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

ความรู้ประจำวัน : ไดโนเสาร์เต้นรำเหมือนนก

หนึ่งในสิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับการศึกษาไดโนเสาร์ก็คือ นกในปัจจุบันคือไดโนเสาร์ที่ยังมีชีวิต หรืออาจกล่าวได้ว่าพวกมันคือลูกหลานของไดโนเสาร์ นกจำนวนมากอวดโฉมขนของพวกมันเพื่อใช้ในการจับคู่ ทีนี้ลองคิดถึงบรรพบรุษของนกอย่างไทเซราทอปส์ ไดโนเสาร์มีเขาที่ใช้แผงบนศีรษะของมันเพื่อจุดประสงค์เดียวกันบ้าง นักบรรพชีวินวิทยาไม่คิดว่าเขาและแผงบนหัวของไดโนเสาร์ชนิดนี้จะมีไว้เพื่อใช้สำหรับการต่อสู้ ตรงกันข้ามพวกเขาคิดว่าสิ่งนี้มีไว้เพื่ออวดโฉมในการจับคู่ เนื่องจากเมื่อเติบโตขึ้นกระดูกบริเวณนี้จะเปราะและบางลง ดังนั้นเมื่อมองไปที่จังหวะการเต้นรำของนกบางสายพันธุ์ที่ทำเพื่อการจับคู่แล้ว ในโลกดึกดำบรรพ์ก็มีความเป็นไปได้เช่นกันว่าไดโนเสาร์เหล่านี้อาจเต้นรำไม่ต่างจากนก ซึ่งคงเป็นภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจน่าดู   อ่านเพิ่มเติม : แขนจิ๋วของทีเร็กซ์อาจเป็นอาวุธอันตราย, ฟอสซิลอสุรกายแห่งท้องทะเลถูกพบในอินเดีย

พืชใบเลี้ยงคู่ (Dicotyledon)

นิยามของพืชใบเลี้ยงคู่ (Dicotyledon หรือ Magnoliopsida) คือ พืชที่มีใบเลี้ยง 2 ใบ เมื่อเริ่มงอกออกจากเมล็ดพันธุ์ เป็นพืชที่มีรากเป็นระบบรากแก้ว และเมื่อเจริญเติบโตเต็มที่แล้ว จะไม่เกิดข้อและปล้องขึ้นชัดเจนตามบริเวณลำต้นเหมือนกับพืชใบเลี้ยงเดี่ยว พืชใบเลี้ยงคู่ มีเปลือกหนาและมีเนื้อไม้แข็งแรง ขณะที่ท่อลำเลียงอาหารและน้ำของพืชกลุ่มนี้ จะจัดเรียงอยู่ภายในลำต้นอย่างเป็นระเบียบ จึงทำให้พืชใบเลี้ยงคู่มีการเจริญเติบโตทางด้านข้าง สามารถแผ่กิ่งก้านสาขาได้ดี อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การงอกของเมล็ดพืช แกนกลางของลำต้นพืชกลุ่มนี้จะไม่มีท่อลำเลียง แต่จะเป็นเนื้อไม้ซึ่งมีความแข็งแรงคงทน ส่วนท่อลำเลียงจะจัดเรียงเป็นวงอย่างมีระเบียบอยู่รอบลำต้น ส่วนใบของพืชกลุ่มนี้มีลักษณะกว้าง มีการแตกแขนงเป็นร่างแหออกจากแกนกลางของใบ จำนวนของกลีบดอกจะมี 4 – 5 กลีบ หรือทวีคูณของ 4 – 5 หากปลูกพืชใบเลี้ยงคู่เพื่อเก็บเกี่ยวผลผลิต ส่วนใหญ่มักต้องใช้เวลา นานกว่าพืชใบเลี้ยงเดี่ยวถึงจะเก็บเกี่ยวผลผลิตได้ ทั้งนี้ยังมีความแตกต่างกันอีกมากระหว่างพืชใบเลี้ยงเดี่ยวและใบเลี้ยงคู่ อย่างเช่น ลักษณะโครงสร้างของเกสร หรือปากใบ (Stomata) แต่มันยากที่จะสังเกตเห็นชัดด้วยตาเปล่า พืชใบเลี้ยงคู่ส่วนใหญ่เป็นพืชที่มีอายุยืนยาวกว่าพืชใบเลี้ยงเดี่ยว มีลักษณะของใบกว้าง มีเส้นใบแตกแขนงเป็นร่างแหที่ซับซ้อนออกจากตรงแก่นกลางของใบ และส่วนของกลีบดอกจะมีจำนวนราว 4 ถึง 5 กลีบ หรือเท่าทวีคูณของ 4 และ 5 […]

