Årskurs: 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Elektricitet och magnetism

Det här experimentet visar hur bland annat en dörrklocka fungerar. En spole som det går ström genom bildar en elektromagnet med samma egenskaper som en stavmagnet. Spolen magnetiserar en järnspik, drar den till sig och pang/pling!

Material

• Tunn isolerad koppartråd, 10-12 meter.
• Ett rör av papp eller plast, 10-15 centimeter långt med ungefär 5 millimeter i diameter.
• Ett kraftigt batteri, 6 volt eller mer. Ett vanligt 1,5-voltsbatteri fungerar men förbrukas snabbt och kräver en spole med fler varv för att ge samma effekt. Ett enkelt spänningsaggregat, till exempel en bilbatteriladdare, fungerar också bra.
• Största möjliga spik som passar in i röret och som glider lätt.

Tillverka

Linda en spole med tråden så tätt som möjligt och använd så mycket av tråden som möjligt. Lämna båda trådändarna fria så att du kan skrapa av isoleringen och ansluta dem till batteriet.

Experimentet

Låt spiken sticka in en liten bit i spolen och anslut ett kort ögonblick spolen till batteriet. Om du har batteriet anslutet för länge förbrukar du batteriet och dessutom kan tråden bli ganska varm så du riskerar att bränna dig.

Spiken bör dras in i spolen. Skifta anslutningen till batteriet och gör om försöket men försök först gissa vad som kommer att hända denna gång.

Vad är det som händer?
En elektrisk laddning som rör sig skapar ett magnetiskt fält omkring sig. När det går ström genom en ledningstråd skapas alltså ett magnetfält runt tråden.

Magnetfältet blir starkare om många ledare samverkar. I en spole samverkar alla varven. Ju fler varv spolen består av desto starkare blir därför magneten.

En större strömstyrka ger också ett starkare magnetfält. Precis som en stavmagnet har den här elektromagneten en nord- och en sydände.

Eftersom elektronerna i en atom rör sig runt atomkärnan kan också varje enskild atom betraktas som en liten slinga med ström i. Atomen är därför också en liten magnet. I vanliga fall märks inte denna magnetism eftersom atomerna alla ligger i olika riktningar.

Tänk dig nu att du håller spiken intill sydändan av elektromagneten. De enskilda atomerna vill nu rikta in sig med nordänden vänd mot spolen och alla ligger alltså i samma riktning.

Dras in i spolen
Spiken blir nu magnetiserad med nordänden vänd mot spolens sydände. Eftersom olika magnetändar attraherar varandra kommer spiken att dras in i spolen. När strömriktningen ändras kommer spolens magnetändar att kastas om.

När man vet detta är det lätt att tro att spiken nu kommer att stötas bort från spolen. Men det händer inte. Istället dras spiken in i spolen - precis som förra gången.

Orsaken är att spolen påverkar spiken så att den magnetiseras ”på andra hållet". Spiken kommer därför alltid att dras in i spolen oavsett vilken riktning strömmen genom spolen har.

Högerhandsregeln
Vilken ända av spolen som blir nord- och sydända kan bestämmas med hjälp av den så kallade högerhandsregeln. Håll högerhandens fingrar runt spolen i den riktning som strömmen har. Strömriktningen är från plus till minus. Tummen kommer att peka i riktning mot nordändan. Nord- och sydändan kan också bestämmas med hjälp av en kompass.

Principen med en spole som ”suger i sig” en järnbit används i flera olika tillämpningar. Från dörrklockan där järnbiten dras in i spolen och slår till något som ger ifrån sig ett ljud, till flipperspel där principen används för att reglera armarna som skickar iväg kulorna. Även i en bil utnyttjas principen när startmotorn kopplas in.

Utvidga experimentet
Utvidga försöket genom att hålla spolen vertikalt istället för horisontellt. Prova med mindre spikar och med uträtade gem.

Tag bort spiken från spolen och prova om den i sin tur blivit magnetisk genom att försöka plocka upp gem med den. Om elektromagneten inte är tillräckligt stark kommer spiken inte att visa någon kvarvarande magnetism efter att strömmen kopplats bort. Använd därför så stor strömstyrka som möjligt när du magnetiserar spiken.

Magnetismen avtar
En magnetiserad spik kommer att behålla magnetismen en tid men värmerörelsen i materialet kommer så småningom göra att atomerna (småmagneterna) riktas åt alla håll igen så att spiken utåt sett inte längre är magnetisk.

Spiken kan avmagnetiseras snabbare om man tappar den några gånger mot en hård yta, till exempel ett cementgolv. Försök ta upp gem med den avmagnetiserade spiken.

(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)