VViten Magnetisme TIPS Finn stenderne, fest skjermen [Magnet hjelper deg] Flat-TV på gipsvegg kan ende i katastrofe. Derfor: Fest TV-en i veggens trestolper, kalt stendere. Slik gjør du: 1. Heng en magnet i en tråd. 2. Dra den oppover første stender i enden av veggen. 3. Stopp når magneten reagerer ved skruen i stenderen. 4. Finn de andre stenderne, normalt med 60 cm mellomrom. EKSPERIMENT Frosk i svevet [Magnetiske dyr] Lag ditt eget magnetiske kompass I Jordens indre er det store mengder jern som gjør kloden til en gigantisk magnet. Denne jord-magneten har én ende ved Nordpolen og én ved Sydpolen. En liten magnet som flyter fritt i vann på jordoverflaten, vil derfor alltid peke sin nordpol omtrent mot jordens geografiske nordpol. Denne oppdagelsen muliggjorde spektakulære sjøreiser. Trodde du at dyr og mennesker ikke kunne sveve? Tro om igjen. Nyheten fra 1997 kunne først virke som en aprilspøk, eller et tryllenummer fra en dyktig illusjonist. Men de engelske og nederlandske forskerne hadde faktisk klart det, kun ved hjelp av en kraftig magnet, å få en frosk til å sveve i løse luften. Magnetfeltet de skapte, var sterkt rundt ti ganger sterkere enn det man finner i en typisk MR-maskin, og ble også brukt til å få planter, gresshopper og fisk til å sveve. Hvis du har en stor nok magnet, kan du få et menneske til å sveve, uttalte Peter Main, en av forskerne. Siden, i 2009, har andre forskere også klart å løfte mus, som er nærere mennesket biologisk. Forklaringen? Det kraftige magnetfeltet forvrengte banene til elektronene i froskens atomer, og den elektriske strømmen som fulgte, skapte et magnetfelt i motsatt retning av den kraftige magneten. Og om dette sier deg lite, kan du trøste deg med at det holder lenge å vite at forskere faktisk har klart å få en frosk til å sveve. Helt til den klarte å komme seg ut av magnetfeltet, tilsynelatende uten varige mén fra lufteturen. Per Magnus Riseng =bc [Dette trenger du] En magnet. En nål eller for eksempel en binders. En skive av isopor eller kork som du kan skjære ut i en båtform. Skål eller lignende med vann. =bd [Gjør nålen om til en magnet] Stryk magnetens ene pol langs nålen fra nåløyet til spiss 10-20 ganger. Nål =bd Kilde: Store norske leksikon. Illustrasjoner: Terje Tønnessen, N S Geografisk ekvator Magnetisk ekvator =bf [Jordens magnetfelt] Den magnetiske polen som finnes nær Nordpolen er en magnetisk sydpol, ettersom en magnetisk nordpol dras mot den. Av samme grunn Jordens magnetiske nordpol ved Sydpolen. I daglig tale mener man imidlertid magnetpolen ved Nordpolen når man snakker om den magnetiske nordpolen og magnetpolen ved Sydpolen når man snakker om den magnetiske sydpolen. å magasinet/aftenposten =be =be [Båten på vannet] Plasser båten på vannet i skålen og legg nålen på langs på den, som vist på fig. 3. Nålen og båten vil etterhvert dreie og peke mot nord. Magnetisk sør Geografisk nord =bf Magnetisk nord Geografisk sør 12. september 2014 a-magasinet 43
VViten Fysikk Kvantemekanikk Magneter Verdens mest tiltrekkende De henger på kjøleskap, redder liv og viser veien for eventyrere. Nå kan en norsk magnet skape nye bølger. TEKST Per Magnus Riseng FOTO Tom A. Kolstad Noen av livets avgjørende valg tar vi fordi vi trekkes i en bestemt retning mot et yrke, et sted, et menneske. Andre ganger er det tilfeldighetene som drar oss inn. Som da Arne Skjeltorp var ute og gikk på ski i Jotunheimen en dag midt på 60-tallet. Tilfeldigvis krysset han spor med en annen mann, og de to kom i prat. Skjeltorp forklarte at han nylig hadde fullført studiene ved NTH i Trondheim, der han hadde tatt en sivilingeniør-grad i fysikk. Og sporet videre i