แม่เหล็กทำงานอย่างไร? แม่เหล็กส่งผลต่อร่างกายมนุษย์อย่างไร?

บ้าน ทุกคนถือแม่เหล็กไว้ในมือและเล่นมันตั้งแต่ยังเป็นเด็ก แม่เหล็กอาจมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันมาก แต่แม่เหล็กทั้งหมดก็มีทรัพย์สินทั่วไป

- พวกมันดึงดูดเหล็ก ดูเหมือนว่าพวกมันจะทำมาจากเหล็ก อย่างน้อยก็ทำจากโลหะบางชนิดอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม มี "แม่เหล็กสีดำ" หรือ "หิน" อยู่ด้วย พวกมันยังดึงดูดเศษเหล็กอย่างแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งซึ่งกันและกัน

แต่พวกมันดูไม่เหมือนโลหะ มันแตกง่ายเหมือนแก้ว แม่เหล็กมีประโยชน์มากมาย เช่น สะดวกในการ "ปักหมุด" แผ่นกระดาษลงบนพื้นผิวที่รีดด้วยความช่วยเหลือ แม่เหล็กนั้นสะดวกในการเก็บเข็มที่หายไป อย่างที่เราเห็นนี่เป็นสิ่งที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง

วิทยาศาสตร์ 2.0 - การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ - แม่เหล็ก

แม่เหล็กในอดีต เมื่อกว่า 2,000 ปีที่แล้ว คนจีนโบราณรู้จักแม่เหล็กอย่างน้อย ว่าปรากฏการณ์นี้สามารถนำมาใช้เลือกทิศทางในการเดินทางได้ นั่นคือพวกเขาคิดเข็มทิศขึ้นมา นักปรัชญาในกรีกโบราณ ,ผู้อยากรู้อยากเห็น,สะสมต่างๆข้อเท็จจริงที่น่าอัศจรรย์

ชนกับแม่เหล็กในบริเวณใกล้กับเมืองแมกเนสซาในเอเชียไมเนอร์ ที่นั่นพวกเขาค้นพบหินแปลกๆ ที่สามารถดึงดูดเหล็กได้ ในเวลานั้น สิ่งที่น่าทึ่งไม่น้อยไปกว่ามนุษย์ต่างดาวในสมัยของเรา

ดูเหมือนจะน่าแปลกใจยิ่งกว่านั้นที่แม่เหล็กไม่ดึงดูดโลหะทุกชนิด มีเพียงเหล็กและตัวเหล็กเองเท่านั้นที่สามารถกลายเป็นแม่เหล็กได้แม้ว่าจะไม่แข็งแรงนักก็ตาม เราสามารถพูดได้ว่าแม่เหล็กไม่เพียงดึงดูดเหล็กเท่านั้น แต่ยังดึงดูดความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์ด้วย และขับเคลื่อนวิทยาศาสตร์อย่างฟิสิกส์ไปข้างหน้าอย่างมาก ทาลีสแห่งมิเลทัสเขียนเกี่ยวกับ "จิตวิญญาณของแม่เหล็ก" และติตัส ลูเครติอุส คารุส ชาวโรมันเขียนเกี่ยวกับ "การเคลื่อนไหวอันดุเดือดของตะไบและวงแหวนเหล็ก" ในบทความของเขาเรื่อง "On the Nature of Things" เขาสามารถสังเกตเห็นการมีอยู่ของแม่เหล็กสองขั้ว ซึ่งต่อมาเมื่อกะลาสีเรือเริ่มใช้เข็มทิศก็ถูกตั้งชื่อตามจุดสำคัญ

