Hoe werkt een magneet?

Magneten lijken eenvoudige voorwerpen, maar achter hun kracht schuilt een helder natuurkundig proces. De werking van een magneet ontstaat door de manier waarop elektronen zich in een materiaal gedragen en hoe deze samen een magnetisch veld vormen. In dit artikel leggen we stap voor stap uit hoe magneten hun kracht krijgen, waarom sommige materialen magnetisch zijn en hoe een magnetisch veld zich gedraagt.

Voor een basisuitleg over wat een magneet precies is verwijzen wij naar onze pagina Wat is een magneet?. Hieronder vind je de verdiepende technische uitleg.

Magnetische domeinen en elektronen-spin

In elk atoom bewegen elektronen rond de kern. Deze elektronen hebben een eigenschap die spin wordt genoemd en deze spin zorgt voor kleine magnetische veldjes. In de meeste materialen heffen al deze veldjes elkaar op. In ferromagnetische materialen, zoals neodymium, ijzer en nikkel, staan veel van deze spins juist in dezelfde richting. Deze kleine gebiedjes noemen we magnetische domeinen. Wanneer deze domeinen netjes uitgelijnd zijn, ontstaat een sterke permanente magneet.

Noord- en zuidpool

Elke magneet heeft twee polen: een noordpool en een zuidpool. Tegengestelde polen trekken elkaar aan en gelijke polen stoten elkaar af. De magnetische veldlijnen lopen altijd van noord naar zuid. Wanneer een magneet doormidden breekt ontstaan geen ‘losse polen’, maar twee nieuwe magneten die elk opnieuw een noord- en zuidpool hebben. Meer over de richting waarin magneten worden geladen lees je op onze pagina Magnetiseringsrichting.

Het magnetisch veld zichtbaar maken

Het magnetisch veld is het gebied rond een magneet waarin de magnetische kracht werkt. Het veld zelf is onzichtbaar, maar kan zichtbaar worden gemaakt door ijzervijlsel te strooien op een papiertje boven een magneet. De metaaldeeltjes volgen de veldlijnen en laten zo de structuur van het magnetisch veld zien. Waar de deeltjes dichter op elkaar liggen is het veld sterker. Deze veldsterkte wordt uitgedrukt in Tesla of Gauss.

Waarom sommige materialen magnetisch zijn

Materialen reageren verschillend op magnetisme. Ferromagnetische materialen, zoals neodymium, ijzer en kobalt, kunnen blijvend magnetisch worden omdat hun magnetische domeinen zich uitlijnen. Paramagnetische materialen, zoals aluminium, reageren zwak en alleen in de buurt van een extern veld. Diamagnetische materialen, zoals koper, worden juist licht afgestoten. Daarom kleven de meeste metalen niet aan een magneet. Op onze pagina Soorten magneten lees je meer over materiaalverschillen.

Hoe magnetische kracht verandert met afstand

Magnetische kracht neemt sterk af naarmate de afstand toeneemt. Een kleine neodymium schijfmagneet kan op één millimeter afstand indrukwekkend sterk zijn, maar heeft op enkele centimeters vrijwel geen effect meer. Daarom is het belangrijk dat een magneet zo dicht mogelijk op het metaaloppervlak wordt geplaatst. Zoek je praktische uitleg over kracht en houdvermogen, bekijk dan onze pagina Hoe sterk moet een magneet zijn?.

De aarde als magneet

De aarde gedraagt zich als een enorme permanente magneet. In de buitenkern bewegen vloeibare metalen die elektrische stromen opwekken. Dat creëert het aardmagnetisch veld dat ons beschermt tegen schadelijke zonnestraling en dat verschijnselen zoals het noorderlicht veroorzaakt. De magnetische polen verschuiven langzaam in de tijd, maar dit heeft geen merkbare invloed op het dagelijks gebruik van magneten.

Soorten magneten: permanent versus elektromagneet

Permanente magneten, zoals neodymium en ferriet, behouden hun magnetische veld zonder energie. Elektromagneten werken alleen wanneer er elektrische stroom door een spoel loopt. Hierdoor worden elektromagneten gebruikt in techniek, motoren en schakelsystemen. Voor een overzicht van alle magneetmaterialen en eigenschappen kun je verder lezen op Soorten magneten.

Magnetisch gedrag in de praktijk

In de praktijk zie je magnetisch gedrag terug in de manier waarop magneten verschuiven, kantelen of zichzelf uitlijnen. Een magneet kan kracht verliezen door hoge temperaturen, sterke schokken of blootstelling aan een tegengesteld magnetisch veld. De maximale temperatuur en kracht worden vooral bepaald door de kwaliteit van het materiaal en de N-waarde, die we uitleggen op N-waarde bij neodymiummagneten.

Mini-definitieblok

Magnetisch domein: een gebiedje in een materiaal waarin de magnetische richting gelijk staat.
Noord- en zuidpool: de twee uiteinden van een magneet die elkaar aantrekken of afstoten.
Magnetisch veld: het gebied rond een magneet waarin magnetische kracht werkt.
Ferromagnetisme: materialen waarvan de domeinen uitlijnen en blijvend magnetisch kunnen worden.