kunnen verwoorden als "de geleider wordt een 2e magneet met omgekeerde polariteit"?

Nuja, ben geen kenner, dus is eerder een wilde gok gebaseerd op intuitie

Klik om te vergroten...

Ik zegget, op het "waarom" bestaat er volgens mij nog geen antwoord. Dat is een fenomeen eigen aan onze realiteit...en niet enkel toepasselijk op elektromagnetisme -> klassieke mechanica kent het concept "inertie"; en dat is zeer vergelijkbaar.

Een vrij visuele vereenvoudiging specifiek voor een magnetisch veld dat een elektrische stroom induceert kan ik nog aanbieden :

Als ge een geleider in een magnetisch veld beweegt; "houdt het magnetisch veld de elektronen op hun plaats" terwijl gij de geleider beweegt. Dat veroorzaakt een stroom in die geleider (=bewegende elektronen). Ge duwt de elektronen als het ware door de geleider. Als ge die geleider dan oprolt tot een spoel; en die spoel roteert in het magnetisch veld; dan "duwt" ge die elektronen door die spoel.

Bekijk het als een schroef van Archimedes. http://www.ikhebeenvraag.be/mediastorage/FSImage/A0/1775/Archimedes_screw.JPG
Het principe is vereenvoudigd, maar zeer analoog: ge draait aan die schroef; maar door de zwaartekracht wil dat water op haar plaats blijven. (= analoog magnetisch veld waarbij lading op de plaats wil blijven) Doordat ge het water onderaan de schroef effectief "opschept", kan het nergens meer naartoe. (=analoog isolatie van de geleider) De pure draaibeweging + zwaartekracht zorgt er voor dat ge het water door de buis/schroef duwt.

Vervang nu de schroef door een geleider in spoelvorm; het water door de elektronen & de zwaartekracht door het Em veld, en ge bent er.

Het lijkt me zinloos je af te vragen waarom of hoe magnetische velden ladingen kunnen doen bewegen. Elektromagnetisme is een van de vier fundamentele natuurkrachten (naast de sterke kracht, de zwakke kracht en de zwaartekracht) en die neem je gewoon aan. De elektromagnetische kracht is de basis van zowat alle andere krachten die we in het leven kennen, zoals mechanische kracht, wrijving, zelfs licht. Een beetje zoals de optelling de basis van de wiskunde is. Daar ga je je ook niet afvragen waarom 1+1 2 is .

spliffrider zei:

Antwoord op de tweede vraag is in feite in essentie onbekend. Het is een effect van de Wet van Lenz. Het principe erachter is dat er een kracht ontstaat die de beweging van de geleider door het veld tegenwerkt. De reden heb ik het raden naar...
Intuïtief beschouw ik het als elektriciteit dat zich houdt aan de principes van de klassieke mechanica. Wij leven blijkbaar in een realiteit waar "inertie" een feit is.
Ik denk dat het antwoord op die specifieke vraag wellicht een nobelprijs waard is

Klik om te vergroten...

wait, what!?! Dus we bouwen kernreactoren om een magneet rond een koperen draadje te laten draaien maar we weten eigenlijk niet waarom dat werkt? Er is echt geen theorie over hoe dat magnetisch veld de elektronen beïnvloed en een stroom veroorzaakt? Zou je het niet kunnen verklaren door te stellen dat het magnetisch veld de elektronen aantrekt (omdat elektronen mini-magneetjes zijn en gemakkelijk kunnen bewegen in een geleider) en door de verplaatsing van al die elektronen krijg je een spanning? Of is dat wat te simplistisch?

Epyon zei:

Een beetje zoals de optelling de basis van de wiskunde is. Daar ga je je ook niet afvragen waarom 1+1 2 is .

Klik om te vergroten...

Eindelijk heb ik U, Epyon!

"1+1 = 2" is helemaal geen axioma.
Russel & Whitehead hadden bijna 300 pagina's (verschillende versies van deze sappige anekdote vermelden verschillende hoeveelheden pagina's) nodig om dat te bewijzen

Albireo zei:

wait, what!?! Dus we bouwen kernreactoren om een magneet rond een koperen draadje te laten draaien maar we weten eigenlijk niet waarom dat werkt?

Klik om te vergroten...

EXACTLY...

Maar, jij duwt s'morgens ook extra hard op de je pedalen als je fiets stilstaat...en we weten ook niet waarom.
Zoals Epyon zegt, dat is zodanig fundamenteel in onze realiteit dat er geen verklaring voor is.

Maar waarom? -> maar waarom? -> maar waarom?

Je begrijpt dat er gewoonweg een grens moet zijn...Hetgeen wij hier vermelden is die grens nog niet...maar daarvoor moet je zéér diep de elektrotechniek/(quantum)fysica induiken. Filosofisch feit is dat je die grens enkel verder achteruit gaat duwen...en nooit een finaal, 100%-bevredigend antwoord op die "waarom" vraag kan bekomen.

spliffrider zei:

Eindelijk heb ik U, Epyon!

