Nord och syd

(1)

Nord och syd

Föreläsning 10/3 2010 Marica Ericson

Magiska magneter

• Osynliga krafter som verkar på avstånd

Redan de gamla grekerna …

ca år 0

magnetit

Kinesisk kompass …

Gjorde kompasser av magnetit på 1100-talet

Magnetfält

• Demo

Magnetfältets riktning

(2)

Vad är en magnet?

Magneter på atomnivå

Typer av magnetisering

• Diamagnetism: – Svagt och temporärt – Alla material

– Motriktad pålagt magnetfält • Paramagnetism:

– Svagt och temporärt

– Samverkar med pålagt magnetfält • Ferromagnetism:

– Kan bilda permanenta magneter – Starka magnetfält

• Superparamagnetism:

– Små ferromagneter (nanopartiklar) – Liknande egenskaper som paramagneter

Ferromagnetiska material

Gadolinium (Gd) Nickel (Ni) Ferrit Magnetit Kobolt (Co) Järn (Fe)

Magnetiska domäner

Magnetisering av järn

(svag magnet)

1)

2)

(3)

Magnetisering av järn

(stark magnet)

1)

2)

3)

Repulsion och attraktion

Curie temperatur

Pierre Curie (1859 –1906)

Den temperatur då magnetiseringen hos ett material upphör Gadolinium (Gd) Nickel (Ni) Ferrit Magnetit Kobolt (Co) Järn (Fe) 292 K 627 K Ca 700 K 858 K 1388 K 1043 K

Jordens magnetfält

B ≈ 50 x 10

-6

_Tesla

Inklinationen, dvs vinkeln mot jorden, beror av latitud

Uppkomsten av jordens

magnetfält

Flytande yttre kärna Mantel Jordskorpan Strömningar i den flytande yttre kärnan

Varierande magnetfält

(4)

Magnetosfären ett skydd

SOHO/LASCO/EIT (ESA & NASA)

Magnetosfären påverkas av solvinden

Van Allen bältena

Norrsken

http://www.mosquitonet.com/~deepalaska/

• Uppkommer när laddade partiklar tar sig igenom magnetfältet • Vanligast vid polerna p g a magnetfältets riktning

Polerna flyttar sig

Beror på strömmar i kärnan i jordens inre

Polerna flyttar sig

_{Idag används gyrokompass}

Visar jordens rotationsaxel istället för magnetiska polen.

(5)

Magnetiskt minne

• Hårddiskar

wikipedia • Tidigare järnoxid • Numera kobolt-baserade legeringar

Magneter för lagring av

information

1

0

1

0

1

Läshuvud

0 0 1

Magneter för lagring av

information

1

0

1 0 0

1 0 1

1 x 20 _{0 x 2}1 _{1 x 2}2 _{0 x 2}3 _{0 x 2}4 _{1 x 2}5 _{0 x 2}6 _{1 x 2}7 1 + 0 + 4 + 0 + 0 + 32 + 0 + 128

= 165

(6)

Den elektriska motorn

Men kan magnetfält orsaka

ström?

•Demonstration

Men kan magnetfält orsaka

ström?

Induktion

Generatorer

Faradays lag

t

E

∆

∆Φ

=

Det inducerade fältet är proportionellt mot hur hastigtdet magnetiska flödet Φ ändras:

Transformatorer

Primär

Sekundär

• Strömmen i primärledningen producerar ett magnetfält i ringen.

(7)

Transformatorer i vardagen

Elektromagneter

Nord Syd

Sväva på magnetfält

Laga mat på magnetfält

Hur fungerar en

induktionsspis?

Varför är bilden fel?

Vilka krav på

kokkärlen måste

vara uppfyllda?

Supraledare

• Material utan elektriskt motstånd

• Leder ström utan förluster

• Perfekt diamagnet

• Används för att skapa starka magnetfält

• Kräver kylning

(8)

Superlevitronen

Använda magneter för att studera kroppen –MRI (magnetic resonance imaging)

Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset

Väteatomer är som små magneter

N S

Spinn i magnetfält

B M

B=0 M=0

S

N

Väteatomerna svänger i takt i magnetfältet

Mz= 0

Mxy≠ 0

B₀

• Radiofrekvens-fältet RF (B1) som är vinkelrätt mot B0oscillerar • Resonans med atomkärnorna. Kärnmagnetisk resonans!

B₁

Orginalbilden

ky

kx

Informationen kärnornas olika frekvenser.

(9)

Matematisk bildbehandling

MRI kräver starka magnetfält

• Ca 1.5 Tessla (100 000 ggr jordens

magnetfält!)

• Supraledande elektromagneter, kräver

flytande Helium

Säkerhet med MRI

EKG 1. Magnet 2. Gradientspole 3. RF-spole 1. Magnet 2. Gradientspole 3. RF-spole 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 2 =>39 C Brännskada Oljud Klick 1Qench