livet? Det hadde ikke Skjeltorp staket ut ennå, men han kom vel til å ende opp som ingeniør av et slag. AMERIKA. Neinei, du må reise til Amerika! sa mannen. Han fortalte at han hadde jobbet med forskning i USA, hos en nobelprisvinner, og anbefalte den fremmede om å gjøre det samme. Det var nok til å overbevise Skjeltorp. Kort tid etter satt han på Amerika-flyet. Hadde jeg stått opp ett minutt senere den morgenen, hadde jeg ikke dratt til USA, sier han. Skjeltorp endte opp på Yale University, der han tok en doktorgrad om faseoverganger, om hvordan stoffer endres mellom magnetiske og umagnetiske tilstander. En livslang dragning mot magneter hadde begynt. SNURREBASS OG WIENERVALS. I dag har Skjeltorp kunnskaper om magneter som få andre nordmenn kan matche. Han kan fortelle hvordan en vanlig bil inneholder opp mot 150 magnetiske komponenter. Han kan forklare deg hvordan slike krefter finnes overalt, fra vår lille hjernes svake magnetfelt, til strømgeneratorer, til verdens største magnet, Jorden selv, som får kompassnåler til å peke nordover og samler nordlys over polene. Han kan vise deg, og gladelig demonstrere, sitt eget hjertebarn, som meget mulig er verdens kraftigste magnet. Men først er det én ting selv Arne Skjeltorp ikke synes er spesielt enkelt å forklare, et spørsmål så grunnleggende og likevel så komplisert: Hvordan kan et stoff være magnetisk? Han gjør et forsøk: Se for deg snurrebasser på et bord. Hvis de spinner fort rundt, vil pinnen i midten peke i samme retning. Hvis du går inn i en materie, har du atomer med elektroner. Elektronene der er som små snurrebasser som snurrer rundt sin egen akse, sier Skjeltorp. Elektronene opptrer vanligvis to og to, sier han, de snurrer hver sin vei, omtrent som et par i wienervals. Dermed nøytraliserer de hverandre, og stoffet blir umagnetisk. Men hos noen stoffer, som jern, finnes elektroner som ikke har en partner. Hvis alle elektronene snurrer i takt, i samme retning, så har du en magnet, sier Skjeltorp. Andre former for magnetisme finnes også, og det er laget flere forklaringer, noen enkle og 44 a-magasinet 12. september 2014
Effektiv. I motsetning til en vanlig magnet kan magneten til Arne Skjeltorp og kollegene effektivt suge til seg alle bindersene i boksen. Og det skjer fort. 12. september 2014 a-magasinet 45
STYRKE VS. KRAFT [En presisering] «Kraftig» og «sterk» er kanskje synonymer, men ikke i magnetenes verden. «Styrken» angir størrelsen på det magnetiske feltet som kommer ut fra en magnet. Denne måles rett utenfor magnetens nordpol eller sydpol. «Kraften» en magnet kan ha på et magnetisk legeme i nærheten av seg, er derimot gitt av styrken på magneten kombinert med hvor fort magnetfeltet avtar fra overflaten. En sterk magnet trenger altså ikke være kraftig, dersom magnetfeltet avtar raskt. MAGNETER OG DERES STYRKE [Målt i tesla] 1 5 10-11 Menneskehjernens magnetfelt. 2 10-5 Klodens magnetfelt ved ekvator 3 0,3-1,5 Vanlig styrke på en MR-maskin. 6 16 Styrken brukt til å heise en frosk opp i luften. 10-3 Høyeste magnetfelt en pacemaker bør utsettes for. 45 Sterkeste kontinuerlige magnetfelt skapt i et laboratorium. 100,75 Sterkeste pulserende magnetiske felt skapt i et laboratorium uten å ødelegge utstyret. 730 Sterkeste pulserende magnetiske felt skapt i et laboratorium. Forsøket ødela utstyret, men ikke selve laboratoriet. 4 46 a-magasinet 12. september 2014 10-3 Styrken på en typisk kjøleskapsmagnet 10 9 Styrken til en magnetar (en type nøytronstjerne), hittil det mest magnetiske objektet funnet i universet. Plassert halvveis mellom oss og månen vil en magnetar kunne ødelegge magnetstripene til alle bankkort på Jorden.
