Magnetic: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก

แม่เหล็กเป็นชั้นของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีสนามแม่เหล็กเป็นสื่อกลาง กระแสไฟฟ้าและโมเมนต์แม่เหล็กพื้นฐานของอนุภาคมูลฐานก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก ซึ่งกระทำกับกระแสและโมเมนต์แม่เหล็กอื่นๆ

วัสดุทั้งหมดได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กในระดับหนึ่ง ผลกระทบที่คุ้นเคยมากที่สุดคือแม่เหล็กถาวร ซึ่งมีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรที่เกิดจากเฟอร์โรแมกเนติก

พลังแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กคือแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก เป็นแรงที่ตั้งฉากกับความเร็วของอนุภาคที่มีประจุและสนามแม่เหล็ก แรงนี้อธิบายโดยสมการแรงลอเรนซ์ ซึ่งระบุว่าแรง (F) ที่กระทำต่อประจุ (q) เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว (v) ในสนามแม่เหล็ก (B) ได้จากสมการ F = qvBsinθ โดยที่ θ คือมุมระหว่างความเร็วของประจุกับสนามแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าอย่างไร?

แรงแม่เหล็กมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบๆ เส้นลวด สนามแม่เหล็กนี้สามารถออกแรงบนวัตถุอื่นๆ ขนาดและทิศทางของแรงขึ้นอยู่กับความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็ก

วัสดุใดที่ได้รับอิทธิพลจากแรงแม่เหล็ก?

แรงแม่เหล็กมีอิทธิพลต่อวัสดุจำนวนมาก รวมถึง:

• วัสดุแม่เหล็ก เช่น เหล็ก เหล็กกล้า และนิเกิล
• วัสดุตัวนำเช่นทองแดงและอลูมิเนียม
• อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำ
• อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในพลาสมา

ตัวอย่างของแรงแม่เหล็กในการดำเนินการ

ตัวอย่างของแรงแม่เหล็กในการดำเนินการ ได้แก่ :

• แม่เหล็กดูดหรือผลักกัน
• สติกเกอร์ที่ติดตู้เย็นหรือประตูเพราะมีแม่เหล็กติดไว้
• แท่งเหล็กถูกดึงเข้าหาแม่เหล็กแรงสูง
• ลวดที่มีกระแสไฟฟ้าถูกหักเหในสนามแม่เหล็ก
• การเคลื่อนที่อย่างมั่นคงของเข็มเข็มทิศเนื่องจากสนามแม่เหล็กโลก

แรงแม่เหล็กอธิบายได้อย่างไร?

แรงแม่เหล็กอธิบายโดยใช้หน่วยนิวตัน (N) และเทสลา (T) เทสลาเป็นหน่วยของความแรงของสนามแม่เหล็ก และถูกกำหนดให้เป็นแรงที่กระทำต่อเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์วางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอของเทสลาหนึ่งเส้น แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับผลคูณของความแรงของสนามแม่เหล็กและประจุของวัตถุ

สนามประเภทใดที่เกี่ยวข้องกับแรงแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสนามชนิดหนึ่งที่สร้างขึ้นจากการมีอยู่ของประจุไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบหนึ่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า

วัตถุทั้งหมดสัมผัสกับแรงแม่เหล็กหรือไม่?

ไม่ใช่วัตถุทั้งหมดที่มีแรงแม่เหล็ก วัตถุที่มีประจุสุทธิหรือมีกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่จะสัมผัสกับแรงแม่เหล็ก วัตถุที่ไม่มีประจุสุทธิและไม่มีกระแสไฟฟ้าจะไม่สัมผัสกับแรงแม่เหล็ก

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กกับพื้นผิวตัวนำคืออะไร?

How to strip wire fast

Share

Watch on

เมื่อวางพื้นผิวตัวนำในสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนในพื้นผิวจะได้รับแรงเนื่องจากสนามแม่เหล็ก แรงนี้จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ซึ่งจะสร้างกระแสในพื้นผิว กระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งจะมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กเดิม ทำให้พื้นผิวสัมผัสกับแรง

อะไรคือความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กและขนาดของความเร็วของวัตถุ?

แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อวัตถุจะแปรผันตามขนาดของความเร็วของวัตถุ ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็วเท่าใด แรงแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น

ประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจของแม่เหล็ก

• คำว่า "แม่เหล็ก" มาจากคำภาษาละติน "magnes" ซึ่งหมายถึงหินชนิดพิเศษที่พบในตุรกีบนภูเขา Ida
• ชาวจีนโบราณค้นพบหินแร่ซึ่งเป็นแม่เหล็กธรรมชาติที่ทำจากเหล็กออกไซด์เมื่อ 2,000 ปีที่แล้ว
• วิลเลียม กิลเบิร์ต นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษยืนยันข้อสังเกตก่อนหน้านี้เกี่ยวกับคุณสมบัติของแม่เหล็กในช่วงปลายศตวรรษที่ 16 รวมถึงการมีอยู่ของขั้วแม่เหล็ก
• Christian Oersted นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กในปี 1820
• Andre Ampere นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสขยายงานของ Oersted โดยศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กและพัฒนาแนวคิดของสนามแม่เหล็ก

การพัฒนาแม่เหล็กถาวร

• ในช่วงปีแรก ๆ ของแม่เหล็ก นักวิจัยสนใจที่จะผลิตแม่เหล็กที่แรงกว่าและทรงพลังกว่า
• ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักวิจัยของ Sumitomo ได้พัฒนาโลหะผสมของเหล็ก อะลูมิเนียม และนิกเกิล ซึ่งผลิตแม่เหล็กที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าวัสดุใดๆ ก่อนหน้านี้
• ในช่วงปี 1980 นักวิจัยจาก Academy of Sciences ในมอสโกได้เปิดตัวแม่เหล็กชนิดใหม่ที่ทำจากสารประกอบของนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน (NdFeB) ซึ่งเป็นแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดทางเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน
• แม่เหล็กสมัยใหม่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูงถึง 52 เมกะเกาส์โอสเตด (MGOe) ซึ่งนับว่ามหาศาลเมื่อเทียบกับ 0.5 MGOe ที่ผลิตโดยหินโลดสโตน

บทบาทของแม่เหล็กในการผลิตพลังงาน

• แม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการผลิตไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตไฟฟ้าจากกังหันลมและเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ
• แม่เหล็กยังใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งพบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่รถยนต์ไปจนถึงเครื่องใช้ในครัวเรือน
• ความสนใจในแม่เหล็กเกิดขึ้นจากความสามารถในการผลิตสนามแม่เหล็กซึ่งสามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้

อนาคตของแม่เหล็ก

• นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาวัสดุใหม่และการพัฒนาด้านแม่เหล็ก รวมถึงการใช้โลหะและโลหะผสมหายากของโลก
• แม่เหล็กนีโอเป็นแม่เหล็กชนิดใหม่ที่แรงกว่าแม่เหล็กรุ่นก่อนๆ และมีศักยภาพในการปฏิวัติสนามแม่เหล็ก
• เมื่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแม่เหล็กขยายออกไปเรื่อยๆ แม่เหล็กจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในสังคมที่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

สำรวจโลกแห่งแม่เหล็กอันน่าทึ่ง

อำนาจแม่เหล็กเป็นสมบัติของวัสดุบางชนิด ซึ่งทำให้สามารถดึงดูดหรือขับไล่วัสดุอื่นได้ ประเภทของแม่เหล็กรวมถึง:

• ไดอะแมกเนติก: แม่เหล็กชนิดนี้มีอยู่ในวัสดุทั้งหมดและเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัสดุ เมื่อวางวัสดุไว้ในสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนในวัสดุจะสร้างกระแสไฟฟ้าที่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็ก ส่งผลให้เกิดแรงผลักที่อ่อนแอซึ่งโดยปกติจะสังเกตไม่เห็น

• Paramagnetism: แม่เหล็กประเภทนี้มีอยู่ในวัสดุทั้งหมดเช่นกัน แต่จะอ่อนกว่าไดอะแมกเนติกมาก ในวัสดุพาราแมกเนติกส์ โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะไม่อยู่ในแนวเดียวกัน แต่สนามแม่เหล็กภายนอกสามารถจัดให้อยู่ในแนวเดียวกันได้ สิ่งนี้ทำให้วัสดุถูกดึงดูดเข้าสู่สนามแม่เหล็กอย่างอ่อน

