Rautainen vetovoima

25.10.2010

Vahvat neodyymimagneetit innostavat luonnontieteellisiin kokeisiin.

Paketista tulee esiin 216 puolukankokoista metallikuulaa, jotka on pinottu sievästi kuutioksi. Kuljetuksessa paketin yksi nurkka on nyrjähtänyt vinoon. Suoristusyritys saa kuulat pakkautumaan sekavaksi möykyksi. Kun yhden kuulan saa vedetyksi irti, möykky lähtee purkautumaan kuin villasukka.

Magneettikuulat ovat mainio älylelu. Pallot tarttuvat hanakasti kaikkeen rautaiseen. Niistä voi rakentaa ketjuja ja taideteoksia. Vahvoja neodyymiseoskuulia on myyty yleisölle vasta muutamia vuosia, kun hinnat ovat alentuneet patentin umpeutumisen myötä.

Kuulat asettuvat kauniiksi helminauhaksi – joka taas napsahtelee omia aikojaan silmukoiksi. Pallot ottavat aktiivisesti kontaktia toisiinsa, jääkaapin oveen, saksiin, kolikoihin ja verikivikoruihinkin. Magneetit lienevät jokaiselle tuttuja, mutta uudet vahvat neodyymiseoskuulat ovat hyvin vetovoimaisia. Niillä voi siksi tutustua magnetismiin ja geometriaan pintaa syvemmältä.

Neodyymi (Nd) on jaksollisen järjestelmän 60. alkuaine. Sitä käytetään paitsi magneeteissa myös lasin tummentamiseen hitsausmaskeissa, lasereissa ja hehkulankana. Kiina tuottaa valtaosan metallista.

pallon magneettikenttäKuulaketju on kuin sauvamagneetti etelä- ja pohjoisnapoineen, samoin yksittäinen kuula. Samanmerkkiset navat hylkivät toisiaan, erimerkkiset vetävät puoleensa.

Magneettikenttä kohdistaa rautaesineisiin eri paikoissa eri suuntaisen ja suuruisen voiman. Kentän saa näkyviin esimerkiksi liikuttamalla kompassia magneetin ympärillä.

Yksittäiset kuulat tuntevat vetoa toisiinsa jo viiden sentin päästä. Kuula hyppää ylöspäin kymmenisen senttiä tankoon, joka on koottu useasta samansuuntaisesta ketjusta.

Magneettikentän voimakkuutta mitataan tesloina. Maapallon navoilla se on 0,00006 ja päiväntasaajalla 0,00003 teslaa; tavallisessa jääkaappimagneetissa 0,1 teslaa. Tässä esitellyt neodyymikuulat ovat runsaan teslan vahvuisia. Romuttamossa käytetty iso sähkömagneetti voi vetää puoleensa 10 teslan voimalla.

Magneettikentän suuruus on kääntäen verrannollinen etäisyyden kuutioon eli pienenee tuhannesosaan matkan kymmenkertaistuessa. Kuulamuodostelman voimakkuutta voi arvioida mittaamalla, miten kaukana kompassi siihen reagoi.

Läpimitaltaan kahdeksanmillisen kuulan pinnassa magneettikenttä on kymmeniätuhansia kertoja voimakkaampi kuin maapallon oma kenttä. Kuutiosääntö merkitsee, että parinkymmenen sentin päässä kenttä on jo heikompi kuin maapallon. 216 = 6³ kuulan muodostelma väräyttää kompassin viisaria vielä yli metrin päässä, kun kuulien pohjoisnavat ovat samaan suuntaan.

Neodyymimagneetteja voi ostaa Internetin kautta. Nettikauppoja löytyy esimerkiksi hakusanoilla ”magneettikuula”, ”neodym magnet kugel”, ”neodymium magnet sphere” tai ”magnetic buckyball”.

Artikkeli kuvineen on julkaistu Helsingin Sanomien tiedesivun pääjuttuna 31.8.2010.

satulapinta

Säännöllinen seitsenkulmio ei pysy tasossa, vaan kipristyy satulamaiseksi kaarevaksi pinnaksi. Kuulat hieman hakevat paikkaansa magneettikentässä. Pinta voi siksi hajota ketjuiksi.

Möbiuksen nauha

Kuulaketjut voi rullata vaikkapa Möbiuksen nauhaksi. Nauhan pintaa tai reunaa seuratessa joutuu tekemään kaksi kierrosta ennen kuin pääsee takaisin lähtöpisteeseen. Jos ketjun laskee vapaasti lattialle, se asettuu lähes itsestään sieväksi rullaksi.

Ikosaedri

Kuulista voi rakentaa monenlaisia monitahokkaita. Tämä ontto ikosaedri on yllättävän vakaa. Se palautuu muotoonsa, vaikka sitä hiukan puristelisi.

KuulamattoKuutio

Kuution voi koota pinoamalla kuulamattoja päällekkäin. Kun vierekkäisten kuularivien magneettikentät ovat vastakkaissuuntaiset, kuulat asettuvat neliölliseen järjestykseen. Erisuuntaiset kentät kumoavat toisiaan, joten kuutiolla on vain heikko magneettikenttä.

Salmiakit kuusikulmiossa

Kun vierekkäisten kuularivien magneettikentät ovat samansuuntaiset, kuulat asettuvat kuusikulmaiseen järjestykseen kuin hunajakennoon. Kullakin kuulalla on kuusi vierustoveria. Kuulat istuvat silloin tiukemmin kuin neliömäisessä rakenteessa. Samansuuntaiset kentät vahvistavat toisiaan. Salmiakinmuotoisen kappaleen magneettikenttä on hyvin voimakas.

Avainsanat:

Yksi vastaus käyttäjälle “Rautainen vetovoima”

  1. Jari sanoo:

    nyt on avattu myös magneetteihin erikoistunut kauppa

    http://www.magneettikauppa.fi/