สนามแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจมาก ปัจจุบันคุณสมบัติของมันได้พบการนำไปใช้ในหลายพื้นที่ คุณรู้หรือไม่ว่าแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กคืออะไร? หลังจากอ่านบทความแล้วคุณจะรู้เกี่ยวกับมัน นอกจากนี้ เราจะพูดถึงข้อเท็จจริงบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็ก มาเริ่มกันที่ประวัติศาสตร์กันเลยค่ะ
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
แม่เหล็กและไฟฟ้าไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันสองอย่าง อย่างที่เชื่อกันผิดๆ มาเป็นเวลานาน ความสัมพันธ์ของพวกเขาชัดเจนขึ้นในปี พ.ศ. 2363 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Oersted (1777-1851) แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวดทำให้เข็มทิศเบี่ยงเบนไป กระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กเสมอ ไม่ว่ามันจะไหลไปทางไหน - ระหว่างก้อนเมฆกับโลกในรูปของสายฟ้าหรือในกล้ามเนื้อของร่างกายเรา
แม้ในสมัยโบราณ ผู้คนพยายามค้นหาว่าสนามแม่เหล็กมาจากอะไร นอกจากนี้ การค้นพบนี้ถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติ มีการสังเกตและใช้สนามแม่เหล็ก (โดยเฉพาะเพื่อจุดประสงค์ในการนำทาง) เป็นเวลาหลายพันปีก่อนที่จะมีการอธิบายอย่างชัดเจนลักษณะของไฟฟ้าและพบว่ามีการใช้งานจริง เมื่อทราบว่าสสารประกอบด้วยอะตอมเท่านั้นจึงเป็นที่ยอมรับกันว่าแม่เหล็กและไฟฟ้าเชื่อมต่อถึงกัน เมื่อใดก็ตามที่สังเกตเห็นสนามแม่เหล็ก จะต้องมีกระแสไฟฟ้าบางชนิดอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการวิจัยใหม่
อะไรเป็นตัวกำหนดการแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุในกรณีที่ไม่มีแหล่งกระแสภายนอก? การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สร้างกระแสไฟฟ้าภายในอะตอม เป็นแม่เหล็กประเภทนี้ที่เราจะพิจารณาที่นี่ เราได้อธิบายคร่าวๆ ถึงที่มาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ (กระแสสลับ)
แม่เหล็กและวัสดุอื่นๆ
ความสามารถในการดึงดูดธาตุเหล็กและวัสดุที่มีธาตุเหล็กนั้นพบเห็นได้ในธรรมชาติในแร่หนึ่งชนิดที่น่าสนใจ เรากำลังพูดถึงแมกนีไทต์ หนึ่งในสารประกอบทางเคมีของธาตุเหล็ก คงจะถูกนำมาใช้ในวงเวียนแรกที่ชาวจีนคิดค้นขึ้น แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กไม่ได้เป็นเพียงแร่ธาตุนี้เท่านั้น นอกจากนี้ยังค่อนข้างง่ายสำหรับวัสดุบางชนิดในการสื่อสารคุณสมบัติที่ต้องการโดยเจตนา ในหมู่พวกเขาเหล็กและเหล็กกล้ามีชื่อเสียงมากที่สุด วัสดุทั้งสองกลายเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กได้อย่างง่ายดาย
แม่เหล็กถาวร
สารดึงดูดธาตุเหล็กเป็นคลาสพิเศษ เรียกว่าแม่เหล็กถาวร แม้จะมีชื่อ แต่ก็สามารถรักษาคุณสมบัติที่จำเป็นไว้ได้ในเวลาจำกัดเท่านั้น รูปแม่เหล็กถาวรแถบแสดงพลังของแม่เหล็กภาคพื้นดิน ถ้ามันเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ปลายด้านหนึ่งจะหันไปทางขั้วโลกเหนือของโลกเสมอ และอีกปลายหนึ่งหันไปทางทิศใต้ ปลายแม่เหล็กทั้งสองข้างเรียกว่าขั้วเหนือและขั้วใต้ตามลำดับ
แม่เหล็กสามารถมีรูปร่างได้เกือบทุกแบบ: บาร์ เกือกม้า แหวน หรือซับซ้อนกว่านั้น ใช้ในเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า ขั้วของแม่เหล็กมีดังต่อไปนี้: N (เหนือ) และ S (ใต้) มาคุยกันว่าพวกเขาโต้ตอบกันอย่างไร
สิ่งดึงดูดและแรงผลัก
ดึงดูดขั้วแม่เหล็กตรงข้าม เรารู้เรื่องนี้ตั้งแต่สมัยเรียน โดยดึงดูดวัสดุอื่น แม่เหล็กจะเปลี่ยนเป็นแม่เหล็กอ่อนก่อน เสาที่มีชื่อเดียวกันจะผลักกัน (แม้ว่าจะไม่ชัดเจนเท่าแรงดึงดูดก็ตาม) เมื่อสัมผัสกับแม่เหล็ก เหล็กและเหล็กกล้าจะกลายเป็นแม่เหล็กในตัวเอง ทำให้เกิดขั้วตรงข้าม นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาสนใจเขา แต่ถ้าแม่เหล็กที่เหมือนกันสองอันที่มี "ประจุ" เท่ากันวางใกล้กันด้วยขั้วเดียวกัน จะเกิดอะไรขึ้น? แรงผลักที่สังเกตพบจะเท่ากับแรงดึงดูดที่กระทำระหว่างขั้วตรงข้ามสองขั้วที่ตั้งอยู่ห่างกัน
