Wat is een magnetisch veld?
Kort antwoord:
Een magnetisch veld is de toestand van de ruimte rond een magneet of een elektrische stroom, waardoor ijzer, andere magneten en bewegende ladingen daar een kracht ondervinden. Het heeft op elk punt een sterkte en een richting. De sterkte meet je in tesla: het aardveld is ongeveer 50 microtesla, aan het oppervlak van een neodymium magneet meet je 0,2 tot 0,5 tesla.
Waarom:
Een magnetisch veld ontstaat door bewegende lading: stroom door een draad, of de spin van elektronen die in een magneet allemaal dezelfde kant op staan. Het veld is er ook als er niets op reageert. Een kracht ontstaat pas als er iets in komt dat magnetisch is.
Een magnetisch veld zie je niet, maar je kunt het zichtbaar maken, meten en uitrekenen. Dit artikel legt uit waar het veld vandaan komt, hoe sterk het is in situaties die je kent en waarom een veld nog geen kracht is. Hoe het magnetisme in de magneet zelf ontstaat, is het onderwerp van hoe werkt een magneet.
Waar komt een magnetisch veld vandaan?
Er zijn twee bronnen, en in de kern zijn ze hetzelfde: bewegende elektrische lading.
Stroom. In 1820 zag Hans Christian Ørsted een kompasnaald uitslaan naast een draad waar stroom door liep. Dat was het eerste bewijs dat elektriciteit en magnetisme samenhangen. Rond een rechte draad is het veld B = μ₀ × I / (2π × r), met I de stroom en r de afstand tot de draad. Bij 10 ampère, ongeveer wat een waterkoker trekt, is het veld op 1 cm van de draad 0,2 millitesla: vier keer het aardveld. In een snoer lopen de heen- en terugstroom vlak naast elkaar, en hun velden heffen elkaar grotendeels op. Daarom wijkt een kompas naast een stekkerdoos nauwelijks uit.
Magneet. In een permanente magneet komt het veld van de elektronen zelf. Elk elektron heeft een spin die werkt als een piepklein magneetje. In ijzer, nikkel, kobalt en neodymiumlegeringen staan die spins over grote gebieden dezelfde kant op, en hun velden tellen op tot het veld dat je rond de magneet meet. Er loopt geen stroom die je kunt uitzetten, en daarom blijft dat veld bestaan.
Een veld zichtbaar maken
IJzervijlsel op een vel papier boven een magneet richt zich naar het veld en tekent de veldlijnen: dicht opeen bij de polen, wijder uiteen verder weg. Een kompas laat de richting van het veld op één punt zien. En met de gratis app phyphox van de RWTH Aachen lees je de magnetometer in je telefoon af, in microtesla. Die sensor is gemaakt voor velden ter grootte van het aardveld; leg er geen sterke magneet direct op. Hoe de vorm van een magneet het patroon van de veldlijnen bepaalt, zie je bij magnetische veldlijnen en magneetvorm.
Sterkte en richting
Een magnetisch veld heeft op elk punt een sterkte en een richting. Een kompasnaald draait mee met die richting; buiten een magneet loopt het veld van de noordpool naar de zuidpool. De sterkte geef je op als magnetische fluxdichtheid B, in tesla. In oudere productomschrijvingen staat nog gauss: 1 tesla is 10.000 gauss. Naast B bestaat de veldsterkte H, in ampère per meter. In lucht zijn de twee evenredig: 1 millitesla komt overeen met ongeveer 796 A/m. Wat B precies meet en waarom een gauss-waarde in een advertentie weinig zegt, staat in magnetische fluxdichtheid.
| Bron | Fluxdichtheid |
|---|---|
| Aardmagnetisch veld | 25 – 65 µT, in Nederland ongeveer 50 µT |
| Draad met 10 A, op 1 cm afstand | 0,2 mT |
| Schijfmagneet Ø 20 × 5 mm (N42), op 10 cm | 0,3 mT |
| Dezelfde schijf, op 1 cm | 81 mT |
| Dezelfde schijf, aan het oppervlak | 290 mT |
| MRI-scanner in een ziekenhuis | 1,5 – 3 T |
| Sterkste continue laboratoriummagneet | 45 T |
Hoe snel een veld afneemt
Ver van een magneet neemt het veld af met de derde macht van de afstand: twee keer zo ver weg is acht keer zo zwak. Dichtbij gaat het minder steil, omdat de magneet daar geen punt is maar een vlak. Rond een lange draad neemt het veld minder snel af: twee keer zo ver is twee keer zo zwak.
