Hoofdbanner

Laten we een korte wetenschapsquiz doen. Kijken of we het juiste antwoord weten te vinden. We doen een proef.
Nodig:  - een holle koperen buis (diameter ongeveer een cm) van ruim een meter lengte
           -  klein magneetje dat net in de opening van de buis past

We houden de buis verticaal omhoog en laten het magneetje er van boven af in zakken. Wat zal er gebeuren?
A. Het magneetje valt door de zwaartekracht in één keer door de buis naar beneden.
B. Het magneetje blijft aan de bovenkant aan de buis kleven.
C. Het magneetje valt heel langzaam door de buis naar beneden en raakt de buis daarbij niet aan.
D. Het magneetje blijft halverwege in de buis steken.

Voordat we het goede antwoord geven, kunnen we het volgende beredeneren. Er zijn maar 3 metalen die door een magneet worden aangetrokken, namelijk ijzer, kobalt en nikkel (waar ons muntgeld van gemaakt is). Koper dus niet. Daarmee vervalt antwoord B, want tussen koper en een magneet is er geen magnetische aantrekkingskracht.
Dan zou je haast kiezen voor antwoord A. Als er geen enkele kracht aanwezig is behalve de zwaartekracht, zal het magneetje in één keer door de buis naar beneden vallen.

Echter, het metaal koper is wel een goede geleider van elektriciteit. Een bewegende magneet zorgt, zoals wellicht bekend, voor een inductiestroom (dit is de manier waarop elektriciteit wordt gemaakt in bijvoorbeeld elektriciteitscentrales maar ook bij een fietsdynamo of bij een pinpas).

Maar die inductiestroom (in de koperen buis) zorgt op haar beurt weer voor een magnetisch veld. Dit laatste magnetische veld werkt nu het magnetische veld van het magneetje tegen. Er zijn dus twee magnetische velden. Eén ten gevolge van het magneetje, en één ten gevolge van de stroom die door de koperen buis gaat lopen. Er vindt afstoting plaats, bijvoorbeeld omdat twee noordpolen elkaar raken. Of twee zuidpolen, dat heeft hetzelfde effect.
(Stel, je laat de noordpool van het magneetje als eerste naar beneden zakken. Het magnetisch veld ten gevolge van de inductiestroom zal voor een noordpool - in de koperen buis - naar boven gericht zorgen. Een noordpool stoot een noordpool af).
Het gevolg zal zijn: de beweging naar beneden wordt tegengewerkt!

Dit heet in de natuurkunde de Wet van Lenz. In het algemeen: de oorzaak van het ontstaan van een verandering wordt tegengewerkt.

Antwoord C is dus goed. Door de zwaartekracht zal het magneetje naar beneden vallen, maar door de tegenwerkende kracht van het nieuw ontstane magnetische veld (door de stroom in de koperen buis) zal dit vallen maar heel langzaam gebeuren. Het zal zo'n 6 tot 8 seconden duren voordat het magneetje de onderkant bereikt heeft. Het zal de koperen buis niet aanraken, want het zal de weg van de minste weerstand kiezen en in het midden van de buis is de magnetische veldlijnendichtheid het laagst.

Deze proef is heel gemakkelijk zelf uit te voeren. Als je van boven in de buis kijkt zie je het magneetje ook vertraagd om zijn eigen as buitelen. Een grappig gezicht. Een leerzaam experiment ook waarbij verschillende aspecten van elektromagnetisme aan bod komen. Ideaal om aan 5V-leerlingen te laten zien. Zie ook hier.

Met een gevoelige ampèremeter kun je zelfs de stroomsterkte door de koperen buis meten. Interessant is ook ergens in de buis een opening aan te brengen. De tegenwerkende kracht wordt dan opeens opgeheven (de inductiestroom wordt onderbroken) en het magneetje valt opeens als een steentje naar beneden. Een toepassing van de Wet van Lenz vindt onder andere plaats in de werking van een aardlekschakelaar.