Alle Möglichkeiten, einen Permanentmagneten herzustellen, sind in Joseph Henrys Studentenheft aufgeführt, das an der Princeton University aufbewahrt wird. Henry, der amerikanische Physiker des 18. Jahrhunderts, ist – zusammen mit Michael Faraday – als der Vater der Elektrotechnik, daher ist es nicht verwunderlich, dass eine der von ihm beschriebenen Methoden verwendet wird Elektrizität. Es stellt sich heraus, dass elektromagnetische Induktion den Stab in einen starken Permanentmagneten verwandeln kann, wenn Sie die richtige Art von Metallstab und genügend elektrische Leistung haben. Wie stark? Auf jeden Fall stärker als ein Kühlschrankmagnet.
Was ist Magnetismus?
Magnetismus und Elektrizität sind nicht nur verwandt, sie sind zwei Seiten derselben Medaille, und das war die Phänomen der elektromagnetischen Induktivität, das unabhängig von Henry und Faraday entdeckt wurde, das dazu führte Realisierung. Elektronen haben einen Spin, der jedem Atom ein kleines Magnetfeld verleiht. Es ist möglich, die Elektronen im Inneren bestimmter Metalle dazu zu bringen, sich in die gleiche Richtung zu drehen, was dem Metall magnetische Eigenschaften verleiht. Die Liste der Metalle, die dies tun, ist nicht lang, aber Eisen ist eines davon und da Stahl aus Eisen besteht, kann er auch magnetisiert werden.
Möglichkeiten, einen Magneten herzustellen
Zu den Methoden, die Henry erwähnt, um einen gewöhnlichen Eisen- oder Stahlstab in einen Magneten zu verwandeln, gehören:
- Reiben Sie den Stab mit einem bereits magnetisierten Metallstück ein.
- Reiben Sie den Stab mit zwei Magneten und ziehen Sie den Nordpol eines Magneten von der Mitte des Stabes zu einem Ende, während Sie den Südpol des anderen Magneten in die entgegengesetzte Richtung ziehen.
- Hängen Sie die Stange senkrecht auf und schlagen Sie wiederholt mit einem Hammer darauf. Der Magnetisierungseffekt ist stärker, wenn Sie den Stab erhitzen.
- Induzieren Sie mit elektrischem Strom ein Magnetfeld.
Das Endergebnis jeder Methode besteht darin, die Elektronen im Stab dazu zu bringen, sich in die gleiche Richtung zu drehen. Da Elektrizität aus Elektronen besteht, ist es eine gute Annahme, dass die letzte Methode die effizienteste ist.
Machen Sie Ihren eigenen Magneten
Sie benötigen einen Stab aus Stahl, Eisen oder einem anderen magnetisierbaren Material. (Hinweis: Es gibt nicht viele andere Möglichkeiten.) Ein 10d oder größerer Stahlnagel ist perfekt. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob es sich um Stahl handelt, verwenden Sie einen kleinen Magneten, um es zu testen. Sie benötigen außerdem einen oder zwei Meter isolierten Kupferdraht und eine Stromquelle, wie eine D-Zellen-Batterie oder einen Niederspannungstransformator, den Sie an eine Steckdose anschließen können. Wenn Sie sich für einen Transformator entscheiden, stellen Sie sicher, dass dieser über Klemmen verfügt, an die Sie Drähte anschließen können.
Um den Nagel zu magnetisieren, wickle den Draht um ihn herum und bilde so viele Spulen wie möglich. Es ist in Ordnung, den Draht auf Spulen zu überlappen, die Sie bereits gewickelt haben. Die Stärke des induktiven Feldes – und Ihres Magneten – nimmt zu, wenn Sie die Anzahl der Spulen erhöhen, seien Sie also großzügig. Lassen Sie die Enden der Drähte frei und entfernen Sie einen Zentimeter der Isolierung, damit Sie sie an die Stromquelle anschließen können.
Schließen Sie die Drähte an die Stromquelle an und schalten Sie die Stromversorgung ein. Lassen Sie das Gerät etwa eine Minute lang eingeschaltet und schalten Sie es dann aus. Testen Sie den Nagel, indem Sie ihn über einige Eisenspäne halten. Es sollte jetzt magnetisiert sein und die Späne anziehen, auch wenn der Strom ausgeschaltet ist.
Erhöhen der Stärke
Sie können die Stärke des Magneten erhöhen, indem Sie die Anzahl der Spulen erhöhen. Wenn Sie beispielsweise die Anzahl der Spulen verdoppeln, verdoppeln Sie die Stärke des induktiven Feldes. Wenn Sie jedoch dazu die Drahtlänge erhöhen, erhöhen Sie den elektrischen Widerstand, wodurch die Strommenge, die durch den Draht fließt, verringert wird. Da Strom, also die Bewegung von Elektronen, das Feld erzeugt, sinkt die Induktionsleistung. Gleichen Sie diesen Stromverlust aus, indem Sie die Spannung erhöhen, indem Sie entweder die Einstellung am Transformator ändern oder eine größere Batterie verwenden.
Warnungen
Achten Sie darauf, die Spannung innerhalb sicherer Grenzen zu halten. Sie möchten sich weder einen Stromschlag erleiden, noch möchten Sie einen Magneten herstellen, der dauerhaft am Kühlschrank haftet.