Magnetisme is een interessante kracht. Het kent vele toepassingen. Magneten komen in de natuur voor en je kunt magnetisme ook opwekken. Deze opdracht gaat over een van de toepassingen van magnetisme, de magneetzweeftrein.
Maak een tekening van een magneetzweeftrein, zwevend over zijn baan als een vogel.
Voor deze opdracht krijg je 1 lesuur de tijd. Maak deze opdracht alleen of met een klasgenoot.
Voordat je met je tekening aan de slag gaat moet je je eerst even laten inspireren zoals dat heet. Met andere woorden: je moet eerst op een goed idee komen, dus:
- Neem de bronnen goed door. Dan krijg je een idee over hoe magnetisme werkt.
- Maak je tekening van een magneetzweeftrein.
- Ben je klaar, geef dan je tekening aan je juf of meester.
Die gaat na of je tekening laat zien hoe magnetisme werkt.
Magnetisme is een aantrekkingskracht. Het werd al in de oudheid ontdekt in het kristal magnetiet. In dit kristal zitten allemaal kleine stukjes ijzer. Elk stukje ijzer oefent aantrekkingskracht uit, of te wel is magnetisch. Maar pas als alle stukjes ijzer dezelfde kant op wijzen, wordt het kristal een magneet. In een normaal ijzeren voorwerp zitten ook allemaal kleine stukjes ijzer, maar omdat elk stukje ijzer een eigen kant op wijst is er geen magnetisme. Dat is er wel als die stukjes wél allemaal dezelfde kant op wijzen.
Magnetiet
Je kunt ook ijzeren voorwerpen magnetisch maken door met een magneet langs het ijzeren voorwerp te gaan, totdat er veel ijzerdeeltjes dezelfde kant op zijn gaan staan in het ijzeren voorwerp. Je kan dit makkelijk zelf doen met bijvoorbeeld een schaar en een magneet. Ga met de magneet heel vaak langs de schaar in dezelfde richting. Op een gegeven moment wordt de schaar magnetisch, want de ijzerdeeltjes zijn dezelfde kant op gaan staan. De schaar blijft alleen niet voor altijd magnetisch, want de ijzerdeeltjes gaan elk weer een andere kant op staan op den duur.
Bij magnetiet blijven de kleine stukjes ijzer allemaal dezelfde kant op gericht.
Elke magneet heeft twee verschillende polen. Gelijke polen stoten elkaar af. Ongelijke polen worden door elkaar aangetrokken. Dit kan je zelf gemakkelijk ervaren door twee magneten bij elkaar te houden. Trekken de polen elkaar aan dan zijn het ongelijke polen. Stoten de polen elkaar af dan zijn het gelijke polen.
Als je elektrische stroom door een geleider, bijvoorbeeld een spijker, laat lopen wekt de stroom een magnetisch veld op. Zo krijg je een elektromagneet. Schakel je de stroom uit dan verdwijnt ook het magnetisme. Een elektromagneet kun je in- en uitschakelen wanneer je maar wilt.
Er bestaan verschillende soorten elektromagneten, van hele kleintjes die in luidsprekertjes zitten tot reusachtig grote die gebruikt worden om metalen uit een vuilnisbelt te halen.
Het is ook heel eenvoudig om er zelf één te maken die naalden, paperclips en spijkertjes kan optillen.
Wat heb je nodig?
- een gewone lange spijker (geen stalen spijker, die blijft magnetisch);
- een batterij van 4,5 volt;
- ongeveer 3 meter dunne elektrische draad (hoe meer draad, hoe sterker de magneet);
- speldjes, paperclips, ijzervijlsel of andere kleine metalen voorwerpen.
Zo doe je het:
- Verwijder aan de twee uiteinden van de draad ongeveer 3 cm plastic isolatie. Als je draad allemaal fijne koperdraadjes heeft, draai deze dan aan elkaar.
- Wikkel de hele draad om de spijker maar laat aan elke kant 5 tot 10 cm vrij. Die moet je overhouden om de elektromagneet aan de batterij te koppelen.
- Bind de twee blote koperdraadjes aan de twee polen van de batterij en houd de elektromagneet in een paar speldjes, paperclips of ijzervijlsel.
Als je spoel krachtig genoeg is kun je er met gemak zelfs treinen mee boven de rails laten zweven. Dan heb je een magneetzweeftrein.
Een magneetzweeftrein zweeft door middel van een magnetisch veld boven een baan. Deze techniek wordt in het Engels aangeduid als 'magnetic levitation', magnetische opheffing of kortweg maglev.
De magneetzweeftrein werkt met hele grote elektromagneten. Deze zitten zowel onder de trein zelf als in de baan. Een magneet heeft twee uiteinden. De Noord- en Zuidpool. Als je twee magneten bij elkaar houd merk je dat ze elkaar óf aantrekken óf afstoten. Een Noord- en Zuidpool bij elkaar trekken elkaar aan en twee dezelfde polen bij elkaar stoten elkaar af.