Viten Kvantemekanikk V mange kompliserte. (Store Norske Leksikon: «Inne i et stoff skyldes den magnetiske flukstettheten dels den magnetiske feltstyrken fra ladninger og magneter i omgivelsene, dels skyldes den elektronbevegelsen i stoffet.») Magneter kan virke smått magiske der de, uten kontakt, skyver på gjenstander eller trekker dem fra seg. Men kanskje viktigere enn hvordan de fungerer, er hvordan de brukes. MAGNETISK UNIVERS. Antikkens grekere var de første som beskrev magnetisme. Filosofen Thales fra Milet la i år 600 f.kr. merke til hvordan magnetjernsteiner kunne tiltrekke seg jern. Thales mistenkte at disse steinene var i besittelse av en sjel, og stort nærmere en forklaring på den mystiske tiltrekningskraften kom man ikke på en stund. Ideen om å bruke magnetjernsteiner som kompass til navigasjon ble først omtalt mot slutten av 1000-tallet, hos kinesiske sjømenn. Siden ble kompasset brukt under ikke helt ubetydelige sjøreiser foretatt av Vasco da Gama og Christopher Columbus. Mange år senere skulle en liten gutt ved navn Albert la seg fascinere av et kompass han fikk av sin far. «Jeg kan fortsatt huske hvordan denne opplevelsen gjorde et dypt og varig inntrykk på meg», skrev Einstein som gammel mann. På 1800-tallet oppdaget vitenskapsmenn at elektrisitet kunne skape magnetisme, og omvendt. Der du finner den ene, finnes gjerne den andre, som i generatorer eller elektromagneter. Sistnevnte er magneter som magnetiseres ved hjelp av elektrisk strøm, og dermed kan slås av og på, og som kan oppnå svært kraftige magnetfelt. Dette gir magneter sterke nok til å sortere ut jern blant annet avfall, løfte biler og til og med dyr. I Japan og Kina kjøres flere såkalte maglev-tog (maglev står for magnetisk levitasjon), som ved hjelp av magnetfelt svever noen få millimeter over bakken, friksjonsfritt, og på den måten kommer opp i svært høye hastigheter uavhengig av vær og føre. I den mer hverdagslige delen av magnetenes univers befinner danske Mia Mosha seg. Det hun kaller «magneteventyret», startet i 2007, da søsteren ga henne en magnetlomme til bilder. Mosha, som drev en barnebutikk, begynte å selge lommene i butikken. Det gikk såpass bra, sier hun, at hun solgte barneklær-butikken og startet en dedikert magnet-nettbutikk, som nå har fire ansatte og i fjor solgte mer enn to millioner magneter til skandinaviske kunder. Det mest fascinerende med magneter er nok hvordan vi hver dag blir overrasket over hva de kan brukes til. Vi får mange morsomme og rare henvendelser, sier hun i en epost, og nevner magneter brukt av tryllekunstnere, til å feste kameraer eller lage kunstinstallasjoner. En kunde mistet nøklene sine i motoren på en truck og måtte bruke en ringmagnet til å fiske dem opp. En jeger ville ha en kraftig magnet til å feste på skjeftet, slik at tomhylsene samlet seg automatisk. Frastøtende. Denne innretningen viser den voldsomme frastøtende kraften til den nye magneten. Lagt riktig er to stykker sterke nok til å holde Skjeltorps vekt. REDNING MED RISIKO. Men magneter spiller også en stor rolle i livreddende aktiviteter. Asta Håberg er