แม่เหล็ก ดึงดูดโลหะบางชนิดได้อย่างไร และมาเรียนรู้สนามแม่เหล็กในโลกของเรา

แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กโลก

แม่เหล็ก มีแรงดึงดูดและแรงผลักต่อโลหะบางชนิด

การค้นพบ แม่เหล็ก (Magnet) และสนามแม่เหล็กโลก

แม่เหล็กถูกค้นพบครั้งแรก โดยชายเลี้ยงแกะในดินแดนแมกนีเซีย (Magnesia) พื้นที่ทางตอนเหนือของประเทศกรีซ เมื่อราว 5 พันปีก่อน แรงแม่เหล็ก หรือแรงดึง ที่ดูดโลหะแปลกปลอมเข้าหานั้น ถูกพบภายในก้อนหินสีดำใต้พื้นผิวโลก

หินที่ถูกขนานนามว่า “แมกเนต” (Magnet) หรือ “แม่เหล็ก” หินแม่เหล็กในธรรมชาติเป็นสารประกอบออกไซด์ของเหล็ก (Fe3O4) หรือ “แมกนีไทต์” (Magnetite) เป็นวัตถุที่มีคุณสมบัติในการดึงดูดโลหะบางชนิด โดยเฉพาะวัตถุที่มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก (Fe) โครเมียม (Cr) แมงกานิส (Mn) และนิกเกิล (Ni) หรือที่เรียกกันว่า “สารแม่เหล็ก” (Ferromagnetic material)

ในอดีต มนุษย์นำหินสีดำนี้มาใช้ประโยชน์มากมาย ทั้งการใช้เป็นหินนำทาง (Lodestone) ของชาวกรีกและโรมัน รวมถึงการนำมาใช้ประดิษฐ์เข็มทิศเพื่อนำทางและใช้ในศาสตร์พยากรณ์ของชาวจีนโบราณ โดยเข็มทิศเรือนแรกของโลกถูกสร้างขึ้นในสมัยราชวงศ์ฮั่นของจีน เมื่อหลายพันปีมาแล้ว ก่อนได้รับการพัฒนาเรื่อยมาจนเป็นเข็มทิศในยุคปัจจุบัน

เข็มทิศ, แม่เหล็ก, การประยุกต์ใช้แม่เหล็ก
เข็มทิศที่ชาวจีนประกดิษฐ์ขึ้นในช่วงแรก

แม่เหล็กและอำนาจแม่เหล็ก (Magnet and Magnetism)

แม่เหล็กมีแรงดึงดูดและแรงผลักต่อโลหะบางชนิด ซึ่งเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าภายในโครงสร้างของแม่เหล็กที่แตกต่างจากวัตถุทั่วไป

ในจักรวาลของเรา ทุกสสารและวัตถุธาตุเกิดจากการรวมตัวกันของอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า “อะตอม” (Atom) ซึ่งประกอบไปด้วยอิเล็กตรอน (Electron) ที่โคจรรอบนิวเคลียส (Nucleus) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ส่งผลให้อิเล็กตรอนทุกตัว มีคุณสมบัติคล้ายเป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก (Microscopic magnet)

ในวัตถุทั่วไป ทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เกิดขึ้นอย่างไม่เป็นระเบียบมากนัก โดยมีทิศทางการหมุนไร้แบบแผนและหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ส่งผลให้เกิดการลบล้างแรงแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้น แต่โครงสร้างภายในแม่เหล็กนั้น ทุกโมเลกุลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ ในทุกอะตอมมีอิเล็กตรอน ซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันทั้งหมด ก่อให้เกิดขั้วทั้ง 2 ขึ้นภายในแม่เหล็ก คือ ขั้วมุ่งทิศเหนือ (North seeking pole) หรือ “ขั้วเหนือ” (North) และขั้วมุ่งทิศใต้ (South seeking pole) หรือ “ขั้วใต้” (South)

