Je leest:

Waarom trafo’s brommen

Waarom trafo’s brommen

Auteur: | 1 juli 2004

Lachen hoor, spelen met de modeltrein. Alleen dat gezoem uit de transformator…waar wordt dat door veroorzaakt? Zwitserse natuurkundigen doken naar atoomniveau om het uit te pluizen.

In een grote transformator zoals je bij een energiecentrale vindt, werken krachtige magneetvelden. Die velden trekken het ijzer in de transformator-kern samen: magnetostrictie. De magneetvelden worden opgewekt door wisselstroom, dus golven ze mee op het ritme van die stroom: vijftig cycli per seconde. Een transformator van een meter hoog rekt en krimpt er per cyclus al gauw een micrometer door. Die trilling is hoorbaar als een diep gebrom.

Van het transformator-principe maken we dagelijks gebruik; bij de energiecentrale wordt elektrische stroom naar hoogspanning getransformeerd, want dat is een zuinige manier van transport. Eenmaal in de wijk moet gaat de spanning weer omlaag naar een veilig niveau.

Het klinkt alsof natuurkundigen allang weten waar de brom van de transformator vandaan komt, maar niemand wist nog hoe de losse atomen op de wisselende magneetvelden reageren. Alleen op macro-niveau is magnetostrictie goed bekend. Thierry Strässle en zijn collega’s van de Zwitserse Université P&M Curie hebben het verschijnsel nu op het niveau van atomen uitgezocht. Ze wisten met hun onderzoek een oude theorie van Werner Heisenberg, een van de grootheden van de kwantummechanica, te weerleggen.

De transformator kennen we nog wel uit de natuurkundeles. Met twee spoeltjes en een ijzeren kern kun je wisselstroom van spanning veranderen. De ijzeren kern geleidt het magneetveld van de ene spoel naar de andere. De verhouding tussen het aantal windingen links en rechts bepaalt hoeveel groter of kleiner de uitgangsspanning wordt.

Strässle liet industriële transformators achter zich en keek direct naar de betrokken atomen. In plaats van ijzer onderzocht hij een koppeltje mangaan-atomen en keek hoe die elkaar aantrokken in een magnetisch veld. Waarschijnlijk zit u op nog geen meter van een voorraadje mangaan: dit magnetische materiaal wordt veel gebruikt in magnetische media zoals harde schijven.

In zijn onderzoek ‘verdunde’ Strässle de magnetische binding tussen twee van zijn mangaan-atomen door er een aantal magnesium-atomen tussen te zetten; daardoor kon hij de afstand naar believen groter of kleiner maken. Vervolgens schoot hij met neutronen op de atomen en keek hoe die van elkaar terugkaatsten; dit heet neutronen spectroscopie en is een populaire onderzoeksmethode. Strässle kon erdoor bepalen dat Heisenberg’s theoretische beschrijving het gedrag van de atomen niet goed beschreef. Wel lijkt magnetostrictie van atomen volgens hem erg op magnetostrictie van een complete transformator.

Magneetvelden kunnen flinke krachten uitoefenen. Als het magneetveld van de aarde ineens weg zou vallen (zoals in de natuurkundig gezien beroerde film the Core) zou de diameter van de aarde met tien centimeter toenemen. Er zou tien vierkante kilometer aan aardoppervlak bijkomen! Hoewel het aardmagnetisch veld van richting kan wisselen en tijdens dat proces flink in kracht daalt, hoeven we niet bang te zijn voor plotselinge schokken (of een gegroeid gazon): de ompoling is een proces van duizenden jaren.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juli 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.