Elektromagneten
Een spoel met 200 windingen over 10 cm en stroom 2 A maakt binnenin ongeveer 5 mT: circa 100 keer het aardmagnetisch veld.
Een elektrische stroom maakt een magnetisch veld
In 1820 merkte de Deense wetenschapper Hans Christian Oersted dat een kompasnaald bewoog wanneer stroom door een nabije draad liep. Dat was het eerste duidelijke teken dat elektriciteit en magnetisme samenhangen. Breng je met kompassen het veld rond een lange rechte draad in kaart, dan blijken de lijnen cirkels rond de draad te vormen. Hun richting volgt OpenStax’ rechterhandregel 2: wijs met je rechterduim in de richting van de stroom, dan krullen je vingers in de richting waarin het veld rond de draad gaat.
De sterkte neemt af met de afstand: B = μ₀ I ÷ (2π r), met r de afstand tot de draad. De constante μ₀ is de permeabiliteit van het vacuüm. Leerboeken schrijven het als 4π × 10⁻⁷ T·m/A. De huidige NIST-waarde is 1.25663706127 × 10⁻⁶ N/A² en wijkt daar relatief minder dan één deel op een miljard van af. OpenStax vraagt welke stroom op 5.0 cm afstand tweemaal het aardmagnetisch veld geeft, 1.0 × 10⁻⁴ T. Het antwoord is I = 2π r B ÷ μ₀ = 25 A. Landmeters kennen dit effect: bovengrondse elektriciteitsleidingen kunnen hun kompasmetingen verstoren.
Spoelen maken sterke homogene velden
Buig de draad tot een lus en de magnetische velden van elk deel van die draad tellen in het midden op. Wikkel veel lussen tot een lange spoel, een solenoïde. Dan wordt het veld binnenin sterk en bijna homogeen, terwijl het vlak buiten de windingen vrijwel nul is. Binnen een lange solenoïde geldt B = μ₀ n I. Daarbij is n het aantal windingen per meter, oftewel N ÷ L. Meer windingen over dezelfde lengte, of een grotere stroom, zorgen voor een sterker magnetisch veld. Buiten de spoel heeft het veld dezelfde vorm als dat van een staafmagneet, met een noordelijk en een zuidelijk uiteinde.
Welk uiteinde is noord? Krom de vingers van je rechterhand rond de spoel in de stroomrichting door de windingen. Je duim wijst dan naar noord. Keer de stroom om en de polen wisselen. De labspoel is 10 cm lang. Met 200 windingen en 2 A is n = 2000 per meter en B = 1.2566 × 10⁻⁶ × 2000 × 2 = 5.03 × 10⁻³ T, ongeveer 5 mT. Dat is circa 100 keer de 50 μT voor het aardmagnetisch veld. Het grote voorbeeld van OpenStax is een solenoïde van 2.00 m met 2000 windingen en een stroom van 1600 A: n = 1000 per meter en B = 2.01 T, de sterkte van een MRI-magneet. Gewoon koper zou bij zo’n stroom oververhit raken. Daarom gebruiken MRI-scanners supergeleidende spoelen.
Sleep om te draaien. Scroll of knijp om te zoomen.
IJzeren kernen en toepassingen van elektromagneten
Plaats een ijzeren kern in de spoel. Het veld van de stroom richt de domeinen van het ijzer, dat zelf magnetisch wordt en zijn veld aan dat van de spoel toevoegt. Voor sterke magnetische effecten krijgen elektromagneten ferromagnetische kernen. Anders dan een permanente magneet kun je een elektromagneet uitschakelen, sterker zetten of omkeren. Schrootkranen tillen er auto’s mee op en laten die los door de stroom te onderbreken. Deeltjesversnellers sturen er bundels mee; MRI-scanners plaatsen patiënten in een grote supergeleidende spoel. Spoelweerstand stelt een grens: bij te veel stroom raakt de draad oververhit.
| Oersted, 1820 | Een elektrische stroom laat een kompasnaald bewegen |
| Veld van een lange rechte draad | B = μ₀ I ÷ (2π r), cirkels rond de draad |
| Veld binnen een solenoïde | B = μ₀ n I, n = windingen per meter |
| μ₀ | 4π × 10⁻⁷ T·m/A ≈ 1.2566 × 10⁻⁶ |
| Welk spoeluiteinde is N? | Rechtervingers langs de stroom, de duim wijst naar N |
- Een stroom maakt een magnetisch veld (Oersted, 1820).
- Rond een lange rechte draad zijn veldlijnen cirkels; B = μ₀ I ÷ (2π r).
- Binnen een solenoïde geldt B = μ₀ n I. Meer windingen per meter of meer stroom geeft een sterker veld.
- De rechterhandgreepregel geeft het N-uiteinde; stroom omkeren verwisselt de polen.
- Een ijzeren kern maakt een elektromagneet veel sterker.
- Wie zag in 1820 als eerste dat stroom een kompasnaald afbuigt?
- Hans Christian Oersted
- Michael Faraday
- William Gilbert
- Isaac Newton
- De veldlijnen rond een lange rechte draad zijn:
- Cirkels rond de draad
- Rechte lijnen langs de draad
- Rechte lijnen van de draad af
- Er is geen veld
- Wat is het veld op 5.0 cm van een lange draad met 25 A, in eenheden van 10⁻⁴ T? (μ₀ = 4π × 10⁻⁷)
- Labspoel: 200 windingen, 0.10 m lang, stroom 2 A. Wat is het veld binnenin in mT? (twee decimalen)
- Hoeveel windingen per meter heeft een spoel van 2.00 m met 2000 windingen?
- Door die solenoïde loopt 1600 A. Wat is het veld binnenin in tesla? (twee decimalen)
- Je verdubbelt zowel het aantal windingen als de stroom van een spoel met vaste lengte. Het veld wordt:
- 4 keer sterker
- 2 keer sterker
- Gelijk
- 8 keer sterker
- Je keert de stroom in een elektromagneet om. Wat gebeurt er?
- Het N- en het S-uiteinde wisselen
- Hij houdt op een magneet te zijn
- Hij wordt tweemaal zo sterk
- Niets verandert
- Waarom gebruiken schrootkranen elektromagneten in plaats van permanente magneten?
- Ze kunnen worden uitgeschakeld om de last te laten vallen
- Ze zijn lichter dan lucht
- Ze trekken aluminium aan
- Ze hebben geen elektriciteit nodig
- Een ijzeren kern aan een spoel toevoegen:
- Maakt het veld veel sterker
- Heft het veld op
- Verwisselt de polen
- Stopt de stroom
Bronnen van deze cursus (16)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
- 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
- 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
- 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
- 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
- 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
- NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
- NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
- 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
- inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
- north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
- last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
- NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
- NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
- USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
- APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.
Geraadpleegd: 2026-10-17