Ellra och magnetism

Ellra och magnetismSlktingarna som pverkade fysikens utvecklingAnne-Lie Hellstrm, Christinaskolan, Pite www.lektion.seHans Christian rsted

Elektromagnetismens faderFdd: 1777Dd: 1851Anne-Lie Hellstrm nda till 1820-talet ansgs elektricitet och magnetism vara helt skilda naturfenomen. Men Hans Christian rsted rkade upptcka att elektricitet och magnetism i allra hgsta grad hnger ihop. Upptckten innebar bland annat att det blev mjligt att skapa magnetism med hjlp av elektricitet. rsted var professor i fysik vid Kpenhamns universitet. Under en frelsning anvnde han en metalltrd dr det gick elektrisk strm. Han hade ocks en magnetnl p bordet. Nr HC slog p strmmen vred sig magnetnlen. Nr han slog av strmmen gick nlen tillbaka till sitt normala lge. Han gjorde om samma sak flera gnger och det visade sig vara en mycket viktig upptckt. Elektricitet och magnetism r allts slkt med varandra. 2Laddning ett gammalt mysteriumBlixtar och dunder naturfenomenPositiva och negativa laddningar dras mot varandra

Anne-Lie Hellstrm Med ska avses en eller flera elektriska urladdningar i jordens atmosfr som yttrar sig i ett uppflammande av ljus (blixt) och ett skarpt eller mullrande ljud (skknallar, skdunder, skmuller).[1] Dessa elektriska urladdningar alstrar mycket stor vrme under brkdelar av en sekund, vilket gr att luftens molekyler stts i rrelse. Detta upplevs som skmullret.3Laddningarmnen med verskott av elektroner negativamnen med underskott av elektroner positivaLaddningar som dras mot varandra attraherasLaddningar som stter ifrn varandra repellerarLedare kallas ett mne dr elektroner kan rra sig ltt (t.ex. jrn och koppar)Isolator kallas ett mne dr elektroner inte rr sig (t.ex. porslin och gummi)

Anne-Lie Hellstrm Vissa mnen bestr av atomer som grna tar till sig fler elektroner. Andra mnen ger ltt ifrn sig. Om tv mnen gnids mot varandra kan allts elektroner verfras. Det ena mnen fr verskott av elektroner och det andra fr underskott. mnet som har fr mnga elektroner blir negativt laddat och det som har fr f, blir positivt laddat.4Magneter

Magneter anvnds till exempelvis kompasser, magnetls, fstmagneter.En magnet har alltid en nord- och en sydnde.Om man lgger en magnetnl p en rrlig hllare stller nlen in sig i nordsydlig riktning = kompassAnne-Lie Hellstrm Redan fre Jesu fdelse brts malm i Grekland, med magnetiska egenskaper. I Sverige, Kiruna finns magnetisk malm svartmalm, en av vra vanligaste jrnmalmer. Sjfarare upptckte fr lnge sen att en avlng magnetisk sten stller in sig i nord-sydlig riktning. Nord och sydnden har ftt sitt namn eftersom den alltid stller in sig med ena nden mot norr och den andra mot syd. En kompass strs och visar fel om det finns freml av jrn i nrheten. En bt kan komma rejlt ur kurs om en stor skiftnyckel rkar hamna nra kompassen.5

Jorden en gigantisk magnetHur kommer det sig att kompassnlen stller in sig i nordsydlig riktning?

- Jordklotet = en gigantisk magnet- Olika magnetiska ndar dras mot varandra- Jordens magnetiska sydnde ligger vid nordpolen och nordnden ligger vid sydpolen.Anne-Lie Hellstrm Hur kommer det sig att kompassnlen stller in sig i nordsydlig riktning? Eftersom olika magnetiska ndar dras till varandra mste jordens magnetiska sydnde ligga vid nordpolen och nordnde vid sydpolen. Men jordens nordnde ligger inte exakt vid Nordpolen, utan en bit drifrn. Drfr pekar kompassnlen inte exakt mot norr. I stllet pekar den mot jordens magnetiska sydnde som ligger i nordligaste delen av Kanada. Vinkeln mellan nordriktningen och den riktning som kompassnlen visar kallas missvisning. 6Magnetflt

Magneter r omgivna av magnetflt Anne-Lie Hellstrm Tv stavmagneter pverkar varandra med viss kraft, till och med p ganska stort avstnd. Det beror p att en magnet r omgiven av ett s kallat magnetflt. Ett magnetiskt flt gr inte att se eller ta p. Men med fantasins hjlp kan vi tnka oss ett magnetflt som en osynlig dimma runt magneten. Frn ena nden av magneten till den andra bildas linjer som kallas fltlinjer. De magnetiska fltlinjerna sgs g frn nordnde till sydnde. Om en kompassnl placeras p en fltlinje kommer nlen att stlla in sig lngs linjen. 7