Met dit aantrekken en afstoten van twee magneten kun je allerlei dingen doen. Bij een magneetzweeftrein (zie afbeelding) zitten de magneten onder de baan omdat dit handig is. De trein zit als het ware om de baan geklemd. Door een boel hele sterke magneten van verschillende polen, die elkaar afstoten, zweeft de trein.
In beweging zetten is ook makkelijk: je laat een paar magneten in de baan van pool verwisselen (door de stroom de andere kant op te laten lopen) waardoor ze elkaar beginnen af te stoten. Doe je dit aan de achterkant van de trein, dan duw je de trein weg. Zo werkt dus een magneetzweeftrein.
De techniek van de magneetzweeftrein stamt uit 1935 en staat op naam van de Duitse ingenieur H. Kemper. De uitvinding van de magneetzweeftrein door H. Kemper in 1935 zou nooit hebben kunnen gebeuren zonder het werk van Nikola Tesla eind 19e eeuw. Tesla is de uitvinder van onder andere wisselstroom en de elektromotor.
De Transrapid is ontwikkeld door Siemens in Duitsland. Sinds eind 2003 zweeft de trein in China van het centrum van Shanghai naar de luchthaven van Shanghai.
In Lathen in Duitsland, vlakbij de grens met Groningen werd in 1987 een spoorbaan aangelegd voor een magneetzweeftrein. Daarna vonden proefritten met deze trein plaats op de spoorbaanbaan. Toeristen mochten mee aan boord tijdens die proefritten. Daar is het bij gebleven; op 31 december 2011 werd de baan gesloten.
In Nederland is ook gedacht aan een magneetzweeftreintraject. Er zijn plannen gemaakt om een verbinding te maken van Amsterdam door de Flevopolder en de Noordoostpolder naar Friesland en Groningen. Daar zal aansluiting moeten volgen naar Hamburg en Berlijn in Duitsland. Die plannen zijn (nog) niet uitgevoerd want het uitvoeren ervan is duur.
De Europese Unie houdt zich ook met het spoor bezig. Vrij vervoer van mensen en goederen is immers heel belangrijk voor de EU. De belangrijkste punten op een rijtje:
- De EU wil graag dat het spoorwegennet in Europa op elkaar aan gaat sluiten.
- De EU wil graag dat er een eigen spoorwegennet komt voor personenvervoer en een eigen net voor vrachtvervoer.
- De EU wil het mogelijk maken dat verschillende bedrijven kunnen opereren op de markt van het spoorwegvervoer. Of anders gezegd: de markt van het spoorvervoer liberaliseren. Zowel voor het personenvervoer als het goederenvervoer. In de praktijk zien we dat al gebeuren. In Nederland rijden er niet alleen treinen van de Nederlandse Spoorwegen, maar bijvoorbeeld ook treinen van het bedrijf Arriva.
Hiervoor is een Europees Spoorwegbureau, de European Railway Agency (ERA) opgericht, dat per 1 mei 2004 werkt.
De EU heeft (nog) geen plannen voor proefnemingen met magneetzweeftreinen en het bouwen van spoorlijnen voor dit soort treinen.
Naar: ‘Beleid vervoer’, op https://www.europa-nu.nl/id/vg9pkzu1yryd/beleid_vervoer
Trek voor deze les 1 lesuur uit.
Laat de leerlingen in deze les individueel of in tweetallen aan de opdracht in de les werken.
Magneten zijn leuke dingen, zorg dat u er een stel in klas hebt, kleine en wat grotere. Laat de kinderen ervaren hoe je kunt spelen met de polen: aantrekken en afstoten. Of hoe je een voorwerp met magneten kunt verplaatsen, zelfs door een tafelblad heen.
Het zou mooi zijn als u ze in de klas kunt laten werken aan een elektromagneet. De uitleg in 'Bron: de elektromagneet' spreekt voor zich.
Misschien kunt u in de nabespreking nog wijzen op de gevaren van magnetisme. Zo is het niet verstandig om een bankpasje in de buurt te houden van een magneet. Een magnetisch veld kan de informatie op het pasje vernielen. En als je een (ouderwetse) videoband een paar dagen op een luidsprekerbox laat liggen staat er ook niks meer op.
Deze opdracht sluit aan bij:
- Kerndoel 42: De leerlingen leren onderzoek doen aan materialen en natuurkundige verschijnselen, zoals licht, geluid, elektriciteit, kracht, magnetisme en temperatuur.
- De leerling weet wat magnetisme is.
- De leerling weet wat elektromagnetisme is
- De leerling weet wat een magneetzweeftrein is.
De kinderen maken een tekening van een magneetzweeftrein. Als ze in de tekening op de een of andere manier iets van magnetisme uitdrukken en zo kunnen laten zien dat ze de leerdoelen hebben gehaald, is de opdracht goed afgerond.