แขนจิ๋วของทีเร็กซ์อาจเป็นอาวุธอันตราย

แขนจิ๋วของ ทีเร็กซ์ อาจเป็นอาวุธอันตราย แขนจิ๋วสองข้างของเจ้าไดโนเสาร์ ทีเร็กซ์ เป็นปริศนาคาใจมาช้านาน ตลอดหลายปีที่ผ่านมามีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับแขนคู่นี้ ไม่ว่าจะเป็นไว้สำหรับจับเหยื่อที่กำลังดิ้นรนรอความตาย, ช่วยยันตัวไดโนเสาร์เองขึ้นมาจากพื้น หรือใช้จับคู่ของมันขณะผสมพันธุ์ ไม่ว่าแขนของมันจะมีไว้ใช้ทำอะไรก็ตาม ผลการศึกษาที่เป็นเอกฉันท์ในช่วงหลายปีมานี้ลงความเห็นว่าแขนคู่นี้เป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นเศษตกค้างจากวิวัฒนาการของมัน ที่มันได้รับมาจากบรรพบรุษทีเร็กซ์ คล้ายกับปีกในนกที่บินไม่ได้และในขณะเดียวกันนักวิทยาศาสตร์ก็เสนอว่า การที่แขนของมันมีขนาดเล็กลงนั้นมีขึ้นเพื่อจำเป็นให้รับกับศีรษะและลำคอที่ทรงพลังไปด้วยมัดกล้ามเนื้อของมัน แต่ปัจจุบันนักวิจัยชี้ว่าสิ่งที่เราเข้าใจทั้งหมดนี้อาจผิด สตีเฟ่น สแตนลีย์ นักบรรพชีวินวิทยาจากมหาวิทยาลัยฮาวาย เชื่อว่าแขนของไทแรนโนซอรัสวิวัฒนาการขึ้นเพื่อใช้ในการข่วนระยะใกล้ ซึ่งด้วยกรงเล็บแหลมความยาว 4 นิ้ว นั่นจะสร้างบาดแผลฉกรรจ์ให้แก่เหยื่อที่เจอเข้ากับอาวุธร้ายอันตรายนี้เข้าไป “ในระยะใกล้ ขากรรไกรที่แข็งแรงและกรงเล็บขนาดใหญ่ของทีเร็กซ์สามารถจับเหยื่อจากด้านหลังได้อยู่หมัดและยังข่วนเหยื่อให้เป็นแผลลึกยาวเกือบเมตร ภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที” สแตนลี่ย์กล่าว “ซึ่งทั้งหมดนี้มันสามารถทำซ้ำได้อีกหลายครั้งอย่างรวดเร็ว” จากการศึกษาพบว่ามีไดโนเสาร์สายพันธุ์ที่ใกล้เคียงกับทีเร็กซ์ใช้กรงเล็บของมันข่วนเหยื่อเช่นกัน “ฉะนั้นแล้วในแง่ของอาวุธที่น่าเกรงขาม ทำไมทีเร็กซ์จะไม่ใช่ประโยชน์จากอวัยวะนี้?” สแตนลี่ย์ถาม ตัวเขาเสนอรายงานการค้นพบนี้ เมื่อปลายเดือนตุลาคม ในซีแอตเทิล ระหว่างการประชุมที่จัดขึ้นโดยสมาคมธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา ในกรณีนี้นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องโฟกัสไปที่กระดูกแขนของทีเร็กซ์ ซึ่งแรงข่วนจะมีมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ “กระดูกและข้อต่อที่ไม่ปกติ” มีส่วนช่วยให้แขนของมันเคลื่อนไหวได้หลายทิศทาง ซึ่งสนับสนุนทฤษฎีการข่วน สแตนลี่ย์กล่าว นอกจากนั้นไทแรนโนซอรัสยังเสืยกรงเล็บข้างหนึ่งของมันไปจากวิวัฒนาการอีกด้วย สิ่งที่เกิดขึ้นนี้ช่วยให้แรงกดมากกว่า 50% ถ่ายเทไปที่กรงเล็บที่เหลือทั้ง 2 ข้าง และช่วยให้การข่วนเฉือนเหยื่อมีประสิทธิภาพมากขึ้น (เกราะของไดโนเสาร์สายพันธุ์นี้ก็อาจไม่ได้มีไว้แค่การต่อสู้เช่นกัน)    ข่วนเฉือนเพื่อผสมพันธุ์ อย่างไรก็ตามมีผู้เชี่ยวชาญที่ไม่เห็นด้วย “มันดูไร้เหตุผลที่จะใช้แขนเล็กๆ […]