Magnetisk flukstetthet
Magnetisk kraft
Jf:
F01, Ionemotoren
Utstyr:
Sylindrisk glasskar
Magnetspole
Strømkilde, 0 - 12 V
Som magneter bruker vi knappenåler. Det er
en fordel om de er nokså lange og at de har hoder som syns. Knappenålene
skal flyte på vann i et glassbeger. De flyter i loddrett stilling
med hodet opp, fordi vi fester dem på en passende liten isoporbit.
.....
.
Knappenålene blir magnetisert ved at vi trekker dem langs en magnet. Vi lager oss 5 - 10 sånne magneter, og trekker dem på samme måten langs magneten, slik at alle nålene har samme polaritet. Alle har f eks nordpol ved nålehodet.
Hvis du vil vite polariteten, kan du prøve
dem med et kompass. Hvis du ikke har et kompass, kan du prøve med
en nål som flyter horisontalt på vannoverflata. Du kan sette
en liten isoporbit i begge ender av nåla og legge den på vannet.
Når den flyter fritt, stiller den seg inn slik at nordpolen peker
nordover, og vi forutsetter at du vet hva som er nord der du er. Sånne
flytende isoporbiter har en tendens til å bli dratt inntil glasset
på grunn av overflatespenningen i vannet. Derfor må du enten
ha et så stort beger at nåla ikke blir trukket inntil kanten,
eller du må fylle glasset sånn at vannet danner råke.
Da holder den flytende nåla seg midt i karet.
Magneter i hverandres felt
To nålmagneter flyter på vannet. Nordpolene er øverst og sydpolene er nederst på begge to. Derfor skyver de på hverandre og kommer til ro lengst mulig fra hverandre.
Slik er det om vi har tre eller fire magneter også.
De skyver på hverandre og fordeler seg jamt langs kanten av det runde
karet.
Hvis vi fortsetter med flere og flere magneter,
vil det til slutt bli så tett med magneter langs kanten, at noen
av dem samler seg i en ring i midten.
Magneter i ytre magnetfelt
Det ytre magnetfeltet dannes av en strømførende
spole med diameter 10 - 20 cm. Vi brukte en spole fra Teltronsettet. Har
man den ikke kan man prøve med andre spoler eller lage en av en
ledningskveil.
.....
Det glassbegeret vi bruker her, er ikke større enn at det kan passere gjennom spolen. Så vil vi vite retningen av magnetfeltet gjennom spolen når det går strøm. Siden vi alt vet at nålene har nordpol ved nålhodet, kan vi prøve spolen i nærheten av en slik nål og se om spolen trekker eller skyver på nålhodet. Spolen har nordside på den siden som skyver på nålhodet.
Nå legger vi spolen på bordet, setter begeret inni spolen og heller i så mye vann at magnetnåla på vannoverflata kommer la oss si 10 cm over spolen. Strømmen i spolen skal være slik at den har nordpol oppover. Felt linjene gjennom spolen har da stort sett retning oppover. Feltet må ikke være så sterkt at det får en magnetnål til å synke. Gjør nåla det, må du enten ha på litt mer isopor eller redusere strømmen i magnetspolen.
En enkelt nål på vannoverflata vil stille seg midt på, hvis den ikke henger fast i glassveggen på grunn av overflatekrefter. Få den løs fra veggen, så holder den seg midt i.
Så hever vi spolen. Når den nærmer seg samme nivå som vannflata, blir magnetnåla skjøvet ut til den ene sida.
Vi hever spolen ytterligere, og når den er
høyt nok over vannflata, skyver magnetkreftene nåla inn mot
midten igjen.
Vi må tegne magnetiske feltlinjer for å forstå dette. SS er spolen sett rett fra sida. B er de magnetiske flukslinjene under, gjennom og over spolen, sett i et vertikalsnitt. En nålmagnet flyter på vannet. Magnetfeltet er sterkest midt inne i spolen. Figuren viser at feltlinjene sprer seg utover både over og under spolen, og det svarer til at feltet blir svakere.
I tegningen til venstre er det derfor sterkere krefter på sydpolen på nålmagneten enn det er på nordpolen.
Magnetfeltet trekker nedover og innover på sydpolen og utover og oppover på nordpolen. De vertikale komponentene ser vi bort fra, for vi vet jo at nåla flyter på vannoverflata. Av de horisontale kreftene er det den innoverretta krafta på sydpolen som er sterkest, og derfor stiller nåla seg i midten.
Når vi hever spolen, kommer vi til et punkt der nålas sydpol ligger midt i spolen. Da er spolens magnetfelt bare vertikalt, uten horisontalkomponenter, og da er det bare den utoverretta krafta på nordpolen som teller. Derfor går nåla ut til sida.
Så har vi den siste figuren, der spolen er
et stykke over vannflata. Nå er feltet sterkest på nordpolen
på nåla, men her peker feltet opp og inn, altså blir
nordpolen skjøvet innover. Krafta på sydpolen er mindre, og
derfor søker nåla her også inn mot midten av karet.
Mange nåler i ytre felt
Når vi med dette utstyret legger flere og
flere nåler på vannet, vil vi til å begynne med få
at de skyver på hverandre, men klemmes inn mot midten av det ytre
feltet. De danner da etter hvert en ring. Men blir det for mange, danner
de en ring med en nål i midten, eller kanskje med to eller flere
i midten, eller kanskje danner de en ring.
Hvis vi snur spolen, sånn at magnetfeltet blir rettet nedover, har nålene en tendens til å snu seg slik at nålespissen peker opp av vannet.
Første gang vi viste dette forsøk offentlig, ble det helt mislykket. Etter fiaskoen oppdaget vi at det var jernspiler under den bordplata vi arbeidet på, og de forstyrret magnetfeltene.