Hvorfor opstår et magnetfelt?

Hej Spørg om Fysik
Nu har jeg længe prøvet at finde et svar på dette spørgsmål, som er meget simpelt, men det er svaret nok ikke. Hvorfor opstår der et magnetfelt om en ledning når der sendes strøm igennem? Har det noget med elektronernes bevægelse at gøre eller lignende?

Dette har jeg længe undret mig over, og jeg ser meget frem til svar.

Med venlig hilsen
T M

Når der går en strøm, det kan være elektroner der bevæger sig eller ioner, opstår der et magnetfelt omkring strømmen. Går strømmen i en metalledning er det elektroner, der bevæger sig.

Magnetfeltet omkring en strøm er cylinderformet og styrken aftager med kvadratet på afstanden fra ledningen. Det er altså de bevægede ladninger, som fremkalder magnetfeltet. Det er ikke simpelt at give en forklaring hvorfor, se nedenfor. Den elektromagnetiske kraft er en stærk naturkraft og en af de 4 fundamentale naturkræfter.

Til vores forståelse af elektriske fænomener har der igennem tiderne medvirket en lang række videnskabsmænd, nogle af dem er:

Hans Christian Ørsted (Dk, 1777 - 1851) var professor i fysik og kemi på Københavns Universitet og opdagede i 1820, at der var et magnetfelt omkring en elektrisk strøm, idet han konstaterede, at en magnetnål slog ud, når den var i

nærheden af en strømførende ledning. Han var ikke den første der gjorde opdagelsen, men han publicerede den og blev kendt internationalt for den, og tilskrives derfor opdagelsen af magnetfeltet.

Michael Faraday(GB, 1791 - 1867), byggede i 1821 efter Ørsteds opdagelse elektromotorer og generatorer og opdagede i 1831 den elektriske induktion, dvs. at ændringer i et magnetfelt fremkalder strømme i lederkredsløb, der er i det magnetfelt, som ændres.

 

(F, 1774 – 1862) og Félix Savart (F, 1791-1841) opstillede i 1820 deres lov, som beskriver magnetfeltets styrke som funktion af strømmen og afstanden fra ledningen.

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta(I, 1745 - 1827) fandt i år 1800 på Voltasøjlen, et simpelt batteri bestående af plader skiftevis af zink og kobber med filtrerpapir vædet i svovlsyre imellem. Vores spændingsenhed, volt, er opkaldt efter ham.

 

André-Marie Ampère (F, 1775–1836) indførte begrebet strøm, som kraften imellem to ledere med strøm igennem i 1820 få uger efter Ørsteds publikation, og har givet navn til strømmen.

Georg Simon Ohm(D, 1789 – 1854) fandt i 1827 Ohms lov som forbinder spænding og strøm.

James Clerk Maxwell (Scotland, 1831 – 1879) samlede fra 1855 til 1862 den viden, som var skabt af de ovenstående og utallige andre, og publicerede om emnet. Dermed samlede han den viden, der var om elektriske og magnetiske forhold sammen. Han forenede denne viden i en form, som i dag skrives som 4 differentiale vektorligninger, og som beskriver alle overordnede dele af elektricitetslæren og magnetismelæren. Disse Maxwellske ligninger publiceredes i: A Treatise on Electricity and Magnetismfra 1873.

Ligningerne indeholder ikke stofkonstanter, så for at kunne bruge ligningerne til beskrivelse af alle elektriske forhold, skal man også have kendskab til stoffers modstand, magnetiske egenskaber, egenskaber i elektriske felter mm.

Ligningerne viste overraskende, at det skulle være muligt at sende elektromagnetiske bølger, som resultat af accelererede ladninger, og dette blev bevist ved forsøg af Heinrich Rudolf Hertz (D, 1857 – 1894) i 1886 til 1888 ved en række forsøg. Han sendte dog kun ca. 10-20 m, men det var et afgørende bevis på Maxwells teoriers holdbarhed. Om elektromagnetiske bølger se:

• Et par spørgsmål om lys og lyd >>
• Lys - elektromagnetiske bølger >>

Desværre er Maxwells ligninger matematisk komplekse at arbejde med, så det er næppe muligt at give detaljerede forklaringer på elektriske fænomener ud fra disse ligninger i disse spalter, så det ville være forståeligt. 

 

Med venlig hilsen
Malte Olsen