อะไรทำให้แม่เหล็กแข็งแรง?

แม่เหล็กเป็นชื่อของสนามแรงที่เกิดจากแม่เหล็ก แม่เหล็กดึงดูดโลหะบางชนิดจากระยะไกลผ่านมัน ทำให้พวกมันเคลื่อนที่เข้าไปใกล้ขึ้นโดยไม่มีสาเหตุที่ชัดเจน นอกจากนี้ยังเป็นวิธีที่แม่เหล็กส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน แม่เหล็กทั้งหมดมีสองขั้ว เรียกว่าขั้ว "เหนือ" และ "ใต้" เหมือนขั้วแม่เหล็กดึงดูดกัน ต่างจากขั้วแม่เหล็กผลักกัน มีความแตกต่างกันมากมาย ชนิดของแม่เหล็ก ด้วยระดับความแรงที่หลากหลาย แม่เหล็กบางชนิดแทบจะไม่แข็งแรงพอที่จะใส่กระดาษไว้ในตู้เย็นได้ คนอื่นแข็งแรงพอที่จะยกรถได้

เพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่ทำให้แม่เหล็กแข็งแกร่ง คุณต้องเข้าใจบางสิ่งเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของศาสตร์แห่งแม่เหล็ก ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 การมีอยู่ของสนามแม่เหล็กเป็นที่รู้จักกันดี เช่นเดียวกับการมีอยู่ของไฟฟ้า โดยทั่วไปถือว่าเป็นปรากฏการณ์สองประการที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ. 1820 นักฟิสิกส์ Hans Christian Oersted ได้พิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ไม่นานหลังจากนั้น ในปี 1855 นักฟิสิกส์อีกคนหนึ่งชื่อ Michael Faraday ได้พิสูจน์ว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปนั้นสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นว่าไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของปรากฏการณ์เดียวกัน

สสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม และอะตอมทั้งหมดประกอบด้วยประจุไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่ศูนย์กลางของอะตอมแต่ละอะตอมจะมีนิวเคลียส ซึ่งเป็นกระจุกของสสารหนาแน่นขนาดเล็กที่มีประจุไฟฟ้าบวก รอบๆ นิวเคลียสแต่ละนิวเคลียสเป็นเมฆอิเล็กตรอนที่มีประจุลบขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย ซึ่งยึดไว้โดยแรงดึงดูดทางไฟฟ้าของนิวเคลียสของอะตอม

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ตลอดเวลา พวกมันหมุนและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ อะตอมที่พวกมันเป็นส่วนหนึ่ง และอิเล็กตรอนบางตัวถึงกับเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง อิเล็กตรอนเคลื่อนที่แต่ละตัวเป็นกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเป็นเพียงประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ดังนั้น ดังที่ Oersted แสดงให้เห็น อิเล็กตรอนแต่ละตัวในแต่ละอะตอมจะสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเล็กของตัวเอง

ในวัสดุส่วนใหญ่ สนามแม่เหล็กขนาดเล็กเหล่านี้จะชี้ไปในทิศทางต่างๆ มากมาย ดังนั้นจึงเป็นการหักล้างซึ่งกันและกัน ตามข้อมูลของ Kristen Coyne จากห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงแห่งชาติ ขั้วเหนืออยู่ติดกับขั้วใต้บ่อยเท่าที่ไม่มี และสนามแม่เหล็กสุทธิของวัตถุทั้งหมดนั้นใกล้ศูนย์

เมื่อวัสดุบางชนิดสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก รูปภาพนี้จะเปลี่ยนไป สนามแม่เหล็กภายนอกบังคับให้สนามแม่เหล็กเล็ก ๆ เหล่านั้นเรียงตัวกัน ขั้วเหนือของมันดันขั้วเหนือเล็กๆ ทั้งหมดไปในทิศทางเดียวกัน นั่นคือ ให้ออกห่างจากมัน มันดึงขั้วแม่เหล็กใต้เล็กๆ ทั้งหมดเข้าหามัน สิ่งนี้ทำให้สนามแม่เหล็กเล็ก ๆ ภายในวัสดุเพิ่มเอฟเฟกต์เข้าด้วยกัน ผลที่ได้คือสนามแม่เหล็กสุทธิแรงในวัตถุโดยรวม

ยิ่งสนามแม่เหล็กภายนอกมีพลังมากเท่าไร ผลลัพธ์ของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นี่เป็นปัจจัยแรกที่กำหนดความแรงของแม่เหล็ก ประการที่สองคือประเภทของวัสดุที่ใช้แม่เหล็ก วัสดุที่แตกต่างกันผลิตแม่เหล็กที่มีจุดแข็งต่างกัน แม่เหล็กที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง (ซึ่งเป็นการวัดการตอบสนองของสนามแม่เหล็ก) จะสร้างแม่เหล็กที่แรงที่สุด ด้วยเหตุนี้ เหล็กบริสุทธิ์จึงถูกใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กที่แรงที่สุด