NorrskenPartiklar kastas ut frn solen och trffar jordens magnetflt. D bildas norrsken. ? Varfr r norrsken vanligast vid Nord- och sydpolen?Svar: magnetfltet r starkast vid Nord- och SydpolenAnne-Lie Hellstrm Norrsken frklaras av att jorden r en magnet. Frgerna skapas nr partiklar som kastats ut frn solen trffar jordens magnetflt. Att norrsken frmst upptrder i nrheten av Nord- och Sydpolen beror p att magnetfltet r starkast dr. 8SpolarNr det gr strm genom en spoleuppstr ett magnetflt bde inne ioch omkring spolenTumregeln: fr att ta reda p vilkennde som r nordnden, hller duhger hand ver spolen s att fingrarna pekar i strmmens riktning. Tummen pekar d mot spolens nordnde

Anne-Lie Hellstrm Nr det gr strm genom en spole blir den en magnet med en nord- och en sydnde. Det ser vi om vi placerar en magnetnl intill spolen. Det finns en enkel regel som du kan anvnda dig av fr att ta reda p var en spole har sin nord och sydnde. Regeln kallas tumregeln. Lgg din hgra hand ver spolen med fingrarna i strmmens riktning, s har du nordnden t tummens hll. 9

ElektromagneterSpolens magnetflt blir starkare med hjlp av en jrnkrna. Ju fler varv spolen har eller ju starkare strm man skickar genom ledaren, desto starkare magnet.

Anne-Lie Hellstrm Tnk dig en sytrd som r lindad mnga varv runt en trdrulle. Om vi lindar en lng elektrisk ledare p samma stt, fr vi en spole. Nr det gr strm genom spolen bildas ett magnetflt inuti och omkring spolen. Med hjlp av jrnkrnan fr vi ett starkare magnetflt nr vi leder strm genom spolen. Magnetfltet kring en spole pminner om magnetfltet kring en stavmagnet. Magnetiska fltlinjer har lttare att ta sig fram i jrn n i luft. Spolens magnetflt blir drfr starkare om man placerar en jrnstav, en s.k. jrnkrna, inne i spolen. Om vi kar strmmen eller lindar fler varv runt spiken blir elektromagneten starkare. Strmmen gr genom den elektriska ledaren och inte jrnkrnan. Inom industrin anvnds elektromagneter t.ex. p lyftkranar fr att lyfta jrnskrot. Nr strmmen sls p fastnar jrnskrotet p magnetkrnan och nr man slr av strmmen s lossnar skrotet. 10Elektriska motorer

Anne-Lie Hellstrm Varje dag anvnder vi elektriska apparater utan att tnka p hur de fungerar. Nr du stoppar kontakten i vggen och trycker p knappen s fungerar apparaten. Ta en elvisp; inuti elvispen finns en spole. Nr det gr strm genom spolen blir den en magnet med en nordnde och en sydnde. Genom att sluta eller bryta strmmen kan elektromagneten stngas av och p. En spole placeras mellan nord- och sydnden p en hstskomagnet. Nr det gr strm genom spolen, vrider den sig s att spolens nordnde vnder sig mot hstskomagnetens sydnde. ndrar vi sen riktning p strmmen s vnder ocks spolen hll. ndarna stter bort varandra och spolen vrider sig ett halvt varv. Om vi fortstter att ndra strmmens riktning i spolen kommer den att snurra ett halvt varv i taget. Magnetism har skapat en rrelse som r grunden fr elmotorn. Fr att f elmotorn att snurra snabbare mste man f strmmens vxlingar att g mycket snabbt. Nr motorn (rotorn) monteras till en axel, kan den driva visparna. Elektrisk energi har omvandlats till rrelseenergi. 11InduktionMagnetflt kan skapa strmFrndrade magnetflt frklarar induktion

Anne-Lie Hellstrm Induktion innebr att en elektrisk spnning alstras (induceras) i en elektrisk ledare, om ett magnetflt i dess nrhet varierar. Detta fenomen nyttjas i exempelvis induktionshllar, mikrofoner och i elektriska generatorer. Magnetfltet frndras genom att t ex en stavmagnet rr sig i spolen, men inte nr magneten r stilla. En magnet omges av ett magnetflt. Nr magneten frs in i spolen kommer en del av magnetfltet i spolen. Ju mer magneten frs in desto mer av magnetfltet finns inne i spolen. Nr magneten dras ut ur spolen minskar magnetfltet i spolen. Det r sjlva frndringen av magnetfltet inne i spolen som ger upphov till elektrisk strm i kretsen. Ju snabbare magnetfltet frndras desto starkare blir strmmen som skapas. Fr att stadkomma stark strm gller det att snabbt fra magneten ut och in. Antalet varv pverkar strmmens styrka. Ju fler varv, desto starkare blir strmmen. 12Generatorn

