1. aantrekking/afstoting van magneten door magnetische krachtwerking beschrijven.
2. het begrip '"magnetisch veld" beschrijven.
3. het magnetisch veld van de aarde beschrijven.
4. uitleggen waardoor de ene stof wel en de andere stof niet te magnetiseren is.
5. de werking van magnetische geheugens uitleggen.
2.1 Magneten
Dit hoofdstuk gaat over magnetisme; daar weet je al het een en ander van. We beginnen met wat herhaling van de basisstof.
De eenvoudigste en bekendste magneet is waarschijnlijk de staafmagneet (zie figuur 2.1.1). Een staafmagneet is vaak verdeeld in twee helften met verschillende kleuren. Dit wordt gedaan om aan te geven dat de magneet twee zogenaamde polen heeft. De ene kant van de magneet is de noordpool, de andere kant de zuidpool.
Houden we een tweede staafmagneet in de buurt, dan zullen we merken dat de magneten een magnetische kracht op elkaar uitoefenen. Deze kan zowel aantrekkend, als afstotend zijn. Er geldt:
Gelijksoortige polen stoten elkaar af, ongelijksoortige trekken elkaar aan.
Je ziet dat dit erg veel lijkt op de regel voor krachten tussen elektrische ladingen, waarmee je in het vorige hoofdstuk hebt gewerkt. Zijn polen dan een soort 'magnetische lading'? Nee! Waar positieve en negatieve lading 'los' voor kunnen komen, horen noord- en zuidpool als voor- en achterkant bij elkaar. Er is geen noordpool zonder zuidpool en andersom.
Als we de staafmagneet in tweeën hakken, zullen we dan ook geen losse noord- en zuidpool overhouden. Wat we wel krijgen zijn twee volwaardige magneten, zoals in figuur 2.1.2 is aangegeven. Zelfs als we door blijven hakken tot aan de kleinste deeltjes van de staaf zullen we nooit een losse pool aantreffen! In hoofdstuk 3 zul je zien waardoor dit komt.
Maak de onderstaande opgave.
Opgave 18)
a. Geef aan waar de polen zitten in een platte koelkastmagneet (figuur 2.1.3).
b. Waarom is het onverstandig om een hoefijzermagneet (figuur 2.1.4) van buigzaam materiaal te maken?
c. Bekijk de gebroken magneten in figuur 2.1.5. Waardoor kun je de brokstukken van magneet A nog wel, maar die van magneet B niet meer tegen elkaar aanleggen?
2.2 Magnetisch veld en veldlijnen
Net als bij elektrische lading, kunnen we ons ook rondom een magneet een veld indenken: het magnetisch veld. Een voorwerp dat gevoelig is voor magnetisme, ondervindt een magnetische kracht in zo'n veld. De sterkte van een magnetisch veld geven we aan met de letter B . In tegenstelling tot het elektrisch veld, is het magnetisch veld niet 'zomaar' uit te rekenen met een eenvoudige formule . In hoofdstuk 4 zullen we zien hoe we B wel kunnen bepalen.
Voor nu is het vooral van belang te weten dat we ook een magnetisch veld kunnen visualiseren met behulp van veldlijnen. In dit geval stelt een veldlijn het pad voor waarlangs kompasnaaldjes zich gaan richten in het magnetisch veld. Ook hier geven we met een pijlpunt in de veldlijn de richting van het veld aan, die overeenkomt met de richting waarin de noordpool van het kompasnaaldje wijst.
Staafmagneet
Je gaat nu zelf het magnetische veld van een staafmagneet bekijken.
Klik op de applet hieronder. Ga naar het tabblad "Bar magnet" en vink in het venster rechtsboven alles aan.
Plaats de magnetische veldsterktemeter precies ter hoogte van het midden van de staafmagneet. De y-component van het magnetische veld is dan nul; By=0. Met de schuif kun je de magnetische veldsterkte varieren. Beweeg de magnetische veldsterktemeter binnenin de magneet. Houd de meter ook bij de uiteinden van de magneet en ook op grotere afstand ervan.
Zoals uit de applet blijkt, is er een belangrijk verschil tussen magnetische en elektrische veldlijnen: ook binnenin een magneet tekenen we magnetische veldlijnen! Verder zijn de 'regels' voor een magnetisch veldlijnenpatroon vrijwel hetzelfde als voor een elektrisch veldlijnenpatroon.
Veldlijnen lopen buiten een magneet van noordpool naar zuidpool.
Veldlijnen lopen binnen een magneet van zuidpool naar noordpool.
Veldlijnen snijden elkaar nooit.
Hoe dichter de veldlijnen op elkaar staan, des te sterker het veld daar is
Onze aarde kan gezien worden als een reusachtige magneet (figuur 2.2.2). De magnetische zuidpool bevindt zich vlakbij de geografische Noordpool (verwarrend...) en andersom.
Beantwoord de onderstaande vragen.
Een kompasnaald is in feite een klein staafmagneetje, dat zich richt naar het aardmagnetisch veld.
Als we een spijker magnetiseren en vrij ophangen aan zijn zwaartepunt, zal deze zich ook in het aardmagnetisch veld gaan richten.
2.3 Magnetiseren
Aan een lang stuk ijzerdraad hangt een ouderwets dubbeltje, een 10-centmuntje gemaakt van nikkel.
Het dubbeltje wordt aangetrokken door een staafmagneet. We verhitten het dubbeltje en na een tijdje valt het dubbeltje terug. Als het weer is afgekoeld, wordt het weer aangetrokken.
