Alle mogelijke manieren om een permanente magneet te maken staan vermeld in Joseph Henry's studentennotitieboekje, dat wordt bewaard op Princeton University. Henry, de 18e-eeuwse Amerikaanse natuurkundige, staat – samen met Michael Faraday – bekend als de vader van elektrische technologie, dus het is geen verrassing dat een van de methoden die hij beschrijft, gebruikt elektriciteit. Het blijkt dat als je het juiste type metalen staaf en voldoende elektrisch vermogen hebt, elektromagnetische inductie de staaf in een sterke permanente magneet kan veranderen. Hoe sterk? Absoluut sterker dan een koelkastmagneet.
Wat is magnetisme?
Magnetisme en elektriciteit zijn niet alleen gerelateerd, het zijn twee kanten van dezelfde medaille, en het was de... fenomeen van elektromagnetische inductie, onafhankelijk ontdekt door Henry en Faraday, dat leidde tot dit: realisatie. Elektronen hebben spin, waardoor elk atoom een klein magnetisch veld krijgt. Het is mogelijk om de elektronen in bepaalde metalen in dezelfde richting te laten draaien, en dat geeft het metaal magnetische eigenschappen. De lijst met metalen die dit doen is niet lang, maar ijzer is er één van en omdat staal van ijzer is gemaakt, kan het ook worden gemagnetiseerd.
Manieren om een magneet te maken
Een van de methoden die Henry noemt om een gewone ijzeren of stalen staaf in een magneet te veranderen, zijn:
- Wrijf de staaf in met een stuk metaal dat al gemagnetiseerd is.
- Wrijf met twee magneten over de staaf en trek de noordpool van de ene magneet vanuit het midden van de staaf naar het ene uiteinde, terwijl je de zuidpool van de andere magneet in de tegenovergestelde richting trekt.
- Hang de balk verticaal op en sla er herhaaldelijk op met een hamer. Het magnetiserende effect is sterker als je de staaf verwarmt.
- Een magnetisch veld opwekken met een elektrische stroom.
Het eindresultaat van elke methode is om de elektronen in de staaf in dezelfde richting te laten draaien. Aangezien elektriciteit uit elektronen bestaat, is het een goede veronderstelling dat de laatste methode de meest efficiënte is.
Je eigen magneet maken
Je hebt een staaf nodig van staal, ijzer of een ander materiaal dat gemagnetiseerd kan worden. (Hint: er zijn niet veel andere keuzes.) Een stalen spijker van 10d of groter is perfect. Als je niet zeker weet of het van staal is, gebruik dan een kleine magneet om het te testen. U hebt ook een paar meter geïsoleerde koperdraad en een stroombron nodig, zoals een D-celbatterij of een laagspanningstransformator die u op een stopcontact kunt aansluiten. Als je kiest voor een transformator, zorg er dan voor dat deze klemmen heeft waarop je draden kunt aansluiten.
Om de nagel te magnetiseren, wikkelt u de draad eromheen en vormt u zoveel mogelijk spoelen. Het is prima om de draad te laten overlappen bovenop de spoelen die je al hebt gewikkeld. De sterkte van het inductieve veld - en je magneet - neemt toe naarmate je het aantal spoelen vergroot, dus wees genereus. Laat de uiteinden van de draden vrij en verwijder een centimeter isolatie zodat u ze op de stroombron kunt aansluiten.
Sluit de draden aan op de stroombron en schakel de stroom in. Laat de stroom een minuut of zo aan staan en zet hem dan uit. Test de nagel door hem boven wat ijzervijlsel te houden. Het zou nu gemagnetiseerd moeten zijn en de vijlsel aantrekken, zelfs als de stroom is uitgeschakeld.
De kracht vergroten
U kunt de sterkte van de magneet vergroten door het aantal spoelen te vergroten. Als u bijvoorbeeld het aantal spoelen verdubbelt, verdubbelt u de sterkte van het inductieve veld. Wanneer u echter de draadlengte vergroot om dit te doen, verhoogt u de elektrische weerstand, waardoor de hoeveelheid stroom die door de draad vloeit afneemt. Omdat stroom, de beweging van elektronen, het veld creëert, daalt het inductieve vermogen. Compenseer dit stroomverlies door de spanning te verhogen, hetzij door de instelling op de transformator te wijzigen of door een grotere batterij te gebruiken.
Waarschuwingen
Zorg ervoor dat de spanning binnen veilige grenzen blijft. Je wilt jezelf niet elektrocuteren en ook geen magneet maken die permanent aan de koelkast blijft plakken.