Nord och syd
Magiska magneter
• Osynliga krafter
som verkar på
avstånd
Föreläsning 10/3 2010
Marica Ericson
Redan de gamla grekerna …
Kinesisk kompass …
Gjorde kompasser av
magnetit på 1100-talet
magnetit
ca år 0
Magnetfält
Magnetfältets riktning
• Demo
Definierat från Norr till Söder
1
Vad är en magnet?
Magneter på atomnivå
Typer av magnetisering
Ferromagnetiska material
• Diamagnetism:
– Svagt och temporärt
– Alla material
– Motriktad pålagt magnetfält
Järn (Fe)
Kobolt (Co)
• Paramagnetism:
Magnetit
– Svagt och temporärt
– Samverkar med pålagt magnetfält
Ferrit
• Ferromagnetism:
Nickel (Ni)
– Kan bilda permanenta magneter
– Starka magnetfält
Gadolinium (Gd)
• Superparamagnetism:
– Små ferromagneter (nanopartiklar)
– Liknande egenskaper som paramagneter
Magnetiska domäner
Magnetisering av järn (svag magnet)
1)
2)
3)
2
Magnetisering av järn (stark magnet)
Repulsion och attraktion
1)
2)
3)
Curie temperatur
Jordens magnetfält
Den temperatur då magnetiseringen hos ett
material upphör
Järn (Fe)
1043 K
Kobolt (Co)
1388 K
Magnetit
858 K
Ferrit
Ca 700 K
Nickel (Ni)
627 K
B ≈ 50 x 10-6 Tesla
Inklinationen, dvs
vinkeln mot jorden,
beror av latitud
Gadolinium (Gd) 292 K
Pierre Curie (1859 –1906)
Uppkomsten av jordens
magnetfält
Strömningar
i den
flytande
yttre kärnan
Varierande magnetfält
Jordskorpan
Mantel
Flytande yttre
kärna
Solid kärna
• Konvektionsströmmar i den yttre kärnan
• Förändringar i magnetosfären
3
Magnetosfären ett skydd
Van Allen bältena
SOHO/LASCO/EIT (ESA & NASA)
Magnetosfären påverkas av solvinden
Polerna flyttar sig
Norrsken
• Uppkommer när
laddade partiklar tar
sig igenom
magnetfältet
• Vanligast vid
polerna p g a
magnetfältets
riktning
http://www.mosquitonet.com/~deepalaska/
Beror på strömmar i
kärnan i jordens inre
Polerna flyttar sig
Idag används gyrokompass
Visar jordens rotationsaxel istället för
magnetiska polen.
4
Magnetiskt minne
• Hårddiskar
• Tidigare järnoxid
• Numera koboltbaserade legeringar
wikipedia
Magneter för lagring av
information
Magneter för lagring av
information
Läshuvud
1 0100101
1 0100101
0 x 21
1 x 20
1
+
0
1 x 22
+ 4
0 x 24
0 x 23
+ 0
+
1 x 25
0 x 26
1 x 27
0 + 32 + 0 + 128
= 165
Storleken har betydelse
Magnetfält kring elektrisk ledare
Michael Faraday, 1791-1867
wikipedia
5
Den elektriska motorn
Men kan magnetfält orsaka
ström?
•Demonstration
Men kan magnetfält orsaka
ström?
Generatorer
Induktion
Faradays lag
Transformatorer
Det inducerade fältet är proportionellt mot
hur hastigt det magnetiska flödet Φ ändras:
E=
∆Φ
∆t
Primär
Sekundär
• Strömmen i primärledningen producerar ett
magnetfält i ringen.
• Magnetfältet inducerar en ström i sekundärspolen.
6
Transformatorer i vardagen
Elektromagneter
Nord
Sväva på magnetfält
Syd
Laga mat på magnetfält
Hur fungerar en
induktionsspis?
Varför är bilden fel?
Vilka krav på
kokkärlen måste
vara uppfyllda?
Supraledare
•
•
•
•
•
Demonstration av supraledare
Material utan elektriskt motstånd
Leder ström utan förluster
Perfekt diamagnet
Används för att skapa starka magnetfält
Kräver kylning
7
Använda magneter för att studera kroppen –
MRI (magnetic resonance imaging)
Superlevitronen
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Väteatomer är som små magneter
Spinn i magnetfält
S
N
S
B=0
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Väteatomerna svänger i takt i magnetfältet
M=0
B
N
M
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Orginalbilden
Informationen kärnornas olika frekvenser.
ky
B1
kx
Mz= 0
B0
Mxy ≠ 0
• Radiofrekvens-fältet RF (B1) som är vinkelrätt mot B0 oscillerar
• Resonans med atomkärnorna. Kärnmagnetisk resonans!
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
8
Matematisk bildbehandling
MRI kräver starka magnetfält
• Ca 1.5 Tessla (100 000 ggr jordens
magnetfält!)
• Supraledande elektromagneter, kräver
flytande Helium
Magnetterapi
Säkerhet med MRI
1. Magnet
1 Qench
2. Gradientspole
3. RF-spole
3 Brännskada
2
3
1
1
2
1
3 Klick
EKG
1
2 Oljud
1
3. RF-spole
2
2. Gradientspole
1. Magnet
3
=>39 C
Finns inga vetenskapliga
bevis för detta!
Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset
Nästa vecka 17/3: Vågor i stort
och smått & Optik
Inlämningsuppgift 2
• Materiens tillstånd, termodynamik,
magnetisering.
• Vågrörelse och optikfrågor
• Fråga 2 en valfri fråga
• Lämnas in senast 24 mars
http://www.surftravelcompany.com
9
