Indhold
‣ Hvad er magnetisme? ‣ Småmagnetmodellen ‣ Magneteten poler og felter ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ Spænding og strøm Elektromagnetisme Induktion Vekselstrømsgenerator Vekselspænding Ensretning Transformation Højspænding Forsyningsnettet Forsøg S. 3 S. 3 S. 4 S. 4-6 S. 6-7 S. 7 S. 8
!
S. 8-9 S. 9 S. 10 S. 11 S. 11 S. 12-23
Kilder:
Ny Prisma 9 http://www.fysikkemifaget.dk/fysik/magnetisme/ http://da.wikipedia.org/wiki/Elektrisk_spænding http://da.wikipedia.org/wiki/Ohms_lov http://www.fysikkemifaget.dk/fysik/elektricitet/serie-og-parallel-forbindelser/
! ! !
Magnetisme , side 2
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Hvad er magnetisme?
En magnet har to poler, en nordpol og en sydpol. Prøver man at sætte to nordpoler eller to sydpoler sammen, vil man opdage, det er svært. De frastøder hinanden. Sætter man til gengæld en nordpol hen til en sydpol, tiltrækker de hinanden. Dette fænomen kalder man magnetisme. Man har kendt til fænomenet magnetisme i mange år. Faktisk helt tilbage til de gamle grækere. Magnetjernsten blev fundet i byen Magnesia i Lilleasien, som nu er Tyrkiet. Magnetjernsten er stenart som kan tiltrække jern. Magnetjernsten kaldes også magnetit. Det er en kemisk forbindelse af jern og oxygen (Fe3O4). Man har brugt magnetjernsten til primitive kompasser til at kunne orienterer sig til søs. Der anvendes længere ikke magnetjernsten, da dens magnetisme ikke er særlig stærk. I dag bruger vi kunstige magneter, hvilket vil sige at man ikke kan finde magneterne naturligt i naturen. Man producerer magneter i forskellige udformninger og styrker. I fysik bruger vi en alnico-magnet. Det er en stærk magnet som består af en blandning af aluminium (Al), nikkel (Ni), cobolt (Co) og jern. De stærkeste magneter man producerer er neodym-magneter og de laves af grundstofferne Jern (Fe), Bor (B) og neodym (Nd). Der er ikke ret mange grundstoffer der kan tiltrækkes af magnet. Blandt dem er Jern (Fe), nikkel (Ni), cobolt (Co) og de sjældne lanthanider, som har grundstof numrene 58-71. Stoffer som dem bliver kaldt ferromagnetiske. Vi bruger magneter til rigtig mange ting bl.a. som magnetisk åbne og lukke mekanismer og som magnetiske holdere til f.eks. knive.
Kilde: fysikkemifaget.dk
Småmagnetsmodellen
Dette er model som kan forklare hvad magnetisme er. Man kan forstille sig at en magnet er opbygget af små magneter som har deres nordpol ensrettet. Den smule dybere forklaring på dette er at det er elektronerne i atomet, der roterer Magnetisme , side 3
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
omkring deres egen akse i samme retning. Når der er mange elektroner der roterer i samme retning er magneten være stærk. Bilag forsøg 5.5
Magnetens poler og felter
Drysser man jernspåner på en glasplade over en magnet vil man se at jernspånerne samler sig ved enderne. Det er fordi en magnet er stærkest ved enderne. Man ser også at jernspånerne fordele sig i et linjer over magneten. Disse linjer kaldes feltlinjer. Feltlinjerne omkring magneten viser magnetfeltet. Enderne på stangmagnet kaldes poler, her er magneten stærkest. En frit ophængt magnet eller en magnetnål vil indstille sig i en nord-syd retning på grund af jordens magnetfelt. Jordens magnetiske sydpol ligger i Canada, mens vores magnetiske nordpol ligger i Antarktis en smule forskudt fra den geografiske sydpol. Når man sejler efter et kompas skal man huske at tage højde for misvisning. Misvisning er den forskel, der er mellem den geografiske nordpol og den magnetiske sydpol.
Spænding og strøm
‣ Spændingsforskel: Spændingsforskellen måles i volt (V) og betegnes med symbolet U. Spænding er et udtryk for den energi som en ladet genstand (f.eks. en ledning) pr. ladning af der flyttes mellem to punkter i et elektrisk felt. Man kan lidt sammeligne elektricitet i en ledning med vand i et vandrør. Her kan man sammenligne den elektriske spænding med størrelsen af trykket som driver vandet frem gennem røret. ‣ Strømstyrke: Strømstyrken måles i ampere (A) og betegnes med symbolet I. Ampere er et mål for elektrisk strøm. Magnetisme , side 4
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
!