แม่เหล็กคืออะไร? ด้วยคำพูดง่ายๆ สนามแม่เหล็ก

เราให้ความสำคัญกับแม่เหล็กอย่างจริงจัง ลักษณะของแม่เหล็กเป็นเวลานาน

ไม่สามารถอธิบายได้ ด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็ก ทวีปใหม่ถูกค้นพบ (กะลาสีเรือยังคงปฏิบัติต่อเข็มทิศด้วยความเคารพอย่างยิ่ง) แต่ยังไม่มีใครรู้อะไรเกี่ยวกับธรรมชาติของแม่เหล็กเลย งานดำเนินการเพื่อปรับปรุงเข็มทิศเท่านั้นซึ่งคริสโตเฟอร์โคลัมบัสนักภูมิศาสตร์และนักเดินเรือก็ทำเช่นกัน การค้นพบครั้งสำคัญ- เขาสร้างการกระทำของลวดด้วยกระแสไฟฟ้าบนเข็มแม่เหล็ก และในฐานะนักวิทยาศาสตร์ เขาค้นพบจากการทดลองว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรภายใต้สภาวะที่ต่างกัน ในปีเดียวกันนั้น Henri Ampere นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับกระแสวงกลมเบื้องต้นที่ไหลในโมเลกุลของสสารแม่เหล็ก ในปี พ.ศ. 2374 ไมเคิล ฟาราเดย์ ชาวอังกฤษ ได้ใช้ขดลวดหุ้มฉนวนและแม่เหล็ก ทำการทดลองแสดงให้เห็นว่างานเครื่องกลสามารถแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าได้ นอกจากนี้เขายังกำหนดกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและแนะนำแนวคิดของ "สนามแม่เหล็ก"

กฎของฟาราเดย์กำหนดกฎ: สำหรับวงปิด แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงนี้ เครื่องจักรไฟฟ้าทั้งหมดทำงานบนหลักการนี้ - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า

ในปี 1873 James C. Maxwell นักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตได้นำแม่เหล็กและ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเป็นทฤษฎีหนึ่ง คือไฟฟ้าไดนามิกส์แบบคลาสสิก

สารที่สามารถทำให้เกิดแม่เหล็กได้เรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก ชื่อนี้เชื่อมโยงแม่เหล็กเข้ากับเหล็ก แต่นอกเหนือจากนั้น ความสามารถในการดึงดูดแม่เหล็กยังพบได้ในนิกเกิล โคบอลต์ และโลหะอื่นๆ บางชนิดด้วย เนื่องจากสนามแม่เหล็กได้เข้าสู่ขอบเขตการใช้งานจริงแล้ว วัสดุแม่เหล็กจึงกลายเป็นประเด็นที่ได้รับความสนใจอย่างมาก

การทดลองเริ่มต้นด้วยโลหะผสมของโลหะแม่เหล็กและสารเติมแต่งต่างๆ ในนั้น วัสดุที่ได้นั้นมีราคาแพงมากและหากเวอร์เนอร์ ซีเมนส์ไม่มีความคิดที่จะเปลี่ยนแม่เหล็กด้วยเหล็กที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กด้วยกระแสที่ค่อนข้างเล็ก โลกก็จะไม่เคยเห็นรถรางไฟฟ้าและบริษัทซีเมนส์เลย ซีเมนส์ยังทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์โทรเลขด้วย แต่ที่นี่เขามีคู่แข่งมากมาย และรถรางไฟฟ้าก็ให้เงินจำนวนมากแก่บริษัท และท้ายที่สุดก็ดึงสิ่งอื่นๆ ไปด้วย

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ปริมาณพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กในเทคโนโลยี

เราจะสนใจแม่เหล็กเป็นหลักนั่นคือเฟอร์ริกแม่เหล็กและจะทิ้งปรากฏการณ์แม่เหล็กที่เหลืออยู่ซึ่งกว้างใหญ่มากไว้เล็กน้อย (กล่าวได้ดีกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าในความทรงจำของแม็กซ์เวลล์) หน่วยการวัดของเราจะเป็นหน่วยที่ยอมรับในหน่วย SI (กิโลกรัม เมตร วินาที แอมแปร์) และอนุพันธ์ของหน่วย:

ล ความแรงของสนาม, H, A/m (แอมป์ต่อเมตร)

ปริมาณนี้แสดงถึงความแรงของสนามไฟฟ้าระหว่างตัวนำขนานซึ่งมีระยะห่างระหว่าง 1 ม. และกระแสที่ไหลผ่านคือ 1 A ความแรงของสนามคือปริมาณเวกเตอร์

ล การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, B, เทสลา, ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (เวเบอร์/ตร.ม.)