Voor de schijf van Ø 20 × 5 mm uit de tabel: 290 mT aan het oppervlak, 81 mT op 1 cm, 22 mT op 2 cm en 4 mT op 4 cm. Op ongeveer 18 cm is zijn veld even sterk als het aardveld, en op een halve meter is het nog zo'n 3 µT. Een kompas wijst daar weer vrijwel gewoon naar het noorden. De houdkracht zakt nog sneller dan het veld, omdat hij met het kwadraat van de fluxdichtheid meegaat; dat verband rekenen we door in magnetische veldsterkte en trekkracht.
Een veld is nog geen kracht
Het veld is er ook als er niets op reageert. Een kracht ontstaat pas als er iets in komt dat magnetisch is: ijzer, een andere magneet of een bewegende lading.
Voor ijzer en magneten telt bovendien hoe sterk het veld van plek tot plek verandert. Een paperclip wordt naar een magneet toe getrokken omdat het veld daar sterker is. Het aardveld draait een kompasnaald, maar trekt hem nergens naartoe: over de lengte van de naald is het veld overal even sterk, dus de krachten op beide polen heffen elkaar op.
Op een bewegende lading werkt een kracht loodrecht op het veld en op de bewegingsrichting, de lorentzkracht. Daarop draaien elektromotoren en trillen luidsprekers. Zo buigt het aardmagnetisch veld geladen deeltjes van de zon af naar de poolgebieden, waar ze het noorderlicht veroorzaken.
Is een magnetisch veld schadelijk?
Zonder implantaat is het veld van een gewone magneet geen gezondheidsrisico. De internationale commissie ICNIRP legt de grens voor het publiek bij 400 mT, voor elk deel van het lichaam. Het oppervlak van de schijf uit de tabel zit daar met 290 mT onder, en op een paar centimeter afstand is er nog maar een fractie van over. Voor beroepsmatige blootstelling, bijvoorbeeld bij MRI-personeel, ligt de grens voor hoofd en romp op 2 tesla.
Bij een pacemaker of ICD ligt de grens veel lager. ICNIRP noemt 0,5 mT als niveau waaronder geïmplanteerde apparaten niet worden verstoord. De schijf van Ø 20 × 5 mm komt op ongeveer 8 cm afstand onder die grens; grotere magneten pas veel verder weg. Welke afstand bij welke maat veilig is, zetten we op een rij in magneten bij een pacemaker, ICD of implantaat.
Bronnen
ICNIRP, Guidelines on limits of exposure to static magnetic fields (2009), met de grens van 400 mT voor het publiek, 2 T voor beroepsmatige blootstelling en 0,5 mT voor implantaten. kopie via mriquestions.com
U.S. National Science Foundation, MagLab makes magic with magnets, over de 45-tesla hybride magneet en de sterkte van het aardveld. nsf.gov
Veldwaarden van de schijfmagneet berekend voor N42 met een remanentie van 1,3 T, op de as van de pool. Het veld rond de draad volgt uit B = μ₀ × I / (2π × r).
Verder lezen over velden en kracht
Magneet: werking, houdkracht en welke je nodig hebt
Waar een magneet op werkt, waarom de kracht tegenvalt en hoe je de juiste kiest.
Lees verder →Luchtspleet bij magneten
Waarom een paar tienden van een millimeter tussen magneet en staal zoveel kracht kosten.
Lees verder →Welke metalen zijn magnetisch?
Welke metalen wel reageren, en waarom aluminium, koper en veel soorten roestvast staal niet.
Lees verder →Hysterese en remanentie
Waarom een magneet zijn magnetisme houdt nadat het magnetiserende veld weg is.
Lees verder →De toestand van de ruimte rond een magneet of stroom, waardoor magnetische materialen en bewegende ladingen er een kracht ondervinden. Heeft op elk punt een sterkte en een richting.
Tesla (T)
De eenheid van magnetische fluxdichtheid. Het aardveld is ongeveer 50 microtesla, het oppervlak van een neodymium magneet enkele honderden millitesla.
Veldsterkte (H)
Een tweede grootheid voor het magnetisch veld, in ampère per meter. In lucht is H evenredig met B.
Lorentzkracht
De kracht op een bewegende elektrische lading in een magnetisch veld, loodrecht op het veld en op de bewegingsrichting. De basis van elektromotoren en luidsprekers.
Hans Huizenga
Oprichter van specialistische webshop MagneetjesWinkel.nl met fysieke winkel in Ede.
Laatst bijgewerkt: 14 oktober 2026