Magnetism – Elektromagnetism – Magnetiska fält – Fysik 2 – Instuderingsfrågor

Magnetism – Elektromagnetism – Fysik 2 Instuderingsfrågor

Magnetiska fält/elektromagnetism är ett kapitel i Fysik 2. Här nedan följer instuderingsfrågorna till avsnittet som kombinerar både magnetism och elektriska fält. Samtliga begrepp och samband som rör området om magnetism tas upp och förklaras. Fullt tillräckligt för att du ska klara ditt nästa prov eller kursprov i Fysik 2. Det du lär dig av det här avsnittet kommer få dig att se på dina prylar på ett helt annat sätt eftersom magnetism används extremt mycket i vardagen. Det går inte en dag utan du använder en produkt som använder sig av elektromagnetism. I kapitlet förklaras vad en magnet är, Lenz lag, magnetfält kring strömförande ledare och mycket mycket fler begrepp.  

Vi rekommenderar instuderingsfrågorna till dig som pluggar inför prov. Ett alternativ är att du ser dessa som ett övningsprov för att se så du lärt dig allt om elektromagnetismen men frågorna kan även användas för att få kluriga begrepp förklarade för sig. Frågorna fungerar bäst i kombination med Youtubebanken (kommer snart för fysik 2 också). Söker du efter något specifikt begrepp så använd sökrutan till höger eller sökfunktionen i din webbläsare som öppnas genom att du trycker på knapparna “Ctrl + f” samtidigt.

TRYCK HÄR För att komma till övningsuppgifterna som handlar om Atomfysik

Begrepp som rör magnetiska fält

  • Magnetism
  • Induktion
  • Vad en magnet är
  • Magnetisk flödestäthet
  • Inklination & deklination
  • Kompass
  • Magnetfält ring ledare
  • Magnetisk kraftverkan på strömförande ledare
  • Magnetisk kraftverkan på laddade partiklar
  • Spole
  • Elektriska fält
  • Kraftverkan på laddade partiklar i ett elektriskt fält
  • Elmotorn
  • Masspektrometern
  • Indutkionslagen
  • Faradays induktionslag
  • Galvanometer
  • Lenz lag
  • Magnetiskt flöde
  • Generator
  • Transformator

 

1. Hur används magnetism i vardagen?

Magnetism används mycket i vardagen. Några exempel på magnetism i vardagen är:

  • Induktion
  • Generatorer
  • Transformatorer
  • Elektromagneter
  • Högtalare
  • (Jorden är en magnet)

 

2. Vad är en magnet?

Magnet fysik 2En magnet består av många domäner med samma riktning på magnetfältet. Vid yttre påverkan kan man få domänerna att riktas likadant. En magnet har en nord- och en sydpol. Sydpolen attraheras av nordpolen med repelleras av en annan sydpol. Om du delar magneten på mitten får du två magneter med var sin nordpol och sydpol. Magnetism uppstår i och med elektronernas magnetiska spinn. 

 

3. Vad är magnetisk flödestäthet?

Magnetiska flödeslinjer beskriver riktningen på det magnetiska fältet. Linjerna går alltid från nord till syd utanför magneten och från syd till nord inuti magneten (se bild på fråga 2). 

Flödeslinjerna beskriver även styrkan på det magnetiska fältet. Desto tätare flödeslinjerna är desto starkare är det magnetiska fältet. Styrkan mäts med måttet “magnetisk flödestäthet” (B) som år en vektor. Enheten är Tesla (T). 

Flödestätheten varierar på olika platser i världen. 

 

4. Vad är inklination och deklination och hur fungerar en kompass?

Kompassens nordände pekar alltid mot den magnetiska sydpolen. Sedan är det lite lurigt eftersom jordens nordpol är den magnetiska sydpolen och jordens sydpol är den magnetiska nordpolen. Därför pekar en kompass alltid mot norr (den magnetiska sydpolen). 

Inklination och deklinationDäremot ligger inte den geografiska nordpolen och den magnetiska sydpolen inte på samma ställe. Den skillnad i riktning som finns mellan den geografiska nordpolen och magnetiska sydpolen kallas deklination. Deklinationen varierar över jordklotet. 