"1+1 = 2" is helemaal geen axioma.
Russel & Whitehead hadden bijna 300 pagina's (verschillende versies van deze sappige anekdote vermelden verschillende hoeveelheden pagina's) nodig om dat te bewijzen

Klik om te vergroten...

Ik bedoelde het dan ook niet in de letterlijke zin van symbolische logica, maar wel als de optelling die de basis vormt van alle andere (scalaire) mathematische operaties. Je kan die immers steeds afbreken tot een set optellingen, net zoals je bijna alle macroscopische krachten kan reduceren tot elektromagnetisme.

spliffrider zei:

Een vrij visuele vereenvoudiging specifiek voor een magnetisch veld dat een elektrische stroom induceert kan ik nog aanbieden :

Als ge een geleider in een magnetisch veld beweegt; "houdt het magnetisch veld de elektronen op hun plaats" terwijl gij de geleider beweegt. Dat veroorzaakt een stroom in die geleider (=bewegende elektronen). Ge duwt de elektronen als het ware door de geleider. Als ge die geleider dan oprolt tot een spoel; en die spoel roteert in het magnetisch veld; dan "duwt" ge die elektronen door die spoel.

Klik om te vergroten...

Voor mij is die uitleg voldoende.

Voor mij is het grootste mysterie in het heelal (in lijn met wat anderen hier gezegd hebben) hoe alle dingen weten hoe ze zich moeten "gedragen".
"Ik ben een elektron, ik beweeg in een magneetveld in die richting en van die sterkte dus moet ik me nu in die richting en met die snelheid bewegen".
Op zich is dit al een verkeerde manier van denken is omdat al de wetten die we hebben gewoon een model van de werkelijkheid zijn en niet de werkelijkheid zelf. In werkelijkheid is er geen wet van Lenz of een Lorentz kracht. Elektronen hebben geen rekenmachientje zodat ze kunnen uitrekenen waar ze zich het volgend moment moeten bevinden. There is no spoon. Maar dan blijf je nog steeds achter met de vraag waarom de dingen zich gedragen zoals ze zich gedragen.

Maar voor nu ben ik gewoon blij dat ik weet waarom een bewegend magnetisch veld een elektrisch stroom veroorzaakt

Albireo zei:

Voor mij is die uitleg voldoende.

Voor mij is het grootste mysterie in het heelal (in lijn met wat anderen hier gezegd hebben) hoe alle dingen weten hoe ze zich moeten "gedragen".
"Ik ben een elektron, ik beweeg in een magneetveld in die richting en van die sterkte dus moet ik me nu in die richting en met die snelheid bewegen".
Op zich is dit al een verkeerde manier van denken is omdat al de wetten die we hebben gewoon een model van de werkelijkheid zijn en niet de werkelijkheid zelf. In werkelijkheid is er geen wet van Lenz of een Lorentz kracht. Elektronen hebben geen rekenmachientje zodat ze kunnen uitrekenen waar ze zich het volgend moment moeten bevinden. There is no spoon. Maar dan blijf je nog steeds achter met de vraag waarom de dingen zich gedragen zoals ze zich gedragen.

Maar voor nu ben ik gewoon blij dat ik weet waarom een bewegend magnetisch veld een elektrisch stroom veroorzaakt

Klik om te vergroten...

De overpeinzing die je hier maakt bewijst dat de exacte wetenschap soms heel dicht bij de filosofie ligt. Wat het natuurlijk extra boeiend maakt.

Albireo zei:

Voor mij is het grootste mysterie in het heelal (in lijn met wat anderen hier gezegd hebben) hoe alle dingen weten hoe ze zich moeten "gedragen".

Klik om te vergroten...

Ik wist dat ook ni hoe ik mij moest gedragen, tot ik wa kletsen kreeg die ik goe voelde, en toen wist ik ineens wel wa ik moest doen. Een electron heeft een lading, dus die voelt magnetisme om te weten wat ze moet doen, dus echt iets weten moet die ni.

Is de werking van zwaartekracht ni een veel groter en belangrijker misterie? Want dat geladen deeltjes invloed hebben van magnetisme en omgekeerd, dat is nog vrij eenvoudig te vatten, maar waarom twee massa's mekaar in feite aantrekken, das al moeilijker te vatten. En dan nog hoe groter de massa hoe meer aantrekkingskracht, terwijl ik mezelf meer aangetrokken voel tot vrouwen met een kleinere massa.

Gonzo the Great zei:

Is de werking van zwaartekracht ni een veel groter en belangrijker misterie? Want dat geladen deeltjes invloed hebben van magnetisme en omgekeerd, dat is nog vrij eenvoudig te vatten, maar waarom twee massa's mekaar in feite aantrekken, das al moeilijker te vatten.

Klik om te vergroten...

