Hur är magneter och el relaterade?

Magnetism och elektricitet är två av de mer mystiska fenomenen i vardagen. Elektricitet är förflyttningen av submikroskopiska laddade partiklar genom ett material. Det här flödet av laddningar, eller "ström", som rör sig genom ledningarna i ett hus ger den elektriska energi som behövs av moderna verktyg och apparater. Magnetism är en osynlig kraft som gör att magneter kan flytta andra magneter och vissa metaller på avstånd. Även om det verkar som mycket olika saker, är magnetism och elektricitet faktiskt mycket nära besläktade.

År 1820 märkte den danska fysikern Hans Christian Orsted något ovanligt när han utförde experiment med el. Han upptäckte att när en elektrisk ström flödade i en tråd, skulle nålen på en kompass placerad i närheten röra sig. Det enda som kunde göra det var ett magnetfält. Orsted hade upptäckt att en elektrisk ström genererar ett magnetfält.

Michael Faraday, efter att ha hört om Orsteds upptäckt, trodde att om elektriska strömmar kunde skapa magnetfält skulle magnetfält kunna generera elektriska strömmar. År 1831, medan han utförde en serie experiment som syftade till att testa hans idé, upptäckte Faraday att en magnet som rör sig nära en tråd kan orsaka en elektrisk ström att strömma i den ledningen.

Det var inte ens nödvändigt för magneten att röra sig för att generera kraft. Den viktiga faktorn var att magnetfältet runt tråden skulle förändras. Denna förändring kan orsakas av en rörlig magnet, eller genom att hålla magneten stilla och flytta spolen, eller genom att öka och minska effekten i en elektromagnet. Denna princip, att ett föränderligt magnetfält kommer att inducera en elektrisk ström i en ledare, blev känd som lagen om elektromagnetisk induktion.

Orsteds upptäckt visar varför magneter har magnetfält som kan flytta andra föremål. All materia består av atomer. Laddade elektroner kretsar kring en tät atomkärna. Allt som en ström är är en rörlig elektrisk laddning. Det betyder att varje atom i naturen är omgiven av en liten elektrisk ström, vilket innebär att alla atomer har ett litet magnetfält, för som Orsted visade genererar elektriska strömmar magnetfält. I de flesta material pekar dessa små atommagneter i alla riktningar och tar bort varandras effekter. Det är därför de flesta material inte är magnetiska. Men i vissa material är dessa små magneter i linje och skapar ett kraftfullt magnetfält. Dessa material är magneter och är nästan alltid metall av något slag.

Som Orsted och Faraday visade är magnetism och elektricitet mycket nära förbundna. Var och en verkar kunna skapa den andra. Även naturliga magneter är magnetiska på grund av alla små elektriska strömmar som går igenom dem på precis rätt sätt. Det skulle inte vara fel att säga att magnetism och elektricitet är två olika aspekter av samma fenomen.