Inklinationen är den vilken i vilken flödeslinjerna skär jordytan. Inklinationen är som lägst vid ekvatorn där flödeslinjerna går nära på parallellt med jordytan. Kom ihåg att inklinationen varierar den över jordklotet. 

 

5. Hur fungerar magnetfält kring en ledare?

En strömförande ledare blir en magnet då ström passerar genom ledaren. En lättrörlig magnet som placeras vid en strömförande ledare kommer att påverkas av en kraft. Alltså måste en strömförande ledare uppföras som en magnet. Det finns alltså ett samband mellan elektricitet och magnetism. En strömförande ledare blir en elektromagnet då ström passerar genom ledaren.

Magnetfältets riktning beror på strömmens riktning. Med hjälp av tumregeln kan man därför lista ut dess riktning. Genom att placera tummen på högerhanden i strömmens riktning visar fingrarna riktningen på magnetfältet. TIPS se detta klippet som förklarar högerhandsregeln. 

Storleken på den magnetiska flödestätheten kring en strömförande ledare kan räknas ut med formeln: 

 

6. Hur uppstår magnetisk kraftverkan på strömförande ledare?

En strömförande ledare som befinner sig i ett magnetiskt fält kommer påverkas av en kraft. Storleken på kraften beror på flödestätheten där ledaren befinner sig, strömstyrkan i ledaren och ledarens längd. Riktningen på kraften räknas ut genom F = BIl (kraften = flödestätheten x strömen x längden på ledaren) och fås genom högerhandsregeln FBI.

I FBI motsvarar kraften långfingret, flödestätheten pekfingret och strömmen magnetisk kraftverkan på strömförande ledaretummen. VIKTIGT att komma ihåg är att flödestätheten inte fås från ledarens magnetfält utan den andra ledarens/jordens magnetfält. Kom även ihåg att flödestätheten måste delas upp i den 90 tradiga komposten. 

magnetisk kraftverkan på strömförande ledare

Bilden visar vad som händer då de är två strömförande ledare. Magnetfälten kring ledarna kan beskrivas med fältlinje. Går de åt samma håll attraheras ledarna och de repellerar varandra om strömmen går åt motsatt håll.

 

7. Hur uppstår magnetisk kraftverkan på laddade partiklar?

 

 

8. Hur fungerar en spole?

Solenoid spole fysik 2

Bilden visar hur en solenoid spole ser ut.

En elektrisk ström som går genom en spole ger upphov till ett magnetfält (och tvärtom). Strömmen går alltid från nordpolen till sydpolen men inuti spolen går den från syd till nord. Det finns två typer av spolar: solenoida och platta. Magnetiska flödestätheten för olika typer av spolar finns i ditt formelblad.

En spole är en elektrisk ledningstråd som är lindad i en spiral. Det kan vara kring en stav av järn eller något annat. Om en järnkärna placeras i spolen då en ström går i den kommer flödestätheten bli mycket större.

 

9. Vad är ett elektriskt fält och hur uppstår ett elektriskt fält?

Ett elektriskt fält uppkommer mellan två laddade partiklar. Det elektriska fältet är riktat som en positiv partikel skulle färdas i fältet (från plus till minus). I ett homogent elektriskt fält är fältlinjerna parallella. 

 

10. Hur uppstår kraftverkan på laddade partiklar i elektriska fält?

Kraftverkan på laddade partiklar i ett elektriskt fält beräknas på samma sätt som en kaströrelse. Vox är konstant och endast Voy ändras. 

Kraftverkan på laddade partiklar i elektriskt fält

Kraftverkan på laddade partiklar i elektriskt fält. Elektronen böjs av mot plussidan i det elektriska fältet.

Tips: Beräkna spänningen först och  använd sedan sambandet att F = E*Q (laddningen är känd) samt E = U/d (E = elektrisk fältstyrka).

 

11. Hur rör sig laddade partiklar i ett magnetfält respektive i ett elektriskt fält?

Negativt laddade partiklar rör sig mot pluspolen i ett elektriskt fält medan positivt laddade partiklar rör sig mot minuspolen i ett elektriskt fält. 