ไม่ใช่แค่วัสดุที่มีธาตุเหล็กที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กนั้นสามารถสังเกตได้ง่ายที่สุดในโลหะบริสุทธิ์ เช่น เหล็ก นิกเกิล โคบอลต์
โดเมน
โลหะที่ทำได้กลายเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก ประกอบด้วยแม่เหล็กขนาดเล็กที่สุ่มอยู่ภายในสาร พวกมันจะถูกจัดวางอย่างเท่าเทียมกันเฉพาะในพื้นที่เล็กๆ ที่เรียกว่าโดเมน ซึ่งสามารถมองเห็นได้ผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ในเรื่องที่ไม่ใช่แม่เหล็ก - เนื่องจากโดเมนเองก็ถูกวางในทิศทางที่ต่างกัน - สนามแม่เหล็กจึงเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงไม่พบสมบัติทางแม่เหล็กในกรณีนี้ ดังนั้นสารจะได้คุณสมบัติที่จำเป็นภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น
กระบวนการสะกดจิตคือโดเมนทั้งหมดถูกบังคับให้เรียงในทิศทางเดียวกัน เมื่อหมุนอย่างถูกต้อง การกระทำของพวกเขาจะซ้อนกัน สารทั้งหมดกลายเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก หากโดเมนทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกัน แสดงว่าวัสดุนั้นถึงขีดจำกัดแม่เหล็ก ควรสังเกตรูปแบบที่สำคัญอย่างหนึ่ง การทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุในท้ายที่สุดขึ้นอยู่กับการทำให้เป็นแม่เหล็กของโดเมน และในที่สุดก็ถูกกำหนดโดยอะตอมแต่ละตัวที่อยู่ภายในโดเมน
สนามแม่เหล็กโลก
สนามแม่เหล็กโลกได้รับการวัดและอธิบายอย่างแม่นยำมาอย่างยาวนาน แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการอธิบายอย่างครบถ้วน ในวิธีที่ง่ายมาก มันสามารถแสดงราวกับว่าแม่เหล็กแบนธรรมดาตั้งอยู่ระหว่างขั้วทางภูมิศาสตร์เหนือและใต้ นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดผลกระทบที่สังเกตได้บางส่วน แต่สิ่งนี้ไม่ได้อธิบายการเปลี่ยนแปลงอย่างผิดปกติอย่างมากในความเข้มหรือแม้แต่ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กเหนือพื้นโลกพื้นผิวและเหตุผลที่ว่าทำไมเมื่อหลายล้านปีก่อนตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กอยู่ตรงข้ามกับปัจจุบันและทำไมพวกเขาถึงแม้จะเคลื่อนที่อย่างช้าๆ ดังนั้น สิ่งต่าง ๆ จึงค่อนข้างซับซ้อน
แบบจำลองสนามแม่เหล็กโลก
มาอธิบายเวอร์ชันย่อให้ละเอียดยิ่งขึ้นกัน ลองนึกภาพแม่เหล็กแบนยาวที่อยู่ตรงกลางโลกซึ่งจะเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก ต้องพิจารณาอะไรอีกบ้าง? สารแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกจะต้องจัดวางให้ขั้วที่ชี้เหนือของมันหมุนไปในทิศทางที่เราเรียกว่าทิศเหนือ (อันที่จริงคือขั้วใต้ของแม่เหล็กในจินตนาการ) และขั้วอื่น ๆ จะชี้ไปทางใต้ (ขั้วเหนือของแม่เหล็ก).
การทำความเข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนทำให้เกิดปัญหาบางอย่าง ทั้งสนามแม่เหล็กโลกและสนามแม่เหล็กของเหล็กชิ้นเล็กๆ นั้นง่ายต่อการอธิบายโดยสมมติว่าเส้นแรงแม่เหล็ก (มักเรียกว่าเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก) เล็ดลอดออกมาจากปลายด้านเหนือของแม่เหล็กและเข้าสู่ด้านใต้ นี่เป็นการแสดงโดยพลการอย่างยิ่ง ใช้เพื่อความสะดวกเท่านั้น คล้ายกับการใช้เส้นละติจูดและลองจิจูดบนแผนที่ อย่างไรก็ตาม มันช่วยให้เราเข้าใจว่าสนามแม่เหล็กของโลกคืออะไร
เส้นแรงของแม่เหล็กแบนธรรมดาที่ผ่านจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งและครอบคลุมแม่เหล็กทั้งหมด ก่อตัวเป็นทรงกระบอก เส้นแรงในทิศทางเดียวกันดูเหมือนจะผลักกัน เริ่มต้นที่เสาประเภทหนึ่งและสิ้นสุดที่เสาประเภทอื่นและไม่เคยตัดกัน
Bบทสรุป
เราจึงเปิดหัวข้อ "ที่มาของสนามแม่เหล็ก" อย่างที่คุณเห็นมันค่อนข้างกว้างขวาง เราได้พิจารณาเฉพาะแนวคิดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อนี้แล้ว