Magnetfelt fra strømbærende ledere

Fysik B · STX · B-niveau · Magnetisme og induktion

⚛️ Magnetfelt fra strømbærende ledere

Magnetfelt fra elektrisk strøm = enhver bevægende elektrisk ladning skaber et magnetfelt.

Hovedopdagelse — Ørsted 1820 (dansk fysiker): kompasnål afbøjes af strømførende ledning → magnetisme + elektricitet er forbundne fænomener. Grundlagde elektromagnetisme.

Magnetfelt fra lang lige ledning: B = μ₀·I/(2π·r), hvor μ₀ = 4π·10⁻⁷ T·m/A (magnetisk permeabilitet i vakuum), I = strøm (A), r = afstand fra ledning (m).

Felt-retning (højre-hånds-regel): peg tommelfinger i strømmens retning, fingrene krummer i B-feltets retning (cirkler om ledningen).

Eksempel: I = 10 A, r = 5 cm. B = 4π·10⁻⁷·10/(2π·0,05) = 4·10⁻⁵ T = 0,04 mT. Lille — Jordens magnetfelt er ~50 µT (5·10⁻⁵ T).

Magnetfelt fra cirkulær sløjfe (radius R, strøm I): B i centrum = μ₀·I/(2R). Felt-retning langs aksen.

Magnetfelt i solenoid (lang spole, n vindinger per længde): B inde = μ₀·n·I (ensartet inde i spolen, nær nul udenfor). Kraftigt magnetfelt → bruges som elektromagnet. Med jernkerne: B forstærkes ~1.000× pga. ferromagnetisme. Lorentz-kraft = kraft på ladning q i magnetfelt B: F = q·v·B·sin(θ). Vinkel mellem v og B. Vinkelret på begge → sirkulær bane.

Anvendelser

1.

Elektromagnet — solenoid + jernkerne. Skrotpladsens kran-magnet, MRI-skanner, partikelaccelerator.

2.

Højtalere — strøm i bevægelig spole i magnetfelt → kraft → membran bevæges → lyd.

3.

Elmotor — strømbærende leder i magnetfelt får Lorentz-kraft → roterer.

4.

Cyklotron — magnetfelt holder partikler i en spiralbane, mens et elektrisk felt accelererer dem mellem hver omgang — bruges i partikelacceleratorer og kræftbehandling (protonterapi).

Læringsmål

• Forklare Lorentzkraft F = qvB·sin(α)
• Anvende Faradays lov EMF = −dΦ/dt
• Forklare Lenz lov
• Beregne transformator-forholdet U₁/U₂ = N₁/N₂
• Forklare generator og motor

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvordan en strømførende leder skaber et magnetfelt omkring sig
• Beskriv, hvordan retningen af magnetfeltet omkring en leder kan bestemmes
• Diskutér, hvordan dette princip anvendes i en elektromagnet

Eksperiment-forslag

• Kortlæg magnetfeltet omkring en strømførende ledning med jernfilspåner eller en kompasnål, og verificér højrehåndsreglen.
• Byg en simpel solenoid (spole + jernkerne) og mål, hvordan B-feltet (via en Hall-sensor eller kompas) afhænger af strømstyrken og antal vindinger.
• Beregn magnetfeltet i centrum af en cirkulær strømsløjfe og sammenlign med det målte felt fra en spole med samme radius.

Brobygning

Vi har set, hvordan strøm skaber et magnetfelt — men magnetfeltet udøver også en KRAFT på ladninger, der bevæger sig i det. Næste emne er 'Lorentzkraft F = qvB·sin(α)'.