professor i nevromedisin ved NTNU i Trondheim, og leder Nasjonal kompetansetjeneste for funksjonell MR. Hun har lang erfaring med MR-maskiner, som ved hjelp av radiobølger og kraftige magnetfelt tegner et bilde av landskapet under huden vår, finner svulster og avdekker hjertefeil. Den offisielle måleenheten for magnetfelt er tesla. En typisk MR-maskin har et magnetfelt på 1,5 til 3 tesla 150 til 300 ganger sterkere enn en kraftig kjøleskapsmagnet. Det er ikke alltid uproblematisk. Piercinger, tatoveringer og pacemakere krever alle sine forholdsregler før de blir med inn i en MR-maskin. TATOVERING. Det varierende magnetfeltet kan føre til oppvarming av for eksempel tatoveringer, fordi det er noen metaller i tatoveringsfargen som kan påvirkes. Det kan gi forbrenning. Dette har skjedd ved norske sykeshus og i utlandet, sier Håberg. Likevel er det sakser, oksygentanker og andre større eller skarpe magnetiske objekter som utgjør den største faren dersom de kommer for nær en MR-maskin. Da blir kreftene på objektet så store at en person ikke klarer å holde det igjen, og det vil fare rett inn i magnetåpningen og eventuelt skade personen som ligger der, sier Håberg. Det var dette som skjedde på et sykehus i New York i 2001. En seks år gammel gutt skulle ta en MR-test, og noen hadde glemt igjen en oksygenflaske i rommet. MR-maskinen ble skrudd på, og flasken, på størrelse med et brannslukningapparat, fløy gjennom rommet med en fart på mellom seks og ni meter i sekundet, traff gutten i hodet og drepte ham. VERDENS KRAFTIGSTE? Jeg har fått noen blodblemmer og sånt. Hvis du får fingrene mellom disse to, så blir de nok bortimot knust, sier Arne Skjeltorp, før han modererer seg noe. Kanskje ikke knust, men du får i hvert fall kraftige blåmerker. Han snakker om magneten han har vært med på å utvikle, antagelig den kraftigste i verden. Kort forklart består den av to magneter med motsatt magnetisering som er kortsluttet i bunnen og toppen. Magnetfeltet slipper ut gjennom en smal spalte. Den er selvsagt ikke like sterk som magneter i for eksempel MR-maskiner, men kraften den har på et magnetisk partikkel som kommer nær nok, er uhyre sterk. Skjeltorp illustrerer dette ved å ta fram en eske full av binderser og en klassisk hestesko-magnet. Han dypper hesteskoen i boksen, og rundt ti binderser hekter seg fast. Så tar han frem sin magnet. Idet den er et par centimeter over bindersene, flyr de momentant opp, alle i boksen. Skjeltorp er nå en del av et nystartet selskap, Giamag, som skal forsøke å markedsføre magneten til næringslivet. Ettersom han har flere patentsøknader under utarbeidelse, vil han ikke si for mye om nøyaktig hva de planlegger å bruke den til, men gruve-, bil- og petroleumsindustrien er alle aktuelle. Det er ikke enkelt å slå seg inn med noe sånt. Men hvis man har en enkel anordning som denne magneten er, så kan det være mange bruksområder, sier Skjeltorp, nå 73 år gammel og et levende eksempel på magnetenes vedvarende tiltrekningskraft. = kilder: store norske leksikon, explainthatstuff.com, florida state university 12. september 2014 a-magasinet 47