Natuurkunde experimenten voor docenten, TOA's en leerlingen

(Homogeen) Magnetisch veld, veldlijnen, Noord- en Zuidpool, declinatie en inclinatie

Details
Categorie: Magnetisme
Magnetische flux van de aarde door 1 m²

(Homogeen) Magnetisch veld, veldlijnen, Noord- en Zuidpool, declinatie en inclinatie... wat moet je je daarbij voorstellen?

Niveau

:

VWO 5/6

 

Aarde Noordpool en Zuidpool tegenover natuurkundige/magnetische noordpool en zuidpool.

aarde magnetisch veldBijna iedereen weet dat de aarde een magnetisch veld heeft met een noordpool en een zuidpool. Het rode gedeelte van je kompas wijst altijd naar het noorden. (Als je hem tenminste uit de buurt van andere magneten en van ijzer/staal houdt. Let op instinker: het stalen frame onder je tafel!!!)

In de tekst van je lesboek staat vast wel ergens dat de noordpool van de aarde natuurkundig gezien een zuidpool is. En andersom: dat de zuidpool van de aarde natuurkundig gezien een noordpool is. Wat is dat nou voor lariekoek? Nou..., dat zit zo!

We zijn de Noordpool van de aarde Noordpool gaan noemen omdat de noordpool van je kompas, de rode wijzer, daar altijd naar toe wijst. Maar eigenlijk is de benaming verkeerd. Want magnetisch of natuurkundig gezien is Antarctica een noordpool en is Spitsbergen een zuidpool.

Dus overal op aarde, wijst de rode wijzer van je kompas in de richting van het noorden, Behalve op de magnetische noord- en zuidpool. Want als je daar in de buurt komt, lijkt het of het aardmagnetisch veld is verdwenen. Als je op de magnetische noordpool je kompas op de grond legt, heeft de kompasnaald geen voorkeursrichting. Je kompas reageert dan voornamelijk op je horloge of je sleutelbos. De naald is immers magnetisch en zoekt ijzer op. Misschien zou je je kompas verticaal kunnen draaien. Dan zou de rode wijzer op de noordpool nog wel in de juiste richting wijzen, maar op de zuidpool zal hij alleen naar de sterren wijzen.

 

Wat zijn magnetische veldlijnen?

Bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Veldlijn: 

Een veldlijn, ook krachtlijn genoemd, is een denkbeeldige lijn in een vectorveld die voor elk punt de richting van het veld aangeeft: de raaklijn in een punt van een veldlijn geeft de richting van het veld in dat punt aan. Eén veldlijn kan niet de sterkte van het veld aangeven, maar uit de verzameling van veldlijnen kan men de gebieden aflezen waar het veld sterker is dan op andere plaatsen. In die gebieden liggen de veldlijnen dichter bij elkaar dan elders. Bij voorkeur zal men dus de veldlijnen tekenen of zich voorstellen in een dichtheid (aantal lijnen per oppervlakteeenheid) die evenredig is met de grootte van de vector, zodat het aantal veldlijnen door een oppervlak evenredig is met de flux.

windkaart

Ik heb een beetje moeite met het woordje 'veldlijnen'. Ik probeer me daarvan eeen voorstelling te maken. Daarvoor gebruik ik een windkaart van de Verenigde Staten die ik toevallig op internet vond. Deze kaart verzamelt de windmetingen van alle weerstations in de USA en maakt hiervan een windkaart. Dit is de dag waarop orkaan "Isaac" aan wal komt in New Orleans.

Dit is dus geen foto, maar een animatie van al die verschillende windmetingen verdeeld over de USA. Hoe dichter je de windlijnen bij elkaar staan, hoe meer lucht per seconde op die plek passeert. Je ziet dat een kleine kring rondom het oog van de orkaan wit is van de windlijnen. Dus daar is de wind het heftigst. In het oog van de storm ontbreken de windlijnen. Daar is het windstil.

220px Geodynamo Between ReversalsMagnetische veldlijnen symboliseren de hoeveelheid en de richting van het magnetisme. Daarbij zie je duidelijk bij de polen een concentratie van veldlijnen. In de ijzeren kern van onze aarde is die concentratie het sterkst.

De dichtheid van de magnetische veldlijnen vormt dus een weergave voor de magnetische veldsterkte.

 

De volgende opstelling vormt een manier om magnetische veldlijnen zichtbaar te maken. Wat je ziet is een transparante bus gevuld met een vloeistof en ijzerdeeltjes. In het hart van de bus is een uitsparing gemaakt waar je een staafmagneet in kwijt kunt. De kleine ijzerdeeltjes worden door de aanwezigheid van de magneet in de kern gemagnetiseerd en trekken elkaar aan. Op deze manier worden lijnen gevormd die de vorm van het magnetische veld weergeven.

Naar buiten lopen de veldlijnen uit elkaar. Daar is de flux klein. Maar bij de polen komen de veldlijnen dichter bij elkaar. Daar is de magnetische flux het grootst.

magnetische veldlijnen demonstratiemodel

 

Homogeen magnetisch veld

betekenenis van woord homogeen

homogeen magnetisch veld lokaal op aardeEen homogeen magnetisch veld is een veld dat overal even sterk en in dezelfde richting geörienteerd is. Het magnetische veld van de aarde is duidelijk niet homogeen. Alle magnetische veldlijnen van de aarde bij elkaar hebben de vorm van soort donut. Maar als je inzoomt op een klein gebied op aarde, dan is op die plek het magnetisch veld van de aarde wel (nagenoeg) homogeen.

Het aardmagnetische veld van de aarde, ter plaatse van mijn vierkante hoepel met een oppervlak van 1 m² mag je beschouwen als een homogeen magnetisch veld. Om dat in beeld te brengen, zijn in de afbeelding hiernaast de magnetische veldlijnen in 3D-vorm weergegeven:

  • gelijkmatig verdeeld over het oppervlak en
  • gelijk gericht (parallel)

 

Wat je misschien op valt, is dat de lijnen schuin omlaag wijzen. Dat is correct! Want de magnetische veldlijnen lopen alleen bij de evenaar parallel aan het aardoppervlak. Verder nergens! Je kompasnaald zou het liefst schuin naar beneden wijzen!

 

Inclinatie: magnetische veldlijnen gaan schuin de aarde in
Declinatie: de magnetische veldlijnen van de aarde lopen niet precies van noodpool tot zuidpool... er is een hoekafwijking. 

 

Zoek:

Easy translation

Natuurkunde websites