Forside Søgning Brugsanvisning
Ind til listen:

Faradays feltlinjer

1. Indledning

Et magnetfelt kan have flere årsager. Det kan skyldes, at der er en magnet i nærheden. Kompasset med magnetnål kom fra Kina til vores vestlige kultur i 1200-tallet. Det kan også skyldes, at Jorden er en kæmpemæssig magnet, så Jordens magnetfelt normalt til stede.

I 1820 offentliggjorde Ørsted sin opdagelse af, at når der går strøm i en ledning, så sker der det, at en magnetnål, der befinder sig i nærheden af ledningen, bliver påvirket af en kraft, der er vinkelret på ledningens retning. Mange fysikere rundt omkring i Europa begyndte straks at undersøge fænomenet nærmere, og der blev offentliggjort mange indholdsrige artikler om Ørsteds opdagelse.

Der blev også spekuleret over hvad det var for en ændring, der var sket i rummet omkring ledningen. Nogle af disse spekulationer irriterede Faraday, og han reagerede ved at indføre begrebet feltlinje. Jeg ved ikke, hvornår Faraday gjorde det, jeg gætter på at det skete i 1823.

2. Definition af en feltlinje

Når man skal forklare hvad en feltlinje er skal man bruge en lang, tynd stangformet magnet. På billedet til højre er magneten grå; dens nordpol er farvet gul. I midten af magneten er der fastgjort en lang tynd tråd, som den eksperimenterende fysiker bærer magneten i; tråden er ikke vist på figuren. Fysikeren kan på den måde bestemme, hvor magnetnålens midtpunkt skal befinde sig. Magnetens retning bestemmes af det magnetfelt den befinder sig i. En orienteret kurve i rummet kaldes så en "feltlinje" når det er sådan, at den kraft, der påvirker magnetnålens gule nordpol i et punkt P af kurven, går i retning af kurvens tangent i punktet P og i retning af kurvens orientering.

Vi beskriver nu kortfattet, hvordan en fysiker kan konstruere den feltlinje, som går gennem et vilkårligt punkt Q i magnetfeltet. Han tager fast i den øverste ende af den lange tynde tråd, og flytter midten af magneten hen til punktet Q. Så er magneten tangent til den feltlinje, som skal bestemmes. Fysikeren flytter så magnetens midtpunkt en lille smule i magnetens retning til et punkt R. Så drejer magneten sig en lille smule. og nu er magneten tangent til feltlinjen i punktet R. På den måde kan fysikeren fortsætte, og han får derved feltlinjen bestemt.

Ved nærmere undersøgelser af begrebet feltlinje må man tilrettelægge forsøgene sådan, at det af strømmen skabte magnetfelt er meget kraftigere end Jordens magnetfelt. Derfor kan man under forsøgene se bort fra Jordens magnetfelt.

3. Feltlinjerne omkring en lang retlinet ledning


På billedet til venstre viser vi en lang lodret grøn ledning. Der løber en strøm opad gennem ledningen. Faraday målte feltstyrkens retning i en masse punkter omkring ledningen. Hans resultat var, at enhver cirkel , der har centrum i et punkt af ledningen og som ligger i en vandret plan er en feltlinje. Normalt tegner man feltlinjerne sådan, at de er tættest på hinanden, der hvor magnetfeltet er stærkest. Sådan er de tegnet 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. Feltet omkring en stangmagnet

På billedet til højre viser vi en magnetisk stang med en nordpol og en sydpol. Vi tænker os at magneten er så stærk, så man kan se bort fra Jordens magnetfelt. Baseret på en lang række målinger i en plan, der indeholder magneten, finder man at feltlinjerne ser ud som vist på figuren. Det sker ikke, at den lille magnetnål ligger i en plan, der ikke indeholder magneten. Nogle af feltlinjerne har begyndelsespunkt eller endepunkt.Disse punkter befinder sig steder, hvor magnefeltet er så svaget, at det ikke kan måles.

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.

5. Magnetfeltet i en spole

Billedet til højre 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!

En spole består af et antal ens vindinger. På billedet til højre viser vi en spole med 8 vindinger. Hver vinding består af 2 halvcirkler, der ligger i en lodret plan vinkelret på skærmens plan. Der går strøm hen til 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.

Teknisk set er spoler meget vigtige. Enhver elektromotor, der kan udføre et stort arbejde, indeholder spoler. Se for eksempel et billede af Jedliks elektromotor, der er link for oven,

6. Afslutning

Alle de feltlinier, vi har beskrevet ovenfor, er plane kurver. Man kan let lave et magnetfelt, der indeholder feltlinjer, der ikke er plane. Jeg ved ikke om denne type feltlinjer kan være nyttige?

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.