Magnetism och induktion.
Av Hanna Åkesson och Peter Hult.
Magnetfält kring en stavmagnet.
Syfte: Visa på magnetfält kring stavmagneter.
Teori: Magnetiska fältlinjer dras mot järnföremål och böjer vinkelrätt mot dessa. Fältkraften verkar längs tangenten till fältlinjerna. Ett mått på den magnetiska kraften är fältlinjetätheten.
Fältlinjerna bildar slutna kurvor.
Material: En genomskinlig plastbricka respektive plastlock, stavmagneter, järnfilsspån och en oh-projektor.
Utförande: Lägg stavmagneterna på brickan, strö järnfilsspånet på plastlocket och placera detta plastbrickan. Placera alltihop på oh-projektorn.
Tips: Ett annat sätt att visa detta på är att använda sig av en "bricka" med kompassnålar. Dessa ger ett tydligare utfall och det är lättare att fortsätta eventuella resonemang om vad som händer då flera magnater verkar inom ett område.
Induktion / Transformatorn
Induktionsspänning, emk
Material; Spole, stavmagnet, sladdar, Amperemätare (m A)
Teori; Örstedt upptäckte att elektriska laddningar i rörelse ger upphov till magnetfält. Det omvända, att magnetfält skulle kunna ge upphov till elektriska laddningar i rörelse (ström) låg därmed nära till hands. Detta kan man också enkelt visa med detta experiment.
För man tex. en metallstav på lämpligt sätt genom att magnetfält, orsakar fältet en kraftverkan på fria elektroner som söker sig till respektive ändar i metallstaven. Sluter man kretsen får man en ström. Detta fenomen kallas induktion och spänningen som uppstår kallas induktionsspänning eller emk, som beskrivs enl.
U = B v l (1)
Ur denna formel kan man läsa att större längd ger upphov till större spänning, vilket betyder att man får en större emk, ju fler varv man har på en speciell spole.
Utförande; Koppla en känslig amperemeter till en spole med godtyckligt varvantal. För en stavmagnet in och ut ur spolen och observera den ström som uppstår. Ju snabbare rörelsen sker desto större blir strömmen. Skulle man utföra rörelsen 50 ggr på en sekund skulle en ström med frekvensen 50 Hz uppstå, dvs. samma som i våra vägguttag.
Transformatorn
Material; Spänningskälla, sladdar, två spolar med olika varvtal, järnkärna, två voltmetrar.
Teori; Man kan utnyttja induktionen till att omvandla lågspänning till högspänning och tvärtom. Detta har mycket stora användningsområden i bl.a. kraftindustrin och elapparater över huvud taget. Den inducerade spänningen är ju beroende av trådens längd. (se ovan), detta betyder att om man på primärspolen har 600 varv och 300 på sekundärspolen blir också spänningen över den sista hälften så mycket enl.
(u 1 / u 2) = (N1 / N2) (2)
Däremot är i den ideala transformatorn effekten konstant enl.
P = U I (3)
Vilket betyder att strömmen på sekundärspolen i exemplet blir dubbelt så stor.
Järnkärnan i en transformator är viktig eftersom den förstärker magnetfälten. En transformator kan tillverkas med en verkningsgrad på omkring 99%.
Utförande; Anslut spolar av olika varvtal och kontrollera (2)
Utnyttja sedan att lågt varvtal på sekundärspolen ger upphov till en stor ström som kan få en spik att glöda.