การเกิดขั้วตรงกันข้ามของแม่เหล็กก่อให้เกิดแรงแม่เหล็ก (Magnetic force) จากขั้วเหนือสู่ขั้วใต้ สร้างสนามพลังหรือที่เรียกว่า “สนามแม่เหล็ก” (Magnetic Field) ขึ้นในบริเวณโดยรอบของแม่เหล็กนั้น

แม่เกล็ก, ขั้วแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็ก
ขั้วเหนือ (N) และขั้วใต้ (S) ของแม่เหล็ก

คุณสมบัติของแม่เหล็ก

วางตัวในแนวทิศเหนือและใต้

ขั้วแม่เหล็กชนิดเดียวกันจะเกิดการผลักกัน ในขณะที่ขั้วต่างชนิดกันเกิดแรงดึงดูดเข้าหากัน

แรงแม่เหล็ก (Magnetic force) จะเคลื่อนที่จากขั้วเหนือไปขั้วใต้ ซึ่งก่อให้เกิดสนามพลังที่เรียกว่า “สนามแม่เหล็ก” (Magnetic Field)

แม่เหล็กส่งอำนาจหรือแรงแม่เหล็กจากขั้วทั้ง 2 ในลักษณะ 3 มิติ โดยที่บริเวณขั้วทั้งสองจะมีอำนาจแม่เหล็กสูงสุด ขณะที่ตรงกึ่งกลางจะไม่ปรากฏแรงแม่เหล็กใดๆ

สารแม่เหล็ก เช่น เหล็ก (Fe) โคบอลต์ (Co) นิกเกิล (Ni) และสารประกอบของโลหะเหล่านี้ สามารถกลายเป็นแม่เหล็กได้ง่าย หากเข้าไปอยู่ภายใต้อำนาจสนามแม่เหล็กหรือถูกกระตุ้นให้เกิดการเรียงตัวโมเลกุลแม่เหล็ก (Magnetic domain) ขึ้นใหม่ จนเป็นไปในทิศทางเดียวกันเพื่อให้สามารถแสดงอำนาจแม่เหล็กออกมาได้เช่นเดียวกับแม่เหล็กอื่นๆ

อ่านต่อหน้า 2 

เรื่องแนะนำ

ปลาบึก : ราชินีแห่งสายน้ำ

(ภาพบน) นักสำรวจของเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เซบ โฮแกน (ซ้าย) กำลังช่วยเหลือเจ้าหน้าที่กรมประมงของกัมพูชาติดแท็กติดตามและปล่อยกลับสู่แม่น้ำโขง ซึ่งชาวประมงจับได้ใกล้กับกรุงพนมเปญ เมื่อวันที่ 9 พฤศจิกายน 2558 / ภาพถ่ายได้รับความอนุเคราะห์จาก THE UNIVERSITY OF NEVADA, RENO ปลาบึก เป็นปลาน้ำจืดไม่มีเกล็ดที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดตัวเต็มวัยยาวประมาณ 3 เมตร มีน้ำหนักมากกว่า 250 กิโลกรัม แต่เดิมเป็นปลาเฉพาะถิ่น (endemic species) ที่พบเฉพาะในแม่น้ำโขงและแม่น้ำสาขาเท่านั้น ปัจจุบัน จำนวนประชากร ปลาบึก มีจำนวนน้อยมาก และอยู่ในกลุ่มสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ (Endangered species) ปลาบึกมีชื่อสามัญว่า Mekong giant catfish (Pangasianodon gigas) อาหารของปลาบึกคือพืชน้ำและตะไคร่น้ำ ในประเทศไทยพบการกระจายตัวอยู่ในแม่น้ำโขงตั้งแต่จังหวัดเชียงรายจนถึงจังหวัดอุบลราชธานี ที่ผ่านมา ปลาบึกเป็นปลาที่สร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับชาวประมงพื้นบ้านเป็นอย่างมาก แต่เนื่องจากประชากรปลาไม่สามารถสืบพันธุ์และเจริญเติบโตทันความต้องการ รวมทั้งปัจจัยการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของแม่น้ำโขง ส่งผลให้จำนวนประชากรปลาบึกตามธรรมชาติลดลงอย่างต่อเนื่อง กรมประมงจึงได้พยายามดำเนินการเพาะขยายพันธุ์ จนประสบผลสำเร็จครั้งแรกในปี 2526 ซึ่งจากความสำเร็จดังกล่าวทำให้การศึกษาทางอนุกรมวิธานของปลาบึกสมบูรณ์ยิ่งขึ้น […]

ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นเพราะเหตุใด

เรามักจะรู้สึกว่า ช่วงวันเวลาของ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นๆ เหตุการณ์นี้สังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนในประเทศแถบซีกโลกเหนือ ส่วนประเทศในเขตร้อนที่อยู่ใกล้แนวเส้นศูนย์สูตร อาจจะไม่เห็นความแตกต่างมากนัก สำหรับเหตุการณ์ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูกาลอื่นนั้นมีคำตอบอยู่ที่ มุมเอียงของแกนโลก และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะแกนโลกเอียง เมื่อเรามองโลกจากห้วงอวกาศ เราจะเห็นว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงเกือบกลม อย่างไรก็ตาม โลกของเราไม่ได้ตั้งเป็นแนวตรงเสียทีเดียว แต่มีมุมเอียงประมาณ 23.5 องศา เนื่องจากการเอียงของแกนโลก ประกอบกับการโคจรรอบดวงอาาทิตย์ จึงทำให้ซีกหนึ่งของโลกเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ และอีกซีกหนึ่งเอียงออกห่างดวงอาทิตย์ เหตุเพราะแกนโลกเอียง จึงทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบแตกต่างกันในแต่ละฤดูกาล ในช่วงฤดูร้อน ซีกโลกเหนือจะเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลให้มีช่วงกลาววันที่ยาวนาน แต่ในฤดูหนาว ซีกโลกเหนือเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์ จึงเป็นผลให้มีช่วงกลางวันที่สั้นกว่าฤดูร้อน รวมไปถึงอุณหภูมิก็จะลดต่ำลงในช่วงฤดูหนาวด้วย เนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบยังซีกโลกเหนือน้อยลง แล้วเป็นเช่นนี้เหมือนกันทั้งโลกเลยหรือ ในขณะที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่ซีกโลกเหนือ แต่ไม่ใช่จะเกิดขึ้นกับพื้นที่อื่นๆ ของโลก ในซีกโลกใต้จะให้ผลในทางตรงกันข้าม หรือประเทศที่อยู่แถบเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนแทบไม่แตกต่างกัน เรื่องที่น่าสนใจคือ ในระหว่างช่วงฤดูหนาวที่หลายประเทศต้องเผชิญกับช่วงกลางคืนที่ยาวนาน แต่บางพื้นที่ต้องพบกับความมืดมิดตลอดทั้งวันและคืน เช่น เมืองทรอมโซ ประเทศนอร์เวย์ เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์จนแสงอาทิตย์เดินทางไปไม่ถึง สำหรับประเทศไทยที่อยู่ตั้งอยู่ใกล้กับแนวเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนในฤดูอาจไม่แตกต่างกันมากอย่างประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากได้รับแสงแดดตลอดทั้งปี แม้จะรู้สึกได้บ้างในช่วงฤดูหนาวในประเทศไทย ที่คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่ามืดเร็วกกว่าฤดูอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวัน แตกต่างกับประเทศในซีกโลกเหนือ […]

เหตุใดนิวตันจึงเชื่อว่า ดาวหางเป็นเหตุของน้ำท่วมโลก

แม้จะมีน้ำบนโลกและมีฝนตกลงมาทั้งวันทั้งคืนสี่สิบเก้าวัน ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดน้ำท่วมครั้งใหญ่ได้ ฉะนั้นแล้วต้องมีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อื่นๆสำหรับเรื่องราวอุทกภัยครั้งยิ่งใหญ่นี้