อะไรทำให้เกิดจุดแข็งที่แตกต่างกันในแม่เหล็ก?

หลายคนคุ้นเคยกับแม่เหล็กเพราะมักจะมีแม่เหล็กสำหรับตกแต่งในตู้เย็นในห้องครัว อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กมีประโยชน์หลายอย่างนอกเหนือจากการตกแต่ง และหลายอย่างส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของเราโดยที่เราไม่รู้ด้วยซ้ำ

มีคำถามมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของแม่เหล็ก และคำถามเกี่ยวกับแม่เหล็กทั่วไปอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ส่วนใหญ่ และเพื่อทำความเข้าใจว่าแม่เหล็กที่ต่างกันนั้นมีความแตกต่างกันอย่างไร ความแรงของสนามแม่เหล็กเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าสนามแม่เหล็กคืออะไรและเป็นอย่างไร ผลิต

สนามแม่เหล็กคือแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ และสมการควบคุมของปฏิกิริยานี้คือกฎหมายบังคับลอเรนซ์สมการเต็มของแรงของ anสนามไฟฟ้า​ ​อีและสนามแม่เหล็ก Bบนอนุภาคที่มีประจุqและความเร็ววีมอบให้โดย:

จำไว้เพราะแรง becauseF, ทุ่งนาอีและบีและความเร็ววีเป็นเวกเตอร์ทั้งหมด, the×การดำเนินการคือผลิตภัณฑ์ข้ามเวกเตอร์ไม่ใช่การคูณ

สนามแม่เหล็กเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุซึ่งมักเรียกว่ากระแสไฟฟ้า. แหล่งที่มาทั่วไปของสนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้า ได้แก่ แม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ลวดธรรมดา ลวดในวง และลวดหลายวงในอนุกรมที่เรียกว่า

อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กเหล่านั้นบนตู้เย็นของคุณดูเหมือนจะไม่มีกระแสไหลหรือแหล่งพลังงานใดๆ มันทำงานอย่างไร?

แม่เหล็กถาวรเป็นชิ้นส่วนของวัสดุที่เป็นแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติภายในที่สร้างสนามแม่เหล็ก เอฟเฟกต์ภายในที่สร้างสนามแม่เหล็กคือการหมุนของอิเล็กตรอน และการเรียงตัวของสปินเหล่านี้จะสร้างโดเมนแม่เหล็ก โดเมนเหล่านี้ส่งผลให้เกิดสนามแม่เหล็กสุทธิ

วัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกมีแนวโน้มที่จะมีการจัดลำดับโดเมนในระดับสูงในรูปแบบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งสามารถจัดตำแหน่งทั้งหมดได้อย่างง่ายดายด้วยสนามแม่เหล็กภายนอก ดังนั้นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกจึงมีแนวโน้มที่จะเป็นแม่เหล็กเมื่อพบในธรรมชาติและคงคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้ได้ง่าย

​วัสดุแม่เหล็กคล้ายกับวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกและอาจสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อพบในธรรมชาติ แต่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอกต่างกัน วัสดุแม่เหล็กไดอะแมกเนติกจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงกันข้ามเมื่อมีสนามภายนอก ผลกระทบนี้อาจจำกัดความแรงที่ต้องการของแม่เหล็ก

​วัสดุพาราแมกเนติกเป็นแม่เหล็กเฉพาะเมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกที่เรียงตัวกัน และมีแนวโน้มที่จะค่อนข้างอ่อน

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว แม่เหล็กถาวรประกอบด้วยโดเมนแม่เหล็กที่จัดเรียงแบบสุ่ม ภายในแต่ละโดเมน มีระดับของการจัดลำดับที่สร้างสนามแม่เหล็ก อันตรกิริยาของโดเมนทั้งหมดในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกชิ้นเดียวทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโดยรวมหรือแบบตาข่ายสำหรับแม่เหล็ก

หากโดเมนถูกจัดเรียงแบบสุ่ม ก็มีแนวโน้มว่าอาจมีสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ขนาดเล็กมากหรือมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม หากสนามแม่เหล็กภายนอกถูกนำเข้ามาใกล้กับแม่เหล็กที่ไม่เรียงลำดับ โดเมนจะเริ่มเรียงตัวกัน ระยะห่างของสนามจัดแนวไปยังโดเมนจะส่งผลต่อการจัดตำแหน่งโดยรวม และส่งผลต่อสนามแม่เหล็กสุทธิที่เกิดขึ้น

การทิ้งวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอกเป็นเวลานานสามารถช่วยในการสั่งซื้อให้เสร็จสมบูรณ์ และเพิ่มสนามแม่เหล็กที่ผลิตได้ ในทำนองเดียวกัน สนามแม่เหล็กสุทธิของแม่เหล็กถาวรสามารถลดลงได้โดยการทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแบบสุ่มหรือรบกวนหลาย ๆ ตัว ซึ่งสามารถจัดแนวโดเมนไม่ถูกต้องและลดสนามแม่เหล็กสุทธิ

ขนาดของแม่เหล็กมีผลต่อความแข็งแรงหรือไม่? คำตอบสั้น ๆ คือ ใช่ แต่เพียงเพราะขนาดของแม่เหล็กหมายความว่ามีสัดส่วน โดเมนที่สามารถจัดแนวและสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงกว่าชิ้นส่วนที่เล็กกว่าของเดียวกัน วัสดุ. อย่างไรก็ตาม หากแม่เหล็กมีความยาวมาก มีโอกาสเพิ่มขึ้นที่สนามแม่เหล็กจรจัดจะทำให้โดเมนไม่ตรงแนวและลดสนามแม่เหล็กสุทธิ