‣ Effekt (Power): Effekt måles i watt (W) og betegnes med symbolet P. Effekt kan defineres som energiændring eller energioverførsel pr. tid. Bliver der overført en joule pr. sekund er effekten en watt. 1W = 1 J/s. Effektligningen: P=U*I. ‣ Modstand (Resistens): Modstand måles i Ohm (Ω) og betegnes med R. Ohm er den elektriske modstand i en elektrisk leder. F.eks. hvis der går en strøm på 1 ampere og spændingen er 1 volt mellem to punkter i en ledning, vil modstanden være på 1 Ohm. Enheden Ohm er opkaldt efter den tysk fysiker Georg Simon Ohm, som var den første til at systematisk undersøge forskellige materialers modstand. Ohms lov: Strømmen mellem to punkter i en leder er proportional med spændingen mellem dem: U = R*I.
!
Serie- og Parallelforbindelser Serieforbindelser er når to eller flere elektriske komponenter er forbundet på række efter hinanden tilsluttet til en ledning. Man kendestegner ofte en serieforbindelse ved, at hvis man afbryder forbindelse et sted, vil man afbryde strømmen i hele kredsløbet. Dette forbindes ofte med gammeldags lyskæder.
Magnetisme , side 5
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Parallelforbindelser er det modsatte af en serieforbindelse. Hvis man afbryder forbindelsen et sted vil strømmen i kredsløbet ikke blive afbrudt. Alle kredsløb i et hus er parallelforbindelser, men der kan sagtens både være serie- og
Kilde: fysikkemifaget.dk
parallelforbindelser i et kredsløb.
Elektromagnetisme
Opdagelsen af elektromagnetisme tilskrives ofte til den danske professor H. C. Ørsted. Ørsted havde sendt strøm igennem en ledning og stillet en magnetnål lige under ledningen. Magnetnålen havde kommet med et lille udslag, men det var ikke nok til at imponerer nogle. Ørsted forberede forsøget og fandt så frem til at en stor ledning med en stor strøm ville give et større udslag. Han kunne nu få magnetnålen til at dreje 50 grader væk fra sin oprindelige position. ‣ Elektromagneter En elektromagnet består af en isoleret ledning, der er viklet omkring en en jernkerne eller en spole med en jernkerne i. En elektromagnet vil kun være magnetisk så længe der er strøm i enten ledningen eller spolen. Styrken af en elektromagnet afhænger af:
• Antal vindinger på spolen • Strømmen størrelse i spolen
Kilde: wikipedia
‣ Gribereglen Ligesom en stangmagnet har en elektromagnet en nord- og sydpol. Med gribereglen kan man finde en elektromagnets nordpol. Det gør man ved at gribe om spolen med højre hånd.
Kilde: Ny Prisma 9
Magnetisme , side 6
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Fingerspidserne skal følge strømmens retning ( fra + til -). Nordpolen findes ved tommelfinger siden. ‣ Elektromagneter i hverdagen I hverdagen bruger vi elektromagneter på skrotpladser som elektromagnetiske kraner. Her bruger vi dem til at flytte biler eller sortere skrald. Når skal løfte bilen tænder man blot for strømmen i elektromagneten og bilen vil blive suget til magneten. Når man så vil slippe bilen igen, skal man bare slukke for strømmen.
Induktion
Efter H. C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen var der mange fysikere der eksperimenterede med skabe en strøm ud fra et magnetfelt. I 1835 lykkedes det for den engelske fysiker Michael Faraday. Han fandt ud af, at hvis et magnetfelt skifter i en spole, så vil der opstå en strøm i spolen. Magneten skal skiftevis skubbe og trække elektronerne frem og tilbage i spolens ledninger. Dette vil skabe en spændingsforskel, men kun så længe der induceres. Der produceres vekselstrøm ved induktion, fordi induktionsstrøm frembringes ved bevæge en stangmagnet op og ned i en spole. Derved kan strømmen i spolen løbe frem og tilbage i ledningerne.
Kilde: fysikkemifaget.dk
Størrelsen af den inducerede spændingsforskel afhænger af:
• Antal vindinger på spolen. • Magnetens styrke. • Magnetens hastighed
!
Magnetisme , side 7
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Vekselstrømgenerator
Næsten alt det elektricitet vi bruger i dagligdagen bliver produceret af vindmøller eller på kraftværker. Det apparat, der laver strømmen, kaldes en generator. En generator består af en spole med jernkerne og magnet. I en generator skal man have en magnet til at dreje rundt i nærheden af en spole eller omvendt have spolen til at dreje i magnetfeltet. På et elværk fremstiller man på store generatorer. Rotoren (den roterende del af generatoren) består af kraftige jævnstrømselektromagneter. Statoren (den stationære del) består af serieforbundne spoler med mange vindinger. De generatorer, der findes på elværkerne er alle bygget til at levere trefaset vekselstrøm.
