Släktingarna som påverkade fysikens utveckling

En presentation över ämnet: "Släktingarna som påverkade fysikens utveckling"— Presentationens avskrift:

1 Släktingarna som påverkade fysikens utveckling
Ellära och magnetism Släktingarna som påverkade fysikens utveckling

2 Hans Christian Ørsted Elektromagnetismens fader
Ända till 1820-talet ansågs elektricitet och magnetism vara helt skilda naturfenomen. Men Hans Christian Ørsted råkade upptäcka att elektricitet och magnetism i allra högsta grad hänger ihop. Upptäckten innebar bland annat att det blev möjligt att skapa magnetism med hjälp av elektricitet. Ørsted var professor i fysik vid Köpenhamns universitet. Under en föreläsning använde han en metalltråd där det gick elektrisk ström. Han hade också en magnetnål på bordet. När HC slog på strömmen vred sig magnetnålen. När han slog av strömmen gick nålen tillbaka till sitt normala läge. Han gjorde om samma sak flera gånger och det visade sig vara en mycket viktig upptäckt. Elektricitet och magnetism är alltså släkt med varandra. 2 Hans Christian Ørsted Elektromagnetismens fader Död: 1851 Född: 1777

3 Laddning – ett gammalt mysterium
3 Med åska avses en eller flera elektriska urladdningar i jordens atmosfär som yttrar sig i ett uppflammande av ljus (blixt) och ett skarpt eller mullrande ljud (åskknallar, åskdunder, åskmuller).[1] Dessa elektriska urladdningar alstrar mycket stor värme under bråkdelar av en sekund, vilket gör att luftens molekyler sätts i rörelse. Detta upplevs som åskmullret. Laddning – ett gammalt mysterium Blixtar och dunder – naturfenomen Positiva och negativa laddningar dras mot varandra

4 Laddningar Ämnen med överskott av elektroner – negativa
4 Vissa ämnen består av atomer som gärna tar till sig fler elektroner. Andra ämnen ger lätt ifrån sig. Om två ämnen gnids mot varandra kan alltså elektroner överföras. Det ena ämnen får överskott av elektroner och det andra får underskott. Ämnet som har för många elektroner blir negativt laddat och det som har för få, blir positivt laddat. Laddningar Ämnen med överskott av elektroner – negativa Ämnen med underskott av elektroner – positiva Laddningar som dras mot varandra – attraheras Laddningar som stöter ifrån varandra – repellerar Ledare kallas ett ämne där elektroner kan röra sig lätt (t.ex. järn och koppar) Isolator kallas ett ämne där elektroner inte rör sig (t.ex. porslin och gummi)

5 Redan före Jesu födelse bröts malm i Grekland, med magnetiska egenskaper. I Sverige, Kiruna finns magnetisk malm – svartmalm, en av våra vanligaste järnmalmer. Sjöfarare upptäckte för länge sen att en avlång magnetisk sten ställer in sig i nord-sydlig riktning. Nord och sydänden har fått sitt namn eftersom den alltid ställer in sig med ena änden mot norr och den andra mot syd. En kompass störs och visar fel om det finns föremål av järn i närheten. En båt kan komma rejält ur kurs om en stor skiftnyckel råkar hamna nära kompassen. 5 Magneter En magnet har alltid en nord- och en sydände. Magneter används till exempelvis kompasser, magnetlås, fästmagneter. Om man lägger en magnetnål på en rörlig hållare ställer nålen in sig i nordsydlig riktning = kompass

6 Jorden – en gigantisk magnet
6 Hur kommer det sig att kompassnålen ställer in sig i nordsydlig riktning? Eftersom olika magnetiska ändar dras till varandra måste jordens magnetiska sydände ligga vid nordpolen och nordände vid sydpolen. Men jordens nordände ligger inte exakt vid Nordpolen, utan en bit därifrån. Därför pekar kompassnålen inte exakt mot norr. I stället pekar den mot jordens magnetiska sydände som ligger i nordligaste delen av Kanada. Vinkeln mellan nordriktningen och den riktning som kompassnålen visar kallas missvisning. Jorden – en gigantisk magnet Hur kommer det sig att kompassnålen ställer in sig i nordsydlig riktning? - Jordklotet = en gigantisk magnet - Olika magnetiska ändar dras mot varandra - Jordens magnetiska sydände ligger vid nordpolen och nordänden ligger vid sydpolen.

7 Magnetfält Magneter är omgivna av magnetfält
7 Två stavmagneter påverkar varandra med viss kraft, till och med på ganska stort avstånd. Det beror på att en magnet är omgiven av ett så kallat magnetfält. Ett magnetiskt fält går inte att se eller ta på. Men med fantasins hjälp kan vi tänka oss ett magnetfält som en osynlig dimma runt magneten. Från ena änden av magneten till den andra bildas linjer som kallas fältlinjer. De magnetiska fältlinjerna sägs gå från nordände till sydände. Om en kompassnål placeras på en fältlinje kommer nålen att ställa in sig längs linjen. Magnetfält Magneter är omgivna av magnetfält

8 Norrsken Norrsken förklaras av att jorden är en magnet. Färgerna skapas när partiklar som kastats ut från solen träffar jordens magnetfält. Att norrsken främst uppträder i närheten av Nord- och Sydpolen beror på att magnetfältet är starkast där. 8 Partiklar kastas ut från solen och träffar jordens magnetfält. Då bildas norrsken. ? Varför är norrsken vanligast vid Nord- och sydpolen? Svar: magnetfältet är starkast vid Nord- och Sydpolen