Vervangen we het dubbeltje door een winkelwagenmuntje dan mislukt de proef: dat muntje wordt gewoon aangetrokken door de magneet en valt niet terug als je het verhit.
Probeer dit verschijnsel te verklaren.
Lees hiervoor eerst de volgende tekst
Uit ervaring weet je wellicht dat je sommige materialen / stoffen met een magneet zelf ook magnetisch kunnen worden, en dat dit met andere stoffen niet lukt. IJzer, nikkel en kobalt zijn magnetiseerbaar door een magneet langs deze metalen te wrijven - maar met een aluminium voorwerp gaat dit niet. Magnetiseerbaarheid kan verklaard worden door naar de atomen van het materiaal te kijken.
Ook weet je natuurlijk dat een magneet een niet-magnetisch stuk ijzer kan aantrekken. Dit is te vergelijken met de aantrekking van elektrisch neutrale voorwerpen door geladen voorwerpen.
Ook hier gaat de vergelijking echter niet volledig op. Waar alle neutrale objecten gevoelig zijn voor geladen objecten, zijn er genoeg niet-magnetische materialen te vinden die compleet ongevoelig zijn voor magnetische krachten. Een stuk hout bijvoorbeeld, of een glazen fles. Wat maakt ijzer zo onderscheidend van deze materialen?
In hoofdstuk 3 zullen we hier uitgebreid op ingaan. Voor nu is het voldoende om te zeggen dat elk stuk ijzer is opgebouwd uit microscopisch kleine magnetische gebiedjes (zie figuur 2.3.1 en figuur 2.3.2). Deze gebiedjes noemen we weissgebiedjes. Als zij allemaal gelijkgericht zijn, hebben we een magneet. In de meeste stukken ijzer zitten de gebiedjes echter willekeurig door elkaar, waardoor hun velden elkaar opheffen en het ijzer als geheel niet-magnetisch is.
In een stuk hout of glas zitten geen weissgebiedjes. Zij kunnen dan ook niet gemagnetiseerd worden en zijn daardoor ongevoelig voor magneten.
Opgave 19)
Als een magneet hard valt, kan hij zijn magnetisatie kwijtraken. Leg uit waardoor dit komt. (Hint: wat gebeurt er met de weissgebiedjes?)
Opgave 20)
Schepen kunnen tijdens hun bouw - waar flink wat hamerslagen bij komen kijken - juist gemagnetiseerd raken. Verklaar ook dit.
2.4 Toepassing: Magnetisch geheugen
Het opslaan van informatie gebeurt al sinds mensenheugenis. In onze eigen hersenen bijvoorbeeld, maar natuurlijk ook daarbuiten. Denk aan geschriften en tekeningen op muren, kleitabletten, papyrusrollen en later in boeken. Maar ook foto's en films op lichtgevoelig materiaal.
De hoeveelheid informatie is in de loop der eeuwen natuurlijk enorm gegroeid en daarmee de behoefte om alles toch op een compacte wijze op te kunnen slaan. Onder andere magnetische geheugens voorzien in die behoefte. De harde schijf in je computer is er waarschijnlijk het bekendste voorbeeld van, maar ook het 'ouderwetse' cassettebandje maakt er gebruik van.
Aan de hand van zo'n cassettebandje is de werking van magnetisch geheugen vrij eenvoudig te begrijpen. In de eerste plaats is er het bandje zelf, waar een rol tape in zit met een magnetiseerbaar laagje. Wat we verder nog nodig hebben is een elektromagneet: een magneet waarvan de sterkte met elektrische stroom te regelen is.
Om een stuk muziek op het bandje te zetten, moet het geluid eerst omgezet worden in een elektrisch signaal. Dit signaal varieert, net als het geluid, in intensiteit. Door het signaal naar de elektromagneet te sturen, zal de sterkte van deze magneet dezelfde variatie vertonen. Als we de tape door het veld van de elektromagneet halen, raakt de tape gemagnetiseerd. Maar door de variërende veldsterkte is de magnetisatie niet op elk stuk van de tape hetzelfde: de tape is feitelijk een magnetische blauwdruk van het oorspronkelijke geluid!
Bij het afspelen van het bandje gaat alles in omgekeerde volgorde: het magnetisatie-patroon wordt omgezet in een elektrische stroom, die in de luidsprekers weer in een geluidssignaal wordt omgezet. Een harde schijf is eigenlijk niks anders dan een geavanceerde versie van het cassettebandje. Het magnetiseerbare laagje is in dit geval op een schijf aangebracht die met zeer hoge snelheden kan ronddraaien. De elektromagneet zit verwerkt in een naaldje dat het ronddraaiende oppervlak afscant, om informatie toe te voegen of uit te lezen.
Opgave 21)
Noem een vijftal voordelen van de harde schijf t.o.v. een cassettebandje.
Het arrangement E2 H2 Magnetisme is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-08 11:11:11
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Elektrische en magnetische velden' voor VWO 5 en 6 voor het vak natuurkunde.
Leerniveau
VWO 6;
VWO 5;
Leerinhoud en doelen
EM-straling (niet zichtbaar);
Natuurkunde;
Licht, geluid en straling;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Trefwoorden
e-klassen rearrangeerbaar
E2 H2 Magnetisme
nl
Bètapartners
2015-05-08 11:11:11
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Elektrische en magnetische velden' voor VWO 5 en 6 voor het vak natuurkunde.