Kilde: fysikkemifaget.dk
!
Vekselspænding
Ved at sætte en vekselstrømsgenerator i til et oscilloskop kan man se der produceres vekselstrøm. Kurven på oscilloskopet kaldes en vekselspændings kurve. Spændingen vil vokser til sin største positive værdi, også aftage til nul og bliver mere og mere negativ, indtil den når sin største negative værdi. Den største spænding der dannes, hvad enten den er positiv eller negativ kaldes maksimal-spændingen. Makismal spænding = effektiv spænding * . I de danske stikkontakter er effektspændingen 230 V.
! !
Magnetisme , side 8
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
!
Formel for for sammenhængen mellem frekvens f og tid T: T = 1/f eller f = 1/T
Kilde: Wikipedia
Frekvensen er antallet perioder pr. sekund. Frekvensen måler vi Hertz (Hz).
På forsyningsnetter i Danmark er frekvensen 50 hertz. I hver periode skifter vekselstrømmen retning 2 gange.
Ensretning
En diode er en ensretter. Den tillader kun strøm at løbe den ene vej igennem. Når en diode er i kredsløb med vekselstrøm, vil den fjerne halvdelen af vekselstrømmen. En tilsluttet kredsløbet vil lyse med nedsat styrke. Man kan få pære til at lyse med fuld styrke ved, at tilslutte fire dioder i brokobling. Strømmen løber hele tiden i samme retning.
Kilde: hefrandsen.dk
!
! ! !
Magnetisme , side 9
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Transformation
En transformer kan transformere vekselstrøm, altså sætte spændingen op eller ned. På den måde kan transportere strøm over lange afstande. En transformer består af en lukket jernkerne og to spoler. En primærspole (tilsluttet strømmen) og en sekundærspole. Der er ikke strøm i en transformeres jernkerne. Vekselstrømmen i jernkerne inducerer strømmen fra primærspolen til sekundærspolen. Forholdet mellem primær- og sekundærspændingen er det samme som forholdet mellem vindingstallet på primærspolen og sekundærspolen. I en god transformer er der næsten ikke noget effekttab. Transformerligningen: Pp = Ps Up • lp = Us • ls
!
Kilde: ny prisma 9
Betegnelser fra tranformeren
Primærspænding Sekundærspænding Primærstrømmen Sekundærstrømmen Antal vindinger på primærspolen Antal vindinger på sekundærspolen
Up
Us lp ls
Np Ns
! ! !
Magnetisme , side 10
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Højspænding
Man bruger højspænding når man skal transportere strøm fra elværkerne til forbrugerne. Når der transporteres strøm i lange forsyningsledning, vil der være et energitab undervejs. Når løber strøm i ledninger, vil de blive opvarmet lidt. Jo mindre strøm der løber i ledningerne, desto mindre vil energitabet være. For at formindske energitabet bruger man højspænding. Det gør man ved at tranformerer spændingen op og strømmen ned. Sætter man spændingen 1.000 gange op, vil strømmen tilsvarende gå 1.000 gange ned. Derved bliver bliver energitabet i ledningerne 1.000.000 gange mindre. Man tranformer først spændingen ned når man så på forbrugeren som overhovedet muligt.
Forsyningsnettet
Dette er en illustration over forsyningsnettet i Jylland. På Sjælland produceres højspænding på kraftværkerne med 400 Kv. Det tranformeres så ned til 132 Kv, 50Kv, 10 Kv, også til sidst til forbrugerne til 230/400 V.
! ! ! ! ! !
Kilde: ny prisma 9
! !
! !
Magnetisme , side 11
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Undersøge hvad der kan tiltrække magneter
Magnetisme , side 12
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Vise den magnetiske tiltrækning og frastødning.
Magnetisme , side 13
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Vise en stangmagnets magnetfelter.
Magnetisme , side 14
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Vise at man kan magnetiser jern.
Magnetisme , side 15
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Påvise gribereglen.
Magnetisme , side 16
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Vise magnetfelt omkring en elektromagnet.
Magnetisme , side 17
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Vise hvilke faktorer der spiller ind om en elektromagnets styrke
Magnetisme , side 18
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Hvad induktionsspænding afhænger af.
Magnetisme , side 19
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: Få en pære til at lyse ved hjælp af induktion. Bedre billed af generator på næste side
Magnetisme , side 20
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Magnetisme , side 21
Hillerød Vest Skolen
Navn, Klasse April 2014
Formål: At vise hvordan vekselspændingskurven afhænger af omdrejninger. Formål: Vise hvordan vekselspændingskurven afhænger magnetens omdrejninger