I ett magnetiskt fält rör sig negativt laddade partiklar mot fältets riktning medan positivt laddade partiklar rör sig med fältets riktning i ett magnetiskt fält. 

 

12. Hur fungerar elmotorn?

Hur elmotorn fungerar

FBI ger kraftens riktning. Så länge den blåa cirkeln är i kontakt passerar en ström i kretsen vilket gör att det uppstår en magnetisk kraft. Efter 90 grader och sedan varje 180:de grad bryts strömmen vilket gör att den inte kommer bromsas av någon kraft. Det är gränsläget. Den blå strömförande ledare är uppdelad i två delar. Efter att den passerat gränsläget byter strömmen riktning vilket gör att den roterande “metallbiten” fortsätter att påverkas “positivt” (roterar i samma riktning). 

Se en två minuter lång yotubevideo som förklarar hur elmotorn fungerar

 

13. Hur fungerar masspektrometern?

En masspektrometer baseras på att laddade partiklar med olika massa böjs av olika mycket då det hamnar i ett elektromagnetiskt fält. Lättare joner påverkas i högre utsträckning än tyngre joner och böjs därför av mer.

De kan accelereras med ett slags hastighetsfilter så endast partiklar med rätt hastighet kommer igenom. Då ska kraften som orsakas av magnetfältet ska vara lika stor (men motriktad) den elektriska kraften. Alltså är: F(E)=F(B) => EQ = QvB <=> v = E/B. De partiklar som passerar rakt genom filtret har denna hastigheten, v. Partiklar med annan hastighet böjs av och tar sig inte genom filtret.

 

14. Vad är induktionslagen och faradays induktionslag?

Induktionslagen fysik 2

Då en ledare rör sig påverkas laddningar av en kraft på grund av magnetfältet. Då uppstår en laddningsskillnad i ledaren (elektroner rör sig mot ena änden vilket ger en positiv och en negativ ände). Vi får då ett elektriskt fält och en kraft från det elektriska fältet. F(E)=QvB och F(m)=EQ = e/l*Q (E = U/längden på ledaren där den inducerade spänningen e ersätter U) blir till slut lika stora. Det har alltså blivit en spänning över ledaren.

F(m)=F(E) <=> QvB = e/l*Q <=> e = lvB

Induktionslagen: Över en ledare med längden l som rör sig vinkelrät mot hastigheten v mot ett magnetfält med flödestätheten B induceras en spänning e: e = lvB

Faradays induktionslag: Faradays induktionslag innebär förenklat att storleken på spänningen som uppstår beror på hur snabbt magnetfältet ändras: e = (-) N * dIo/dt där N är antal varv i en spole och (-) kommer från Lenz lag.

Ett magnetfältet som ändras snabbt har därför en spänningen som är väldigt stor. 

 

15. Hur ska strömmen gå in och ut ur en galvanometer?

I en galvanometer ska strömmen gå in i plus och ut i minus. 

Det är på samma sätt som med ett batteri eftersom i ett batteri går strömmen också från plus (+) till minus (-). Kom ihåg att pluspolen är det långa strecket på batteriet. 

 

16. Vad är Lenz lag?

Om vi sluter en krets uppstår en inducerad ström. Ledaren fungerar som ett batteri. Det uppstår alltså en kraft på ledaren som är riktad åt vänster.

 Enligt Lenz lag har den inducerade strömmen en sådan riktning att den motverkar orsaken till sin egen uppkomst. 

 

17. Hur fungerar magnetiskt flöde?

Det magnetiska flödet beskriver den totala flödet av magnetiska kraftlinjer som “träffar” en given yta. Beräkna magnetiskt flöde genom att multiplicera flödestätheten med aren vinkelrät mod flödestätheten. 

A(vinkelrät)= A*cosα där vinkel a är vriden från det vinkelräta läget. Se bild nedan.

Magnetiskt flöde fysik 2

18. Hur fungerar en generator? Hur fungerar en transformator?