Forside Søgning Brugsanvisning
Ind til listen:

Feltlinjer i et magnetfelt

1. Indledning

Når man i et område af rummet skal beskrive de kræfter, der skyldes magnetisme, er de kurver, der kaldes feltlinjer meget nyttige. Jeg har ikke kunnet finde ud af, hvem der først beskrev dette begreb, men her giver jeg en beskrivelse af det.

Et magnetfelt kan have to årsager. Det kan skyldes, at der er en magnet i nærheden. Kompasset med magnetnål kom fra Kina til vores vestlige kultur i 1200-tallet. Et magnetfelt kan også skyldes, at der er en ledning med strøm i i nærheden. Det opdagede Ørsted i 1820. Og endelig er Jordens magnetfelt normalt til stede.

2. Feltet omkring en stangmagnet

Vi tænker os, at vi i et laboratorium er i gang med et forsøg på at finde ud af hvordan magnetismen varierer fra sted til sted, når det er en almindelig stangformet magnet, der skaber magnetfeltet. Stangmagneten er så stærk, at man ikke behøver at tage hensyn til Jordens magnetisme. På billedet til højre har jeg tegnet nogle røde orienterede kurver. Vi tager nu en lille bitte kompasnål, der kan dreje sig i alle retninger, både sidelæns og op og ned. Vi holder så kompasnålen hen i et punkt af en af de røde kurver. Og så ser vi til vores glæde, at kompasnålen falder sammen med kurven, således at kompasnålens nordpol peger i den røde kurves retning i orienteringens retning. Og hvis vi nu langsomt flytter den lille nål langs kurven, så bliver nålen ved med at pege i kurvens retning. En kurve med denne egenskab kaldes en feltlinje. Feltlinjerne stopper når magnetfeltet er blevet så svagt, at man ikke kan måle det mere.

På billedet til venstre viser vi et fænomen, der kan have været inspiration til indførelsen af begrebet feltlinje. Billedet forestiller en vandret glasplade, der ligger oven på stangmagneten. Oven på glaspladen har vi drysset en hel masse jernfilspåner. Det er de små aflange jernstykker som dannes når man behandler et stykke jern med en grov fil. Når man så banker en smule på glaspladen, så lægger filspånerne sig i magnetfeltets retning, sådan som man kan se på billedet.

3. Magnetfeltet omkring en retlinet strømførende ledning

Det var Ørsted der den 21.juli 1820 offentliggjorde sin epokegørende opdagelse af, at der dannes et magnetfelt omkring en strømførende ledning. Ørsteds opdagelse satte europæiske fysikere i gang med et undersøge fænomenet nærmere. Den 30. oktober 1820 offentliggjorde Biot og Savart deres beskrivelse af magnetfeltet omkring en lang retlinet strømførende ledning, og vi går nu over til at beskrive de feltlinjer de fandt, dog uden at de brugte ordet feltlinje.
På billedet til venstre viser vi en lang lodret grøn ledning. Der løber en strøm opad gennem ledningen. I 1820 havde man ingen enhed for strømstyrke. Ikke desto mindre lykkedes det for Biot og Savart at bevise, at feltstyrken i et punkt er omvendt proportional med kvadratet på afstanden ind til ledningen. Det betyder for eksempel at hvis står i et punkt i afstanden a fra ledningen og så går hen til et punkt, der ligger i afstanden 3a fra ledningen, så er feltstyrken blevet 9 gange så lille. Det er måske svært at forstå at dette giver mening, selv om man ikke har en enhed for feltstyrke. Læs en forklaring på det i vores beskrivelse af Biot og Savarts arbejde; der er link for oven. Normalt tegner man feltlinjerne sådan, at de er tættest på hinanden, der hvor magnetfeltet er stærkest. Sådan er de tegnet på billedet.

Af symmetrigrunde er det klart, at feltlinjerne må være vandrette cirkler med centre på den lodrette ledning, sådan som det er vist på billedet. Den magnetiske kraft må altså virke vandret, selv om strømmen går lodret. Dette undrede samtiden meget, man var jo vandt til at kræfter virkede tiltrækkende eller frastødende. Tyngdekraften virker jo tiltrækkende, og to hyldemarvskugler, der er opladet med samme type elektricitet, frastøder hinanden.

Sammenhængen mellem strømmens retning og feltlinjernes orientering er beskrevet i den såkaldte højrehåndsregel: Grib om ledningen med højre hånds fingre sådan at tommelfingeren peger i strømmens retning. Så vil feltlinjerne være orienteret i fingrenes retning.

4. Magnetfeltet i en solenoide

Solenoide er det faglige navn for en spole med et antal ens vindinger. På billedet til højre viser vi en solenoide med 8 vindinger. Hver vinding består af 2 halvcirkler, der ligger i en lodret plan vinkelret på skærmens plan. Der går strøm i spolen. i en ledning der går hen til prikcirklen længst til venstre. Strømmen kommer fra den positive pol på batteriet. Videre går den udad fra skærmens plan i den halvcirkel, der går ned til krydscirklen længst til venstre. Herfra går strømmen videre ad den bagudrettede cirkel, der går op til prikcirkel nr. 2 fra venstre. Denne cirkels plan er lidt skrå.

Det fortsætter på denne måde indtil strømmen kommer til krydscirklen længst til højre. Herfra fortsætter den ad en ledning tilbage til batteriets negative pol.De røde feltlinjer ligger i skærmens plan. Der ligger naturligvis også feltlinjer i alle de andre planer, der indeholder spolens centrale linje.

Billedet nedenfor viser en spole af kobber. Der er et vandret stykke gennemsigtigt papir. Den øverste halvdel af spolens vindinger befinder sig over papiret, og den nederste halvdel af vindingerne er under papiret. Efter at man har tændt for strømmen, har man drysset jernfilspåner ned på papiret. Så ryster man papiret og spolen vandret, kun en lille smule, og det bevirker at jernfilspånerne lægger sig i feltets retning. Så man kan faktisk se feltlinjerne!

5. Afslutning

I sine artikler om magnetisme advarer Ampére mod ørkesløse spekulationer over hvad magnetisme er for noget. Han sammenligner det med, at Newton heller ikke skrev noget om, hvad tyngdefeltet er. Vi mennesker kan ikke mærke magnetismen. Det er tankevækkende, at det er bevist, at der er arter af fugle, der på deres årlige træk mellem nord og syd bruger Jordens magnetfelt, når de skal finde vej!

Hvis du støder på et ord,
hvis betydning du ikke kender,
så søg på ordet.