magnetfelt

H.C. Ørsted, malet af Wilhelm Marstrand i 1851. I forgrunden til højre ses Ørsteds berømte opstilling, der viser en elektrisk strøms påvirkning af en kompasnål, altså at en elektrisk strøm skaber et magnetfelt..

Frederiksborgmuseet.

Licens: Begrænset anvendelse

Magnetfeltet omkring en magnet kan visualiseres ved hjælp af jernfilspåner, der er små, aflange jernsplinter, som magnetiseres af feltet og retter sig ind i feltets retning. Billederne viser fra venstre mod højre felterne omkring en enkelt stangmagnet og omkring to ens stangmagneter med henholdsvis en nord- og en sydpol og to nordpoler pegende mod hinanden.

Jakob Skou-Hansen.

Licens: Begrænset anvendelse

Et magnetfelt er et felt, der øver en kraft på magnetiserbare materialer som fx jern, som frastøder eller tiltrækker andre magneter, og som øver en kraft på elektrisk ladede partikler i bevægelse.

Kilder til magnetfelter

Magnetfelter opstår som følge af elektriske strømme. Dette blev opdaget af den danske fysiker og kemiker H.C. Ørsted i 1820, da han iagttog en elektrisk strøms virkning på en kompasnål.

Det kan være strøm i en elektrisk leder, eller strømme, der opstår som følge af elektronbevægelse i et stofs atomer. I det sidste tilfælde kan det føre til permanente magneter, der bevarer deres magnetisering uden påvirkning fra et ydre felt. Et magnetfelt kan desuden induceres af et varierende elektrisk felt.

Feltets natur

Et magnetfelt adskiller sig fra fx et elektrisk felt eller et tyngdefelt ved, at det ikke blot udbredes radialt fra sin kilde. Magneter er i modsætning til fx elektriske ladninger altid dipoler, dvs. at de to polariteter, som man har valgt at kalde syd- og nordpol, altid optræder i par. Det betyder, at den samme mængde felt, der udgår fra en magnet, også ender på magneten. Dette er også udtrykt i Gauss' lov for magnetfelt, der er en af de fire Maxwell-ligninger.

Der findes således efter gældende teori ikke magnetiske monopoler, altså separate syd- eller nordpoler. Der er foretaget mange søgninger efter magnetiske monopoler, men uden resultat.

Feltets virkning

Kraft på magnetiserbare materialer

Denne kraft kender de fleste sikkert fra fx permanente magneter, man benytter til at fæstne noter eller fotos til en køleskabsdør eller opslagstavle af metal med. Ved at sætte magneten på jernet i døren mindsker man den potentielle energi i feltet, præcis som hvis man slipper et objekt, der falder til jorden i et tyngdefelt. Her mindskes objektes potentielle energi også, og det kræver et arbejde at løfte det op igen – helt som det gør, når en magnet skal fjernes fra et magnetiserbart materiale.

Ny forskning fra 2021 har endvidere påvist, at fugle er i stand til at navigere efter Jordens magnetfelt ved hjælp af specielle proteiner i øjnene.

Kraft på andre magnetiserede objekter

Denne kraft ses fx, når en kompasnål retter sig ind efter Jordens magnetfelt. Her vil nålens magnetiske nordpol pege mod Jordens magnetiske sydpol, der lidt modstridende faktisk ligger nær det, vi kalder Jordens geografiske nordpol. De to poler er ikke sammenfaldende, så et kompas peger ikke nøjagtigt mod den geografiske nordpol, men derimod mod den magnetiske sydpol, der i øjeblikket ligger i det nordøstlige Canada, men som flytter sig med tiden.

Kraft på elektriske partikler i bevægelse

Dette er en effekt, vi umiddelbart ikke ser meget til i naturen i Danmark, men tæt på de magnetiske poler gør man. Den fremtræder i form af nord- og sydlys. Ikke bare har denne effekt spektakulære resultater; den beskytter også Jorden mod kosmisk stråling.

Når elektrisk ladede partikler fra især Solen kommer ind i Jordens magnetfelt, vil de blive afbøjet, påvirket af Lorentz-kraften. De vil så spiralisere om feltlinjerne og trænge ind i atmosfæren tæt på Jordens magnetiske poler. Her kan de excitere atomer i atmosfæren, dvs. bringe et atoms elektroner i stærkt bundne tilstande op i en højere energitilstand, som, når de falder på plads igen, udsender forskellen i energi i form af elektromagnetisk stråling, bl.a. som synligt lys.

Effekten benyttes i også udstrakt grad i partikelacceleratorer til styring af stråler af ladede partikler. Hertil benyttes oftest elektromagneter, dvs. magneter af fx blødt jern, der er omviklet med en spole, i hvilken der går en strøm. På denne måde kan man kontrollere feltets størrelse og dermed retningen af partikelstrålen.

Tidligere benyttede man også magnetfelter til at styre elektronstrålen i et fjernsyns billedrør.

Magnetfelt opstået fra et varierende elektrisk felt

Denne effekt er en en følge af den af Maxwell opdagede forskydningsstrøm, der kort sagt siger, at et tidsligt varierende elektrisk felt kan inducere et tidsligt varierende magnetfelt. Dette forklarer bl.a. lysets natur, da lys er elektromagnetisk stråling, dvs. elektriske og magnetiske felter, der gensidigt inducerer hinanden, uden at der er elektriske ledere eller ladninger til stede.

Enhed for magnetfelt

Et magnetfelts styrke måles i tesla. En kraftig permanent magnet kan have et overfladefelt på over 1 tesla. Til sammenligning er Jordens magnetfelt omkring 50 mikrotesla = 0,00005 tesla på vore breddegrader.

Læs mere i Lex

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

Fagansvarlig for Elektromagnetisme, elektron- og ionoptik

Niels Hertel

Acceleratorfysiker, ph.d., Aarhus Universitet