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

ค้นพบดีเอ็นเอของชนพื้นเมืองอเมริกันที่ไม่เคยถูกพบมาก่อน

จีโนมของมนุษย์โบราณนี้เป็นรูปแบบที่ไม่เคยพบมาก่อน เชื่อกันว่าพวกเขาแยกสายวิวัฒนาการออกมาจากชนพื้นเมืองในอเมริกาเผ่าอื่นๆ เมื่อราว 10,000 ปีก่อน

พลังงานจากถ่านหิน (Coal)

มนุษย์โลกใช้ พลังงานจากถ่านหิน มาเป็นเวลาหลายศตวรรษ และในปัจจุบัน หลายประเทศกำลังกังวลเกี่ยวกับผลกระทบจากการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้ถ่านหิน ถ่านหิน (Coal) คือหนึ่งในเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil fuel) ที่เกิดจากการทับถมกันของซากพืชในพื้นที่ชื้นแฉะหรือแหล่งน้ำตื้นเขิน ภายใต้การทับถมกันของหิน ดิน ทราย และตะกอนในแหล่งน้ำ ทำให้ซากพืชไม่ย่อยสลายไปอย่างรวดเร็วตามธรรมชาติ แต่สะสมกันเป็นชั้นหนา ก่อนถูกบีบอัดให้จมลึกลงใต้พื้นโลก ภายใต้ความร้อนและความดันที่เพิ่มสูงขึ้นเป็นระยะเวลาหลายร้อยล้านปี ทำให้ซากพืชที่ทับถมกันกลายเป็นถ่านหิน ซึ่งเป็นหินตะกอนสีน้ำตาล-ดำชนิดหนึ่ง มีคุณสมบัติเป็นเชื้อเพลิงที่ดี และสังคมมนุษย์ก็ขับเคลื่อนด้วย พลังงานจากถ่านหิน มาเป็นเวลาหลายศตวรรษ ประเภทของถ่านหิน พีต (Peat) เป็นถ่านหินในขั้นแรกเริ่มของกระบวนการเกิดถ่านหิน จึงมีองค์ประกอบของซากพืชบางส่วนที่ยังย่อยสลายไม่หมด สามารถมองเห็นรูปร่างของกิ่งไม้ ลำต้น หรือใบไม้ ในเนื้อถ่านหินประเภทนี้ได้ ซึ่งส่งผลให้พีตมีลักษณะค่อนข้างร่วนและมีความชื้นสูง ดังนั้น ก่อนนำพีตมาใช้เป็นเชื้อเพลิง จึงต้องผ่านกระบวนการกำจัดความชื้นเสียก่อน ความร้อนที่ได้จากการเผาพีตสูงกว่าที่ได้จากไม้ฟืนทั่วไป สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนภายในครัวเรือนได้ดี ลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหินที่มีอายุน้อยเป็นลำดับที่ 2 รองจากพีต มีเนื้อเหนียว สีเข้ม และผิวด้าน มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีต ยังคงมีความชื้นและองค์ประกอบของซากพืชหลงเหลืออยู่ภายในเนื้อถ่านหินเล็กน้อย ส่งผลให้เมื่อติดไฟมักเกิดควันและเถ้าถ่านปริมาณมาก ดังนั้น ลิกไนต์จึงถือเป็นถ่านหินคุณภาพต่ำที่ให้ความร้อนได้ไม่สูงนัก แต่เพียงพอสำหรับการนำไปใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ซับบิทูมินัส […]

ดวงอาทิตย์เทียม ความสำเร็จครั้งใหม่ของประเทศจีน

เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม ปี 2020 ที่ผ่านมา ประเทศจีนประสบความสำเร็จในการทดสอบการทำงานของ “ดวงอาทิตย์เทียม” (Artificial Sun) หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion Reactor) ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและทันสมัยที่สุดของประเทศเป็นครั้งแรก ดวงอาทิตย์เทียม หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รุ่นเอชแอล-ทูเอ็มโทคาแมค (HL-2M Tokamak) เครื่องนี้ ได้กลายเป็นก้าวสำคัญและความหวังของวงการวิทยาศาสตร์โลกในการแสวงหาแหล่งพลังงานสะอาดและปลอดภัยที่สามารถรองรับความต้องการของมนุษย์ในอนาคต ดวงอาทิตย์เทียมดวงนี้ ตั้งอยู่ ณ เมืองเฉิงตู ในมณฑลเสฉวน ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่มีขนาดความสูงราว 11 เมตร มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เมตร และมีน้ำหนักกว่า 400 ตัน ซึ่งถูกออกแบบและพัฒนาโดยเทคโนโลยีและอุปกรณ์โทคาแมค (Tokamak) ขั้นสูง ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กรูปวงแหวน (Magnetic Confinement: MFE) ทำหน้าที่เหนี่ยวนำพลาสมา (Plasma) หรือสสารที่มีน้ำหนักเบา จนหลอมรวมกันเป็นฮีเลียม (ธาตุหนัก) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ความร้อนสูงออกมา ดังนั้น พลังและความเข้มของสนามแม่เหล็ก จึงเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดการหลอมรวมกันของพลาสมาและการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion […]