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

กรณีตัวอย่างของความสัมพันธ์ระหว่างชนิดพันธุ์ ที่แสดงถึงภาวะพึ่งพา

ในธรรมชาติ บางครั้ง สิ่งมีชีวิตมักสร้างปฏิสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดอย่างที่เราคาดไม่ถึง และทำงานเพื่อประโยชน์ร่วมกันของพวกมัน ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ เป็นความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด โดยจำแนกได้หลายรูปแบบ เช่น ภาวะปรสิต (ซึ่งสปีชีส์หนึ่งได้ประโยชน์และอีกสปีชีส์หนึ่งได้รับอันตราย) ภาวะอิงอาศัย (โดยที่สปีชีส์หนึ่งได้ประโยชน์และอีกสปีชีส์หนึ่งไม่ได้รับอันตรายและไม่ได้รับความช่วยเหลือ) และ ภาวะพึ่งพา ภาวะพึ่งพา เป็นประเภทของความสัมพันธ์ทางชีวภาพที่ 2 สายพันธุ์ ได้รับประโยชน์จากปฏิสัมพันธ์ แม้ว่าภาวะพึ่งพาจะมีความซับซ้อนสูง แต่ก็สามารถแบ่งความสัมพันธ์รูปแบบนี้ได้ 2 ลักษณะ คือ การพึ่งพาอาศัยซึ่งกันและกันทั้งหมด ต้องดำรงชีวิตด้วยกันตลอด (obligate mutualism) และการได้รับประโยชน์จากการพึ่งพา แต่สามารถดำรงชีวิตแยกจากกันได้ (facultative mutualism) เหล่านี้เป็นตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตที่มีภาวะพึ่งพา 1. กุ้งไกปืนและปลาบู่ทะเล วงศ์ปลาบู่มีสมาชิกราวสองพันชนิด ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ตามพื้นทะเล ในบางครั้ง พวกมันมีปฏิสัมพันธ์แบบพึ่งพากับกุ้งไกปืนในวงศ์ Alpheidae กุ้งไกปืน (Pistol shrimp) เป็นนักขุดหลุมที่ชำนาญ โดยพวกมันจะขุดทรายตามพื้นทะเล และบางครั้งพวกมันก็แบ่งปันพื้นที่ในรูกับปลาบู่ทะเล ด้านนอกของหลุม กุ้งไกปืนมักทำตัวติดกับปลาบู่ทะเลตลอดเวลา เพื่อป้องกันตัว เมื่อปลาบู่ทะเลมองเห็นผู้ล่าที่อันตราย มันจะปล่อยสารเคมีบางอย่างออกมา และมุดตัวกลับเข้าไปในรู เช่นเดียวกับกุ้งไกปืน […]

สัตว์มีกระดูกสันหลัง (Vertebrate)