• แม่เหล็กเฟอโรแมกเนติก: แม่เหล็กประเภทนี้เป็นที่คุ้นเคยมากที่สุดและเป็นสิ่งที่คนส่วนใหญ่นึกถึงเมื่อได้ยินคำว่า "แม่เหล็ก" วัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าดึงดูดแม่เหล็กอย่างมากและสามารถรักษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กได้แม้หลังจากที่สนามแม่เหล็กภายนอกถูกกำจัดออกไปแล้ว นี่เป็นเพราะโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในวัสดุเรียงตัวในทิศทางเดียวกัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังแม่เหล็ก

อำนาจแม่เหล็กเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า เช่น อิเล็กตรอน ในวัสดุ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากประจุเหล่านี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นชุดของเส้นที่สร้างสนามแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับจำนวนของประจุไฟฟ้าที่มีอยู่และระดับของประจุไฟฟ้าที่อยู่ในแนวเดียวกัน

โครงสร้างของวัสดุยังมีบทบาทในคุณสมบัติทางแม่เหล็กอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า โมเมนต์แม่เหล็กของโมเลกุลจะเรียงตัวในทิศทางเดียวกัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง ในวัสดุไดอะแมกเนติก โมเมนต์แม่เหล็กจะถูกวางตำแหน่งแบบสุ่ม ส่งผลให้เกิดแรงผลักที่อ่อนแอ

ความสำคัญของการทำความเข้าใจแม่เหล็ก

แม่เหล็กเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของสสารที่มีการใช้งานจริงมากมาย วิธีการบางอย่างที่ใช้แม่เหล็ก ได้แก่ :

• มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: อุปกรณ์เหล่านี้ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อสร้างการเคลื่อนที่หรือผลิตกระแสไฟฟ้า

• ที่เก็บข้อมูลแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กใช้เพื่อเก็บข้อมูลบนฮาร์ดไดรฟ์และสื่อเก็บข้อมูลแม่เหล็กประเภทอื่นๆ

• การถ่ายภาพทางการแพทย์: การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อสร้างภาพที่มีรายละเอียดของร่างกาย

• การลอยด้วยแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กสามารถใช้ทำให้วัตถุลอยได้ ซึ่งมีประโยชน์ในด้านการขนส่งและการผลิต

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็กก็มีความสำคัญเช่นกันสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ทำงานเกี่ยวกับวัสดุ เมื่อเข้าใจคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ พวกเขาสามารถออกแบบวัสดุที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเฉพาะสำหรับการใช้งานต่างๆ ได้

การสำรวจสนามแม่เหล็กในวัสดุ

ความแรงของสนามแม่เหล็กมีหน่วยเป็นแอมแปร์ต่อเมตร (A/m) ความเข้มของสนามแม่เหล็กสัมพันธ์กับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งเป็นจำนวนเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ที่กำหนด ทิศทางของสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยเวกเตอร์ ซึ่งชี้ไปในทิศทางของแรงแม่เหล็กบนประจุบวกที่เคลื่อนที่ในสนาม

บทบาทของตัวนำในสนามแม่เหล็ก

วัสดุที่นำไฟฟ้า เช่น ทองแดงหรืออะลูมิเนียม อาจได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ จะเกิดสนามแม่เหล็กซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า สิ่งนี้เรียกว่ากฎมือขวา โดยที่นิ้วหัวแม่มือชี้ไปในทิศทางของการไหลของกระแส และนิ้วจะงอไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก

ประเภทของวัสดุแม่เหล็กเฉพาะ

มีวัสดุแม่เหล็กเฉพาะสองประเภท: เฟอร์โรแมกเนติกและพาราแมกเนติก วัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ มีสนามแม่เหล็กแรงสูงและสามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ วัสดุพาราแมกเนติก เช่น อะลูมิเนียมและแพลทินัม มีสนามแม่เหล็กอ่อนและไม่สามารถเป็นแม่เหล็กได้ง่าย

แม่เหล็กไฟฟ้า: อุปกรณ์ทรงพลังที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแม่เหล็กชนิดหนึ่งที่สร้างขึ้นโดยการนำกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ ลวดมักจะพันรอบแกนที่ทำจากเหล็กหรือวัสดุแม่เหล็กอื่นๆ หลักการเบื้องหลังแม่เหล็กไฟฟ้าคือเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวด เมื่อพันลวดเป็นขดลวด สนามแม่เหล็กจะแข็งแกร่งขึ้น และแม่เหล็กที่ได้จะแรงกว่าแม่เหล็กถาวรทั่วไปมาก

แม่เหล็กไฟฟ้าถูกควบคุมอย่างไร?

ความแรงของแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถควบคุมได้ง่ายโดยการเปลี่ยนปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน โดยการเพิ่มหรือลดปริมาณของกระแส สนามแม่เหล็กสามารถลดลงหรือแข็งแกร่งขึ้นได้ ขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถย้อนกลับได้โดยการย้อนกลับการไหลของไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้ามีประโยชน์อย่างมากในการใช้งานที่หลากหลาย

การทดลองสนุกๆ กับแม่เหล็กไฟฟ้ามีอะไรบ้าง?

หากคุณสนใจวิทยาศาสตร์เบื้องหลังแม่เหล็กไฟฟ้า มีการทดลองสนุกๆ มากมายที่คุณสามารถลองทำได้ที่บ้าน นี่คือแนวคิดบางประการ:

• สร้างแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่ายโดยพันลวดรอบตะปูแล้วต่อเข้ากับแบตเตอรี่ ดูจำนวนคลิปหนีบกระดาษที่คุณสามารถหยิบได้ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า
• สร้างมอเตอร์อย่างง่ายโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าและแบตเตอรี่ คุณสามารถทำให้มอเตอร์หมุนในทิศทางตรงกันข้ามได้โดยการพลิกขั้วของแบตเตอรี่
• ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างง่าย ด้วยการหมุนขดลวดในสนามแม่เหล็ก คุณจะสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้เล็กน้อย

โดยรวมแล้ว การมีอยู่ของแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นผลมาจากความจริงที่ว่ามันสามารถควบคุมได้ง่ายด้วยไฟฟ้า ทำให้มันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในอุปกรณ์และแอพพลิเคชั่นมากมาย

Magnetic Dipoles: หน่วยการสร้างของแม่เหล็ก

ไดโพลแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของแม่เหล็ก เป็นหน่วยแม่เหล็กที่เล็กที่สุดและประกอบด้วยแม่เหล็กขนาดเล็กที่เรียกว่าอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้มีอยู่ในโมเลกุลของวัสดุและมีความสามารถในการสร้างสนามแม่เหล็ก ไดโพลแม่เหล็กเป็นเพียงวงของกระแสที่ประกอบด้วยประจุบวกและลบ

หน้าที่ของไดโพลแม่เหล็ก

ไดโพลแม่เหล็กมีบทบาทอย่างแข็งขันในโครงสร้างและหน้าที่ของสารประกอบหลายชนิด พวกมันมีอยู่ทั่วไปในสายไฟและวงจรทั่วไป และการมีอยู่ของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแรงของสนามแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กกำหนดโดยพื้นที่ของลูปและกระแสที่ไหลผ่าน

ความสำคัญของไดโพลแม่เหล็กในวิทยาศาสตร์การแพทย์

ไดโพลแม่เหล็กมีความสำคัญอย่างมากในด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์ พวกเขาใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กขนาดเล็กที่สามารถใช้ในการวินิจฉัยและรักษาอาการป่วยต่างๆ การใช้ไดโพลแม่เหล็กในทางการแพทย์เรียกว่าการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) MRI เป็นเทคนิคทางการแพทย์ที่ปลอดภัยและปลอดภัยซึ่งใช้ไดโพลแม่เหล็กเพื่อสร้างภาพภายในร่างกาย

สรุป

ดังนั้น แม่เหล็กจึงหมายถึงสิ่งที่ดึงดูดหรือขับไล่แม่เหล็ก เป็นแรงที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก คุณสามารถใช้มันเพื่อวางของบนตู้เย็นหรือทำเป็นเข็มทิศชี้ไปทางทิศเหนือ ดังนั้นอย่ากลัวที่จะใช้มัน! มันไม่ซับซ้อนอย่างที่คิด เพียงจำกฎและคุณจะสบายดี

ฉันชื่อ Joost Nusselder ผู้ก่อตั้ง Tools Doctor นักการตลาดเนื้อหา และพ่อ ฉันชอบทดลองใช้อุปกรณ์ใหม่ๆ และร่วมกับทีมของฉัน ฉันได้สร้างบทความบล็อกเชิงลึกตั้งแต่ปี 2016 เพื่อช่วยผู้อ่านที่ภักดีด้วยเครื่องมือและเคล็ดลับการประดิษฐ์