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

ฝนหิมะ (Sleet)

ฝนหิมะ หนึ่งในหยาดน้ำฟ้า ที่มักปรากฏขึ้นในฤดูหนาว ซึ่งก่อตัวขึ้นจากการผกผันของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโลกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลับไปมาของหยาดน้ำฟ้าอย่างรวดเร็ว จากเกล็ดหิมะละลายกลายเป็นน้ำฝนและเย็นตัวลงจนเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง ก่อนตกลงสู่พื้นดิน ฝนหิมะ (Sleet) หรือ “ฝนน้ำแข็ง” คือ หนึ่งในหยาดน้ำฟ้า (Precipitations) ที่มักปรากฏขึ้นในฤดูหนาว มีลักษณะเป็นก้อนน้ำแข็งกลมมนขนาดเล็ก ซึ่งก่อตัวขึ้นจากการผกผันของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโลกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลับไปมาของหยาดน้ำฟ้าอย่างรวดเร็ว ขณะลอยตัวอยู่ในอากาศเหนือพื้นดิน จากเกล็ดหิมะละลายกลายเป็นน้ำฝนและเย็นตัวลงจนเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง ก่อนตกลงสู่พื้นดิน “ฝนหิมะ” จึงมีคุณสมบัติแตกต่างจากหยาดน้ำฟ้าในฤดูหนาวอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นหิมะ (Snow) ลูกเห็บ (Hail) หรือฝนเยือกแข็ง (Freezing Rain) การเกิดฝนหิมะ ฝนหิมะก่อตัวขึ้นจากกระบวนการทางธรรมชาติเช่นเดียวกับหยาดน้ำฟ้าประเภทอื่น ๆ จากปรากฏการณ์อุณหภูมิผกผัน (Temperature Inversion) ในชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งโดยปกติแล้ว อุณหภูมิในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) จะลดลงตามระดับความสูงเหนือพื้นดินในอัตรา 6.5 องศาเซลเซียสต่อความสูงทุก 1 กิโลเมตร แต่เมื่อเกิดการแทรกตัวของกระแสอากาศหรือมวลอากาศอุ่น (Warm Air Mass) ท่ามกลางมวลอากาศที่เย็นกว่าที่รายล้อมอยู่โดยรอบ ไม่ว่าจะมีสาเหตุมาจากลักษณะภูมิประเทศของพื้นที่ดังกล่าวหรือเกิดจากการเย็นตัวช้าลงของพื้นแผ่นดินในฤดูหนาว ต่างส่งผลให้ลำดับชั้นของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศ เกิดความแปรปรวนไปจากสภาวะปกติ ฝนหิมะจึงก่อตัวขึ้นในสภาวะแวดล้อมเช่นนี้ที่ในชั้นบรรยากาศโลกมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส […]

ไขมันทรานส์ วายร้ายที่แฝงอยู่ในอาหาร

เมื่อเร็วๆ นี้ กระทรวงสาธารณสุขได้เผยแพร่ประกาศกระทรวงเรื่อง กำหนดอาหารที่ห้ามผลิต นำเข้า หรือจำหน่าย อาหารที่มีส่วนผสมของไขมันทรานส์ มาทำความรู้จักกับกรดไขมันขนิดนี้กันว่ามันคืออะไร และส่งผลต่อสุขภาพอย่างไรบ้าง

ลิงโคลนนิ่ง คู่แรกในจีน

นักวิทยาศาสตร์จีนประสบความสำเร็จโคลนนิ่งลิงเป็นครั้งแรกของโลก โดยใช้กระบวนการเดียวกันกับการโคลนนิ่งแกะดอลลี

ชุดตรวจโรคโควิด-19 ผลงานโดยนักวิจัยชาวไทย

สวทช. ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว ลดการนำเข้าหากมีการระบาดของโควิด -19 ระยะ 2 กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอ (RNA) ของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ (SARS-CoV-2) จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว เพื่อประหยัดงบประมาณและลดการนำเข้าชุดสกัดอาร์เอ็นเอ และชุดตรวจจากต่างประเทศ สวทช. เป็นหน่วยงานวิจัยและพัฒนาที่ให้ความสำคัญในการนำผลงานวิจัยและเทคโนโลยีไปใช้ในการช่วยเหลือประเทศชาติ ซึ่งตั้งแต่เดือนมกราคมที่ผ่านมา ทีมนักวิจัย สวทช. ได้คิดค้นและวิจัยนวัตกรรมเพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดที่เกิดขึ้น โดยนำองค์ความรู้ในเทคโนโลยีสาขาต่าง ๆ มาประยุกต์ใช้ และทำงานแข่งกับเวลา ที่ผ่านมา สวทช, สนับสนุนการทำงานของแพทย์ พยาบาล และบุคลากรทางการแพทย์ ทั้งเรื่องการตรวจยืนยัน ตรวจติดตาม และประเมินความเสี่ยง เช่น แอปพลิเคชัน DDC-Care เพื่อติดตามและประเมินผู้ที่มีความเสี่ยงต่อโรคติดเชื้อโควิด-19 ซึ่งกรมควบคุมโรคได้นำไปใช้ในพื้นที่จริง และช่วยแบ่งเบาภาระให้กับบุคลากรทางการแพทย์ได้เป็นอย่างดี นอกนากนี้ สวทช. ยังพัฒนาแอปพลิเคชัน […]