5 Elektromagneten

Als een ferromagnetisch materiaal binnen in een doorstroomde spoel wordt gebracht, wordt dit materiaal ook magnetisch. De magneculen of gebieden van Weiss richten zich dan volgens de magnetische veldlijnen in de spoel. Het materiaal blijft magnetisch zolang er een stroom door de spoel loopt. Dergelijke magneten noemen we elektromagneten.

Proef

Maak zelf een elektromagneet. Dit kan je doen door een weekijzeren kern in een spoel te plaatsen en de spoel vervolgens aan te sluiten op een gelijkspanningsbron.

Je kan ook een heel eenvoudige versie van een elektromagneet maken door een koperdraad rond een nagel te wikkelen en vervolgens aan te sluiten op een batterij.

Elektromagneten worden in heel wat toepassingen gebruikt. Denk maar aan MRI-scanners, een relais, afvalsortering, een deurbel, luidsprekers of een koptelefoon. We bespreken enkele van deze voorbeelden.

5.1 MRI-scanner

MRI staat voor Magnetic Resonance Imaging, in het Nederlands wordt dat kernspintomografie (KST). MRI is een medische beeldvormingstechniek waarbij het lichaam en bepaalde lichaamsprocessen in beeld worden gebracht. De techniek bestaat reeds sinds de jaren ’80. Door middel van een sterk magneetveld en radiogolven worden organen in het lichaam zichtbaar gemaakt. Er komt dus geen ioniserende straling of röntgenstraling aan te pas. Deze techniek wordt in de geneeskunde gebruikt om een diagnose te stellen, maar ook om een ziekte, zoals kanker, op te volgen en dit zonder de patiënt bloot te stellen aan gevaarlijke straling. Een nadeel van dit soort scans is dat de patiënt relatief lang in een lange, nauwe tunnel moet liggen en veel lawaai ervaart, wat claustrofobisch kan werken.

Bij MRI’s worden sterke magneetvelden opgewekt, hiervoor gebruikt men elektromagneten.

5.2 Relais

Een relais is een schakelaar die door een elektromagneet bediend wordt. Via de QR-code kan je in een animatie zien hoe een relais werkt. De elektromagneet in een relais bestaat uit een spoel die rond een U-vormige kern zit. Bovenaan de U-vormige kern zit een plaatje weekijzer (het anker). Aan het anker is aan één kant een veer bevestigd. Als er geen stroom door de spoel loopt is de U-vormige kern niet magnetisch en trekt deze het anker dus niet aan. De veer trekt de ene kant van het anker dan naar beneden waardoor deze in de stand staat zoals weergegeven op de figuur hiernaast. Als we een stroom door de spoel laten lopen, dan wordt de U-vormige kern magnetische en trekt deze het anker aan. In de figuur zal de rechterkant van het anker dan naar beneden getrokken worden. Zo wordt de schakelaar aan- en uitgeschakeld.

5.3 Afvalsortering

De recyclagecyclus van afval kent veel verschillende sorteertechnieken. Eén daarvan maakt gebruik van elektromagneten om ferromagnetische materialen zoals ijzerwaren, stukken staal … van de rest van het afval te scheiden. Dit wordt magnetische scheiding genoemd.

Er bestaan verschillende types van magnetische scheiding, deze zijn allemaal op hetzelfde principe gebaseerd: ferromagnetische materialen worden aangetrokken tot de elektromagneet en worden zo gescheiden van ander afval. We bespreken hier één van deze types, namelijk de overbandmagneet

Een overbandmagneet (deze bevat de elektromagneten) bestaat uit een bewegende band die parallel of dwars over een transportband wordt geplaatst (op de afbeelding hiernaast staat de overbandmagneet dwars over de transportband). Het te scheiden afval wordt op de transportband gelegd en beweegt dus onder de overbandmagneet.

Ferromagnetische materialen op de transportband worden aangetrokken tot de overbandmagneet, terwijl nietmagnetische materialen op de transportband blijven liggen. De overbandmagneet verplaatst dan de ferromagnetische materialen tot een punt waar ze niet langer door de overbandmagneet worden aangetrokken en ze van de magneet afvallen.

5.4 Deurbel

Het geluid van een typische deurbel kennen we allemaal. Bijzonder is dat het een Belg was, namelijk Polydoor Lippens, die in 1850 het trilmechanisme voor de elektrische bel, de trilschel, uitvond.

De bel werkt volgens een eenvoudig principe: het indrukken van de drukknop bekrachtigt een elektromagneet, een klepeltje wordt dan aangetrokken tot de magneet en slaat zo tegen een metalen schel. Hierdoor wordt het elektrisch contact verbroken waardoor de elektromagneet zijn magnetische eigenschappen verliest en het klepeltje weer loslaat. Deze cyclus herhaalt zich zolang de drukknop ingedrukt blijft, vandaar het trrrrring geluid.

5.5 Luidspreker

In een luidspreker wordt een elektrisch signaal van een audiosysteem omgezet in geluidsgolven die zich vervolgens door de lucht verplaatsen.

Een luidspreker bestaat meestal uit een trechtervormig frame met aan de voorzijde een papieren of kunststoffen vel. Deze trechter, afgesloten door het papieren of kunststoffen vel, noemen we de conus. Aan de achterzijde van de conus bevindt zich een sterke, permanente, ringvormige magneet. Daarnaast is er op de achterkant van de conus nog een spoel bevestigd die zich in de cirkelvormige opening van de ringvormige magneet bevindt. We noemen dit de spreekspoel. Wanneer er een stroom door deze spreekspoel loopt, ontstaat er een magneetveld dat interageert met het magneetveld van de permanente magneet (herinner je: gelijksoortige polen stoten elkaar af en ongelijksoortige polen trekken elkaar aan). Als de stroomzin door de spreekspoel omgedraaid wordt, dan draaien ook de polen van de elektromagneet om. Als de elektromagneet en de permanente magneet elkaar eerst aantrokken, dan zullen ze elkaar nu afstoten en omgekeerd. De spreekspoel beweegt zo heen en weer. Afhankelijk van de sterkte van het elektrisch signaal beweegt de spreekspoel meer of minder heen en weer. Aangezien de conus aan de spreekspoel is bevestigd, beweegt ook deze mee op het ritme van de spreekspoel. Hierdoor zullen de luchtmoleculen voor de conus beginnen trillen en ontstaan er geluidsgolven. We hebben dus een elektrisch signaal omgezet in een geluidsgolf die we kunnen horen met onze oren. Dergelijke luidsprekers werken volgens het magneto-dynamisch principe.

Via de QR-code kan je een filmpje bekijken dat de werking van een luidspreker eenvoudig uitlegt.