แม่เหล็กทำงานอย่างไร

เราทุกคนเล่นกับแม่เหล็กเป็นครั้งคราว ด้านล่างนี้เป็นความพยายามที่จะอธิบายพื้นฐานเบื้องหลังการทำงานลับภายในของแม่เหล็กลึกลับ

แม่เหล็กเป็นวัสดุหรือวัตถุใด ๆ ที่สร้างสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กนี้รับผิดชอบคุณสมบัติของแม่เหล็ก: แรงที่ดึงวัสดุ ferromagnetic อื่น ๆ และดึงดูดหรือขับไล่แม่เหล็กอื่น แม่เหล็กถาวรเป็นวัตถุที่ทำจากวัสดุที่เป็นแม่เหล็กและสร้างสนามแม่เหล็กถาวรของตัวเอง วัสดุที่สามารถทำให้เป็นแม่เหล็กซึ่งดึงดูดอย่างยิ่งต่อแม่เหล็กเรียกว่า ferromagnetic แม้ว่าวัสดุ ferromagnetic เป็นสิ่งเดียวที่ดึงดูดความสนใจของแม่เหล็กที่แรงพอที่จะพิจารณาได้ว่าเป็นแม่เหล็ก แต่สารอื่น ๆ ทั้งหมดตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับแม่เหล็กรวมถึง:

• ขั้วเหนือของแม่เหล็กชี้ไปที่ขั้วโลกเหนือแม่เหล็ก (ขั้วแม่เหล็กใต้) ตั้งอยู่ในแคนาดาเหนือวงกลมอาร์กติก
• ขั้วเหนือขับไล่ขั้วเหนือ
• ขั้วโลกใต้ขับไล่เสาใต้
• ขั้วโลกเหนือดึงดูดขั้วโลกใต้
• ขั้วโลกใต้ดึงดูดขั้วโลกเหนือ
• พลังแห่งแรงดึงดูดหรือแรงผลักดันแตกต่างกันไปตามระยะทางกำลังสอง
• ความแข็งแรงของแม่เหล็กแตกต่างกันไปตามสถานที่ต่าง ๆ บนแม่เหล็ก
• แม่เหล็กติดที่เสาของพวกเขาแข็งแกร่งที่สุด
• แม่เหล็กดึงดูดอย่างยิ่งเหล็ก, เหล็ก, นิกเกิล, โคบอลต์, แกโดลิเนียม
• แม่เหล็กดึงดูดออกซิเจนเหลวและวัสดุอื่น ๆ เล็กน้อย
• แม่เหล็กขับไล่น้ำคาร์บอนและโบรอนเล็กน้อย

กลไกของแม่เหล็กทำงานอย่างไรจริง ๆ แบ่งลงไปจนถึงระดับอะตอม เมื่อกระแสไหลในสายลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวด ปัจจุบันเป็นเพียงกลุ่มของอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่และอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ทำให้สนามแม่เหล็ก นี่คือวิธีทำให้แม่เหล็กไฟฟ้าทำงาน

รอบนิวเคลียสของอะตอมมีอิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตร์เคยคิดว่าพวกเขามีวงโคจรเป็นวงกลม แต่ได้ค้นพบว่าสิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนมากขึ้น อันที่จริงรูปแบบของอิเล็กตรอนภายในวงโคจรเหล่านี้คำนึงถึงสมการคลื่นของ Schroedinger อิเล็กตรอนจะใช้เปลือกบางชนิดที่ล้อมรอบนิวเคลียสของอะตอม กระสุนเหล่านี้ได้รับชื่อตัวอักษร K, L, M, N, O, P, Q พวกเขายังได้รับชื่อหมายเลขเช่น 1,2,3,4,5,6,7 (คิดว่ากลศาสตร์ควอนตัม) ภายในเชลล์อาจมี subshells หรือ orbitals อยู่ด้วยชื่อตัวอักษรเช่น s, p, d, f วงโคจรเหล่านี้บางอย่างดูเหมือนเป็นทรงกลมบางแบบคล้ายนาฬิกาทราย K เชลล์มีวง s ที่เรียกว่า 1s วงโคจร เปลือก L ประกอบด้วย s และ p orbital เรียกว่า 2s และ 2p orbital เปลือก M ประกอบด้วย s, p และ d orbital เรียกว่า 3s, 3p และ 3d orbital กระสุน N, O, P และ Q ประกอบด้วยกระสุน s, p, d และ f ที่เรียกว่า 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6p, 6d, 6s, 7s, 7p, 7d และ 7f วงโคจร วงโคจรเหล่านี้ยังมีวงโคจรย่อยหลายแบบ แต่ละอิเล็กตรอนมีจำนวนอิเล็กตรอนที่แน่นอนเท่านั้น อิเล็กตรอนสูงสุด 2 ตัวสามารถครอบครองวงโคจรย่อยที่หนึ่งมีการหมุนรอบขึ้นอีกอันมีการหมุนลง ไม่สามารถมีอิเล็กตรอนสองตัวที่หมุนขึ้นในวงโคจรย่อยเดียวกัน (ตัวการแยกตัวของ Pauli) นอกจากนี้เมื่อคุณมีอิเลคตรอนคู่หนึ่งในวงโคจรย่อยสนามแม่เหล็กรวมของพวกเขาจะยกเลิกซึ่งกันและกัน หากคุณสับสนคุณไม่ได้อยู่คนเดียว หลายคนหลงทางและสงสัยเกี่ยวกับแม่เหล็กแทนที่จะค้นคว้าเพิ่มเติม