Strm framstlls genom induktion i generatorervid vra kraftverkAnne-Lie Hellstrm Praktiskt taget all strm vi anvnder framstlls genom induktion i generatorer vid vra kraftverk. Det r dock jobbigt att snabbt fra magneten ut och in ur spolen. Om man lgger en jrnkrna i spolen och placerar stavmagneten p en hllare s att den kan rotera framfr spolen. Sen snurrar vi p magneten. D frndras hela tiden magnetfltet inne i spolen och den uppkommer en strm. Den hr anordningen kallas generator. En generator omvandlar rrelseenergi till elektrisk energi. Generatorer som finns i olika kraftverk bestr alla av en roterande magnet i en spole. Generatorerna levererar vxelstrm till vra eluttag, dr spnningen r 230 volt och frekvensen r 50Hz. Det betyder att strmmen byter riktning 100 ggr per sek. 13Vxelstrm

Anne-Lie Hellstrm Det finns en skillnad p den strm som skapas nr en magnet snurrar framfr en spole och p strmmen frn ett vanligt batteri. Den snurrande magneten skapar en strm som byter riktning hela tiden. Det kan vi se eftersom amperemeterns visare slr fram och tillbaka. Strmmen kallas vxelstrm. Strmmen frn ett batteri gr hela tiden t samma hll. Strmmen kallas likstrm. 14Transformatorn

Anne-Lie Hellstrm Nr du laddar din mobiltelefon kan du inte koppla en vanlig elkabel frn telefonen till vgguttaget. Man mste anvnda en speciell mobilladdare. P laddarens stickkontakt sitter en liten plastdosa. I den finns en transformator. Den omvandlar den hga spnningen i vgguttaget till en lgre spnning. Det kallas att transformera ner spnningen. Dessutom finns det ngra kretsar i dosan som omvandlar vgguttagets vxelstrm till likstrm. Det finns ven transformatorer som hjer spnningen. Man transformerar upp spnningen. En transformator anvnds allts nr en apparat krver hgre eller lgre spnning n spnningskllan ger och fungerar endast med vxelstrm. I sin enklaste form bestr en transformator av tv spolar och en sluten jrnkrna. Bda spolarna r upptrdda p krnan, men de ingr i varsin krets. Det gr allts ingen strm i jrnkrnan. I den ena kretsen ingr spnningskllan och den ena spolen primrspole. I den andra kretsen ingr den elektriska apparat som ska anvndas och den andra spolen sekundrspole. Nr spnningen ska snkas med en transformator ska primrspolen vara lindad med fler varv n sekundrspolen. Fr att hja spnningen mste sekundrspolen ha fler varv n primrspolen. Frklaringen r att det skapas en hgre spnning i en spole med mnga varv n i en spole med f varv. 15Energi och effektEffekt = spnning strm P = U I

Anne-Lie Hellstrm Ibland behver man mta hur stora energimngder som verfrs med elektricitet. Fr att kunna gra det mste man veta hur mycket energi som verfrs per sekund. Det kallas effekt och mts i enheten watt (1 W).16

Energi och effektLt oss jmfra tv lampor: Bda r mrkta med 2,4 W, men den ena rbyggd fr 12 V och den andra fr 6V. Watt-talettalar om hur starkt en lampa lyser. Lampornalyser allts lika starkt. Nr vi mter strmmarnavisar det sig att lampan fr 12 V slpper igenom och den fr 6V slpper igenom

0,4 A0,2 A P= UIAnne-Lie Hellstrm 17

Vr frbrukning av elenergiTyp av apparat Effekt i WFrbrukning ca

Bastu 5000 W3kWh/bastubadBrdrost1000 W0,12kWh/10 stElvisp 140 W0,01kWh/5 minTvttmaskin3000 W3kWh/tvtt

Energi = effekt tidAnne-Lie Hellstrm 18Frn kraftverk till elapparat

Anne-Lie Hellstrm Den elektriska energin fr vi frn vattenkraftstationer, vindkraftverk, vrmekraftverk och krnkraftverk. Eftersom de stora vattenkraftverken finns i landets norra delar och de flesta industrier ligger i landets mellersta och sdra delar, mste elkraften transporteras lng vg. P vrldsutstllningen i Paris 1905 visades elektricitet fr allmnheten fr frsta gngen. Man hade satt gldlampor runt ett hus och nr man tnde alla lampor, slogs alla av hpnad. 19

Kom ihg!Det r coolt att vara smartAnne-Lie Hellstrm