Zwaartekracht is een van de grote onopgeloste mysteries van de fysica. Algemeen wordt aangenomen dat het een buiging van ruimtetijd rond objecten met grote massa is en gepaard gaat met het uitwisselen van het elementaire deeltje de graviton. Het bestaan van de elementaire deeltjes van de sterke kracht, zwakke kracht en elektromagnetische kracht, zijnde gluons, bosons en fotonen, zijn reeds allemaal aangetoond. Het bestaan van de graviton aantonen is echter zo goed als onmogelijk. Een graviton, als het bestaat, heeft immers geen massa en gaat geen reacties met materie aan. Een detector zou al de massa van de zon moeten hebben om af en toe eens een graviton te kunnen waarnemen.

Of de graviton bestaat is ook theoretisch nog niet zeker. Volgens de huidige fysica kan het deeltje eigenlijk niet bestaan (toch niet bij zeer grote energie). Volgens de snaartheorie is de graviton dan ook geen deeltje, maar een snaar.

Zwaartekracht heeft ook enkele rare eigenschappen. Het is monopolair: het kan enkel massa aantrekken en nooit afstoten. Het bereik is oneindig, terwijl het toch de zwakste kracht van alle krachten is (een kleine magneet kan een stukje ijzer aantrekken terwijl de hele planeet het naar beneden probeert te trekken.

Dat je zwaartekracht kunt verklaren enkel en alleen door kromming van ruimte-tijd maakt zwaartekracht voor mij nu net de simpelste. Er is niet eens een kracht, er zijn enkel knikkers die over een rubber vel rollen (hoe iets door een gekromd 4 dimensioneel ruimte-tijd continuüm rolt is iets moeilijker om voor te stellen ). Bij de andere krachten heb je deeltjes die uit het niets een ander deeltje tevoorschijn toveren dat zich verplaatst naar nog een ander deeltje waar het verdwijnt en waarbij dat andere deeltje dan plots iets anders gaat doen.

En omdat massa massa is zal het de ruimte-tijd altijd op dezelfde manier krommen waardoor het volslagen normaal is dat zwaartekracht altijd aantrekkend is. Al hopen/veronstellen sommigen dat ze door een kleine aanpassing van de algemene relativiteitstheorie de zwaartekracht op grote afstanden afstotend kunnen maken wat het mysterie van de donkere energie zou oplossen.

Epyon zei:

Zwaartekracht is een van de grote onopgeloste mysteries van de fysica. Algemeen wordt aangenomen dat het een buiging van ruimtetijd rond objecten met grote massa is en gepaard gaat met het uitwisselen van het elementaire deeltje de graviton. Het bestaan van de elementaire deeltjes van de sterke kracht, zwakke kracht en elektromagnetische kracht, zijnde gluons, bosons en fotonen, zijn reeds allemaal aangetoond. Het bestaan van de graviton aantonen is echter zo goed als onmogelijk. Een graviton, als het bestaat, heeft immers geen massa en gaat geen reacties met materie aan. Een detector zou al de massa van de zon moeten hebben om af en toe eens een graviton te kunnen waarnemen.

Of de graviton bestaat is ook theoretisch nog niet zeker. Volgens de huidige fysica kan het deeltje eigenlijk niet bestaan (toch niet bij zeer grote energie). Volgens de snaartheorie is de graviton dan ook geen deeltje, maar een snaar.

Zwaartekracht heeft ook enkele rare eigenschappen. Het is monopolair: het kan enkel massa aantrekken en nooit afstoten. Het bereik is oneindig, terwijl het toch de zwakste kracht van alle krachten is (een kleine magneet kan een stukje ijzer aantrekken terwijl de hele planeet het naar beneden probeert te trekken.

Klik om te vergroten...

Ze kunnen het bestaan wel onrechtstreeks aantonen niet? Door gravitational waves te onderzoeken.

Researchers propose a new way to detect the elusive graviton

Albireo zei:

Dat je zwaartekracht kunt verklaren enkel en alleen door kromming van ruimte-tijd maakt zwaartekracht voor mij nu net de simpelste. Er is niet eens een kracht, er zijn enkel knikkers die over een rubber vel rollen (hoe iets door een gekromd 4 dimensioneel ruimte-tijd continuüm rolt is iets moeilijker om voor te stellen ). Bij de andere krachten heb je deeltjes die uit het niets een ander deeltje tevoorschijn toveren dat zich verplaatst naar nog een ander deeltje waar het verdwijnt en waarbij dat andere deeltje dan plots iets anders gaat doen.

En omdat massa massa is zal het de ruimte-tijd altijd op dezelfde manier krommen waardoor het volslagen normaal is dat zwaartekracht altijd aantrekkend is. Al hopen/veronstellen sommigen dat ze door een kleine aanpassing van de algemene relativiteitstheorie de zwaartekracht op grote afstanden afstotend kunnen maken wat het mysterie van de donkere energie zou oplossen.

Klik om te vergroten...

Probleem is dat je met die "kromming" in feite ook maar een vereenvoudiging gebruikt. Wat wordt exact gekromd? Wat veroorzaakt die kromming?
Allez iedereen heeft de animaties van de biljartballen op het laken al gezien...maar dat is ongeveer hetzelfde als de manier waarop een schroef van archimedes een spoel door een magnetisch veld visualiseert hé.