9 Spolar och omkring spolen Tumregeln: för att ta reda på vilken
9 När det går ström genom en spole blir den en magnet med en nord- och en sydände. Det ser vi om vi placerar en magnetnål intill spolen. Det finns en enkel regel som du kan använda dig av för att ta reda på var en spole har sin nord och sydände. Regeln kallas tumregeln. Lägg din högra hand över spolen med fingrarna i strömmens riktning, så har du nordänden åt tummens håll. Spolar När det går ström genom en spole uppstår ett magnetfält både inne i och omkring spolen Tumregeln: för att ta reda på vilken ände som är nordänden, håller du höger hand över spolen så att fingrarna pekar i strömmens riktning. Tummen pekar då mot spolens nordände

10 1010 Tänk dig en sytråd som är lindad många varv runt en trådrulle. Om vi lindar en lång elektrisk ledare på samma sätt, får vi en spole. När det går ström genom spolen bildas ett magnetfält inuti och omkring spolen. Med hjälp av järnkärnan får vi ett starkare magnetfält när vi leder ström genom spolen. Magnetfältet kring en spole påminner om magnetfältet kring en stavmagnet. Magnetiska fältlinjer har lättare att ta sig fram i järn än i luft. Spolens magnetfält blir därför starkare om man placerar en järnstav, en s.k. järnkärna, inne i spolen. Om vi ökar strömmen eller lindar fler varv runt spiken blir elektromagneten starkare. Strömmen går genom den elektriska ledaren och inte järnkärnan. Inom industrin används elektromagneter t.ex. på lyftkranar för att lyfta järnskrot. När strömmen slås på fastnar järnskrotet på magnetkärnan och när man slår av strömmen så lossnar skrotet. Elektromagneter Spolens magnetfält blir starkare med hjälp av en järnkärna. Ju fler varv spolen har eller ju starkare ström man skickar genom ledaren, desto starkare magnet.

11 Induktion Magnetfält kan skapa ström
1111 Induktion innebär att en elektrisk spänning alstras (induceras) i en elektrisk ledare, om ett magnetfält i dess närhet varierar. Detta fenomen nyttjas i exempelvis induktionshällar, mikrofoner och i elektriska generatorer. Magnetfältet förändras genom att t ex en stavmagnet rör sig i spolen, men inte när magneten är stilla. En magnet omges av ett magnetfält. När magneten förs in i spolen kommer en del av magnetfältet i spolen. Ju mer magneten förs in desto mer av magnetfältet finns inne i spolen. När magneten dras ut ur spolen minskar magnetfältet i spolen. Det är själva förändringen av magnetfältet inne i spolen som ger upphov till elektrisk ström i kretsen. Ju snabbare magnetfältet förändras desto starkare blir strömmen som skapas. För att åstadkomma stark ström gäller det att snabbt föra magneten ut och in. Antalet varv påverkar strömmens styrka. Ju fler varv, desto starkare blir strömmen. Induktion Magnetfält kan skapa ström Förändrade magnetfält förklarar induktion

12 Generatorn Ström framställs genom induktion i generatorer
1212 Praktiskt taget all ström vi använder framställs genom induktion i generatorer vid våra kraftverk. Det är dock jobbigt att snabbt föra magneten ut och in ur spolen. Om man lägger en järnkärna i spolen och placerar stavmagneten på en hållare så att den kan rotera framför spolen. Sen snurrar vi på magneten. Då förändras hela tiden magnetfältet inne i spolen och den uppkommer en ström. Den här anordningen kallas generator. En generator omvandlar rörelseenergi till elektrisk energi. Generatorer som finns i olika kraftverk består alla av en roterande magnet i en spole. Generatorerna levererar växelström till våra eluttag, där spänningen är 230 volt och frekvensen är 50Hz. Det betyder att strömmen byter riktning 100 ggr per sek. Generatorn Ström framställs genom induktion i generatorer vid våra kraftverk

13 1313 Det finns en skillnad på den ström som skapas när en magnet snurrar framför en spole och på strömmen från ett vanligt batteri. Den snurrande magneten skapar en ström som byter riktning hela tiden. Det kan vi se eftersom amperemeterns visare slår fram och tillbaka. Strömmen kallas växelström. Strömmen från ett batteri går hela tiden åt samma håll. Strömmen kallas likström. Växelström

14 Energi och effekt Effekt = spänning ∙ ström P = U ∙ I
1414 Ibland behöver man mäta hur stora energimängder som överförs med elektricitet. För att kunna göra det måste man veta hur mycket energi som överförs per sekund. Det kallas effekt och mäts i enheten watt (1 W). Energi och effekt Effekt = spänning ∙ ström P = U ∙ I

15 Låt oss jämföra två lampor:
1515 Energi och effekt P= U∙I Låt oss jämföra två lampor: Båda är märkta med 2,4 W, men den ena är byggd för 12 V och den andra för 6V. Watt-talet talar om hur starkt en lampa lyser. Lamporna lyser alltså lika starkt. När vi mäter strömmarna visar det sig att lampan för 12 V släpper igenom 0,2 A och den för 6V släpper igenom 0,4 A

16 Vår förbrukning av elenergi
1616 Vår förbrukning av elenergi Typ av apparat Effekt i W Förbrukning ca Bastu W 3kWh/bastubad Brödrost W 0,12kWh/10 st Elvisp W 0,01kWh/5 min Tvättmaskin 3000 W 3kWh/tvätt Energi = effekt ∙ tid