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Magnetism & Magnetic Fields

April 27, 2020

• Opposite poles attract• Like poles repel• Magnetic poles ALWAYS come in pairs• Magnetic fields are produced by the motion of an electric charge

Magnetism

Atomic Level of Magnetism(source of magnetism)

• Electrons spin about their axis• Electrons orbit around the nucleus

Magnetic Materials• Cobalt• Iron• Nickel

• These are the only three elements that the electron’s spin and orbit align with each other

• Other materials’ spins  and orbits cancel out

Magnetic DomainsMagnetic Domain:• A microscopic cluster of atoms with their magnetic fields aligned• Heating or dropping a magnet will weaken it (causing the domains to become unaligned).

Earth’s Magnetic Field• Deflects most of the cosmic ray’s• What is the cause of the Earth’s magnetic field?

Earth’s Magnetic FieldThe north pole of a compass needle is a magnetic north pole. It is attracted to the geographic North Pole, which is a magnetic south pole (opposite magnetic poles attract).

Magnetism

Chapter 36

Right Hand Rule

Right­Hand Rule: determines the direction of the magnetic field around a current­carrying wire .

Point your thumb in the direction of the current (I). The curl of your fingers shows the direction of the magnetic field (B).

Right Hand Rule

Alternately, curl your fingers in the direction of the current loop (I). The thumb points in the direction of the magnetic field (B).

Right Hand Rule Symbols• Vector arrows and 

loops• A dot “●” means 

out of the page• An ex “X” means 

into the page• Label the symbols 

I = currentB = magnetic field

• "Dots" (●) and "exes" (X) must be in pairs!

Right­Hand RuleAnimations

Magnetic field around a loop of wire

Magnetic field around a straight wire

I

X

I

I

Generators and Electric Motors

Electromagnetic Induction

Electromagnetic Induction• Electromagnetic Induction: The process of creating a 

voltage in a circuit by changing the magnetic field.

Generator Components• Strong magnet or magnetic field• Coil of wire that is part of a circuit• A way to move the coil of wire

Generator• Generator: A device that converts mechanical energy into electrical energy.

• The rotating coil produces an alternating current• Alternating current can be easily transformed

Electric Motors• Electric motors: Convert electrical energy to mechanical energy

• Transformer: A device for increasing or decreasing voltage through electromagnetic induction

• Consist of two different coils of wire around opposite sides of an iron core. • Alternating current through a coil of wire induces a varying magnetic field in the core, ...• ... which in turn will cause a current flow in a secondary coil.

Transformers

Step­up:• Voltage increases• Current decreases• Power stays the same• Less coils on the primary than the secondary

Step­down:• Voltage decreases• Current increases• Power stays the same• More coils on the primary than the secondary

Steam­Powered Generator• Steam drives the turbine, which turns the coil wire in a 

magnetic field.

Power Generation

Coal Power Plant1

Nuclear Power Plant2

Geothermal Generator3

MethanePower Plants4

Hydroelectric Power Plant5

Wind and Tidal Generators6

Mechanical Generators• Coal power plants (steam)• Nuclear power plants (steam)• Geothermal power (steam)• Methane power plants (steam)• Hydroelectric power plants (PEgrav)• Wind turbines (KEwind) & Tidal power (KEtide)

Solar Power (non­mechanical)• Electromagnetic energy (Sun) converted into electric power

Power Transmission