ปัจจัยสนับสนุนอีกประการหนึ่งที่ความแรงแม่เหล็กคืออุณหภูมิ. ในปี ค.ศ. 1895 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ กูรีระบุว่าวัสดุแม่เหล็กมีจุดตัดของอุณหภูมิซึ่งคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โดเมนไม่จัดแนวอีกต่อไปเช่นกัน ดังนั้นการจัดตำแหน่งโดเมนสัปดาห์จะนำไปสู่สนามแม่เหล็กที่อ่อนแอ

สำหรับธาตุเหล็ก อุณหภูมิกูรีอยู่ที่ประมาณ 1418 องศาฟาเรนไฮต์ สำหรับแมกนีไทต์จะอยู่ที่ประมาณ 1,060 องศาฟาเรนไฮต์ โปรดทราบว่าอุณหภูมิเหล่านี้ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวอย่างมาก ดังนั้นอุณหภูมิของแม่เหล็กจึงส่งผลต่อความแข็งแรงของแม่เหล็กได้

แม่เหล็กประเภทต่างๆ ได้แก่แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นแม่เหล็กที่สามารถเปิดปิดได้

แม่เหล็กไฟฟ้าทั่วไปที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ คือ โซลินอยด์ โซลินอยด์คือชุดของลูปกระแสซึ่งส่งผลให้มีสนามสม่ำเสมอที่กึ่งกลางของลูป นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าแต่ละลูปปัจจุบันสร้างสนามแม่เหล็กวงกลมเกี่ยวกับเส้นลวด การวางซ้อนของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามตรงและสม่ำเสมอผ่านจุดศูนย์กลางของลูปโดยการวางหลายตำแหน่งเป็นอนุกรม

สมการของขนาดของสนามแม่เหล็กโซลินอยด์คือ:B = μ₀ฉันnที่ไหนμ₀ คือการซึมผ่านของพื้นที่ว่างนคือจำนวนลูปปัจจุบันต่อความยาวหน่วยและผมคือกระแสที่ไหลผ่านพวกมัน ทิศทางของสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยกฎมือขวาและทิศทางของการไหลของกระแส ดังนั้นจึงสามารถย้อนกลับได้โดยการกลับทิศทางของกระแส

ง่ายมากที่จะเห็นว่าความแรงของโซลินอยด์สามารถปรับได้สองวิธีหลัก ขั้นแรกให้เพิ่มกระแสผ่านโซลินอยด์ได้ ดูเหมือนว่ากระแสจะเพิ่มขึ้นตามอำเภอใจ แต่อาจมีข้อจำกัดเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟหรือความต้านทานของวงจร ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายหากกระแสไฟเกิน

ดังนั้น วิธีที่ปลอดภัยกว่าในการเพิ่มความแรงแม่เหล็กของโซลินอยด์คือการเพิ่มจำนวนลูปกระแส สนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดตามสัดส่วน ข้อจำกัดเพียงอย่างเดียวในกรณีนี้อาจเป็นจำนวนลวดที่มีอยู่ หรือข้อจำกัดเชิงพื้นที่หากโซลินอยด์ยาวเกินไปเนื่องจากจำนวนลูปปัจจุบัน

มีแม่เหล็กไฟฟ้าหลายชนิดนอกเหนือจากโซลินอยด์ แต่ทั้งหมดมีคุณสมบัติทั่วไปเหมือนกัน: ความแข็งแรงเป็นสัดส่วนกับการไหลของกระแส

แม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่ทั่วไปและมีประโยชน์หลายอย่าง ตัวอย่างทั่วไปและง่ายมากของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะโซลินอยด์ คือลำโพง กระแสที่แตกต่างกันผ่านลำโพงทำให้ความแรงของสนามแม่เหล็กโซลินอยด์เพิ่มขึ้นและลดลง

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แม่เหล็กอีกตัวหนึ่ง โดยเฉพาะแม่เหล็กถาวรจะวางอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของโซลินอยด์และติดกับพื้นผิวที่สั่นสะเทือน เนื่องจากสนามแม่เหล็กทั้งสองจะดึงดูดและขับไล่เนื่องจากสนามโซลินอยด์ที่เปลี่ยนแปลงไป พื้นผิวที่สั่นสะเทือนจะถูกดึงและดันทำให้เกิดเสียง

ลำโพงที่มีคุณภาพดีกว่าใช้โซลินอยด์คุณภาพสูง แม่เหล็กถาวร และพื้นผิวที่สั่นสะเทือนเพื่อสร้างเอาต์พุตเสียงคุณภาพสูงขึ้น

แม่เหล็กที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลกคือตัวโลกนั่นเอง! ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว โลกมีสนามแม่เหล็กซึ่งเกิดจากกระแสน้ำที่สร้างขึ้นด้วยแกนกลางของโลก แม้ว่าจะไม่ใช่สนามแม่เหล็กที่แรงมากเมื่อเทียบกับแม่เหล็กแบบใช้มือถือขนาดเล็กจำนวนมากหรือที่เคยใช้ในเครื่องเร่งอนุภาค โลกเองก็เป็นหนึ่งในแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดที่เรารู้จัก!

วัสดุแม่เหล็กที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือแมกนีไทต์ แมกนีไทต์เป็นแร่เหล็กที่ไม่เพียงพบได้ทั่วไปมากเท่านั้น แต่ยังเป็นแร่ที่มีปริมาณธาตุเหล็กสูงที่สุดอีกด้วย บางครั้งเรียกว่า lodestone เนื่องจากมีคุณสมบัติพิเศษในการมีสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกับสนามแม่เหล็กของโลกเสมอ ด้วยเหตุนี้จึงถูกใช้เป็นเข็มทิศแม่เหล็กตั้งแต่ 300 ปีก่อนคริสตกาล