เมื่อคุณดูโลหะ ferromagnetic มันยากที่จะเห็นว่าทำไมมันถึงแตกต่างกันมากในองค์ประกอบที่อยู่ถัดจากพวกมันในตารางธาตุ เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าองค์ประกอบ ferromagnetic มีช่วงเวลาแม่เหล็กขนาดใหญ่เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่อยู่ในวงโคจรรอบนอก การหมุนของอิเล็กตรอนก็คิดว่าจะสร้างสนามแม่เหล็กหนึ่งนาที เขตข้อมูลเหล่านี้มีเอฟเฟกต์การรวมดังนั้นเมื่อคุณรวมกลุ่มของฟิลด์เหล่านี้เข้าด้วยกันฟิลด์เหล่านั้นจะรวมกันเป็นฟิลด์ที่ใหญ่กว่า

ในการห่อสิ่งต่าง ๆ บน "แม่เหล็กทำงานอย่างไร" อะตอมของวัสดุ ferromagnetic มักจะมีสนามแม่เหล็กของตัวเองที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่โคจรรอบพวกมัน อะตอมกลุ่มเล็ก ๆ มักจะปรับทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน แต่ละกลุ่มเหล่านี้เรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก แต่ละโดเมนมีขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของตนเอง เมื่อชิ้นส่วนของเหล็กไม่ได้ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กโดเมนจะไม่ถูกชี้ไปในทิศทางเดียวกัน แต่จะมีการชี้ไปในทิศทางที่สุ่มเพื่อยกเลิกกันและกันและป้องกันไม่ให้เหล็กมีขั้วเหนือหรือขั้วใต้หรือเป็นแม่เหล็ก หากคุณแนะนำปัจจุบัน (สนามแม่เหล็ก) โดเมนจะเริ่มเข้าแถวกับสนามแม่เหล็กภายนอก ยิ่งใช้โดเมนปัจจุบันมากเท่าไรจำนวนโดเมนที่ได้รับการจัดตำแหน่งก็ยิ่งสูงขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกแข็งแรงขึ้นโดเมนก็จะมากขึ้นเรื่อย ๆ จะมีจุดที่โดเมนทั้งหมดภายในเหล็กสอดคล้องกับสนามแม่เหล็กภายนอก (ความอิ่มตัว) ไม่ว่าจะสร้างสนามแม่เหล็กแรงขึ้นเท่าใด หลังจากลบสนามแม่เหล็กภายนอกแล้ววัสดุแม่เหล็กอ่อนจะเปลี่ยนกลับเป็นโดเมนแบบสุ่ม อย่างไรก็ตามวัสดุแม่เหล็กที่แข็งจะทำให้โดเมนส่วนใหญ่อยู่ในแนวเดียวกันสร้างแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่ง ดังนั้นคุณมีมัน

เราได้เขียนบทความมากมายเกี่ยวกับแม่เหล็กสำหรับนิตยสารอวกาศ นี่คือบทความเกี่ยวกับแท่งแม่เหล็กและนี่คือบทความเกี่ยวกับซุปเปอร์แม่เหล็ก

หากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแม่เหล็กลองดูการทดลองสุดเจ๋งด้วยแม่เหล็กและนี่คือลิงก์ไปยังบทความเกี่ยวกับซุปเปอร์แม่เหล็กโดย Wise Geek

นอกจากนี้เรายังได้บันทึกเรื่องราวทั้งหมดของ Astronomy Cast เกี่ยวกับ Magnetism ฟังที่นี่ตอนที่ 42: อำนาจแม่เหล็กทุกที่

แหล่งที่มา:
ปรีชาญาณ Geek
Wikipedia: แม่เหล็ก
วิกิพีเดีย: Ferromagnetism