สัตว์มีกระดูกสันหลัง เป็นกลุ่มสัตว์ที่มีวิวัฒนาการสูงสุดในอาณาจักรสัตว์ อาณาจักรสัตว์ (Animal Kingdom) คือหนึ่งในห้าอาณาจักรของสิ่งมีชีวิตบนโลก และสิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการสูงสุดในอาณาจักรนี้คือ สัตว์มีกระดูกสันหลัง (Vertebrate) โดยมีไขสันหลัง (Spinal Cord) หรือกระดูกสันหลัง (Vertebrae) เป็นแกนหลักที่ช่วยพยุงโครงสร้างของร่างกาย มีลักษณะกระดูกที่เรียงร้อยต่อกันเป็นข้อตามแนวยาวด้านหลังของสิ่งมีชีวิต ทำหน้าที่ปกป้องเส้นประสาทและระบบสมอง ซึ่งเป็นอวัยวะที่สำคัญต่อการเรียนรู้และพฤติกรรมของสัตว์มีกระดูกสันหลัง โครงสร้างของสัตว์มีกระดูกสันหลัง นอกจากกระดูกสันหลังและไขสันหลังซึ่งถือเป็นโครงร่างภายใน (Internal Skeleton) สัตว์มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่มีแขนขา 2 คู่ ซึ่งรวมไปถึงครีบของสัตว์จำพวกปลา และปีกในกลุ่มสัตว์ปีก ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ระบบเนื้อเยื่อของร่างกายเจริญเป็นอวัยวะต่างๆที่มีการทำงานอย่างสลับซับซ้อนและมีระบบกล้ามเนื้อ (Muscular System) จำนวนมาก ช่วยส่งเสริมให้สัตว์มีกระดูกสันหลังสามารถเคลื่อนไหวอย่างมีประสิทธิภาพ และระบบประสาทส่วนกลาง (Central Nervous System: CNS) ที่ส่งเสริมให้สัตว์มีกระดูกสันหลังสามารถเคลื่อนไหวได้หลากหลายมิติ สามารถรับรู้ความรู้สึก ประมวลผล และปรับตัว ก่อให้เกิดพฤติกรรมและการเข้าสังคมที่แตกต่างจากสิ่งมีชีวิตหรือสัตว์จำพวกอื่น วิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลัง จากจุดเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร วิวัฒนาการเริ่มจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปจนกระทั่งถึงสัตว์มีกระดูกสันหลัง กลุ่มปลาออสตราโคเดิร์ม (Ostracoderm) หรือปลาไม่มีขากรรไกรที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังกลุ่มแรกที่วิวัฒน์ขึ้นมา เมื่อประชากรสัตว์มีกระดูกสันหลังในแหล่งน้ำเพิ่มจำนวนมากขึ้น จนก่อให้เกิดการแย่งชิงพื้นที่และแหล่งอาหาร เป็นแรงผลักให้สัตว์มีกระดูกสันหลังต้องปรับตัวครั้งใหญ่เพื่อความอยู่รอด ด้วยการขึ้นมาอาศัยอยู่บนบก เกิดเป็นกลุ่มสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก […]

ทรัพยากรธรรมชาติ (Natural Resources)

ทรัพยากรธรรมชาติ เป็นสิ่งที่มนุษย์ต้องพึ่งพา และเป็นปัจจัยพื้นฐานในการดำรงชีวิตของทุกชีวิต นับตั้งแต่โลกถือกำเนิดขึ้นเมื่อกว่า 4,500 ล้านปีมาแล้ว ดาวเคราะห์ดวงนี้ ได้เกิดการวิวัฒนาการเรื่อยมาจนมีบรรยากาศและสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต ทั้งพืช สัตว์ และมนุษย์ต่างล้วนพึ่งพาอาศัย “สสาร” หรือ “องค์ประกอบ” ในธรรมชาติเพื่อความอยู่รอด ทรัพยากรที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติโดยปราศจากการปรุงแต่งของมนุษย์หรือที่เรียกกันว่า “ ทรัพยากรธรรมชาติ ” (Natural Resources) ไม่ว่าจะเป็น ดิน หิน น้ำ อากาศและแร่ธาตุ สิ่งเหล่านี้ ล้วนก่อกำเนิดขึ้นจากการสรรค์สร้างของธรรมชาติ ซึ่งกลายมาเป็นปัจจัยพื้นฐานของทุกสรรพชีวิตบนโลก โดยที่มนุษย์ได้นำทรัพยากรธรรมชาติทั้งหลายมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทรัพยากรธรรมชาติสามารถจำแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คือ ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้ได้ไม่หมดสิ้นหรือสามารถทดแทนได้ (Renewable Resources) คือ ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วไม่สูญหายไปจากโลกใบนี้ เช่น แสงอาทิตย์ น้ำและอากาศ เนื่องจากมีวัฏจักรหรือกระบวนการทางธรรมชาติที่สามารถสร้างทรัพยากรดังกล่าวขึ้นมาทดแทนส่วนที่ถูกใช้งานไป โดยที่ทรัพยากรบางชนิดอาจใช้ระยะเวลาไม่ถึง 1 วัน ในกระบวนการเกิดใหม่ตามธรรมชาติ แต่ทรัพยากรบางชนิดอาจใช้เวลามากถึง 100 ปี เช่น ทรัพยากรป่าไม้ และสัตว์ป่า ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วหมดไป (Non-Renewable […]