นี่คืออัตราส่วนของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำต่อความยาวของวงกลม ณ รัศมีที่เราสนใจในขนาดของการเหนี่ยวนำ วงกลมอยู่ในระนาบที่เส้นลวดตัดกันในแนวตั้งฉาก รวมถึงปัจจัยที่เรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กด้วย นี่คือปริมาณเวกเตอร์ หากคุณมองที่ปลายสายไฟในใจและคิดว่ากระแสไหลไปในทิศทางที่ห่างจากเรา วงกลมแรงแม่เหล็กจะ "หมุน" ตามเข็มนาฬิกาและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำจะถูกนำไปใช้กับแทนเจนต์และเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางเหล่านั้น

ล การซึมผ่านของแม่เหล็ก, μ (ค่าสัมพัทธ์)

หากเราใช้ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศเป็น 1 ดังนั้นสำหรับวัสดุอื่นเราจะได้ค่าที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น สำหรับอากาศ เราได้ค่าที่เกือบจะเหมือนกับค่าสุญญากาศ สำหรับธาตุเหล็กเราได้รับอย่างมีนัยสำคัญ ปริมาณมากดังนั้นเราจึงสามารถพูดโดยเปรียบเทียบ (และแม่นยำมาก) ว่าเหล็ก "ดึง" เส้นแรงแม่เหล็กเข้าสู่ตัวมันเอง หากความแรงของสนามในขดลวดที่ไม่มีแกนเท่ากับ H ดังนั้นด้วยแกนเราจะได้ μH

ล บังคับบังคับ, เช้า.

แรงบีบบังคับจะวัดว่าวัสดุแม่เหล็กต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กและการทำให้เป็นแม่เหล็กใหม่ได้มากเพียงใด หากกระแสในขดลวดถูกกำจัดออกไปจนหมด ก็จะมีการเหนี่ยวนำตกค้างในแกนกลาง ในการทำให้มันเท่ากับศูนย์ คุณต้องสร้างสนามที่มีความเข้มข้นบางส่วน แต่ในทางกลับกัน นั่นคือ ปล่อยให้กระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ความตึงเครียดนี้เรียกว่ากำลังบีบบังคับ

เนื่องจากในทางปฏิบัติแม่เหล็กมักใช้ในการเชื่อมต่อกับไฟฟ้า จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่ปริมาณไฟฟ้า เช่น แอมแปร์ จะถูกใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติของแม่เหล็ก

จากสิ่งที่กล่าวมา เป็นไปตามนั้น เป็นไปได้ เช่น เล็บที่ถูกแม่เหล็กกระทำจนกลายเป็นแม่เหล็กเอง แม้ว่าเล็บจะอ่อนกว่าก็ตาม ในทางปฏิบัติปรากฎว่าแม้แต่เด็ก ๆ ที่เล่นด้วยแม่เหล็กก็รู้เรื่องนี้

มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับแม่เหล็กในเทคโนโลยี ขึ้นอยู่กับว่าวัสดุเหล่านี้ไปอยู่ที่ใด วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกแบ่งออกเป็น "อ่อน" และ "แข็ง" อันแรกใช้เพื่อสร้างแกนสำหรับอุปกรณ์ที่ฟลักซ์แม่เหล็กคงที่หรือแปรผัน คุณไม่สามารถสร้างแม่เหล็กอิสระที่ดีจากวัสดุอ่อนได้ พวกมันล้างอำนาจแม่เหล็กง่ายเกินไปและนี่เป็นทรัพย์สินอันมีค่าของพวกเขาเนื่องจากรีเลย์จะต้อง "ปล่อย" หากกระแสไฟถูกปิดและมอเตอร์ไฟฟ้าไม่ควรร้อนขึ้น - พลังงานส่วนเกินถูกใช้ไปกับการกลับตัวของสนามแม่เหล็กซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปแบบ ของความร้อน

จริงๆ แล้วสนามแม่เหล็กมีหน้าตาเป็นอย่างไร? อิกอร์ เบเลตสกี้

แม่เหล็กถาวรที่เรียกว่าแม่เหล็ก ต้องใช้วัสดุแข็งในการผลิต ความแข็งแกร่งหมายถึงแม่เหล็ก ซึ่งก็คือการเหนี่ยวนำตกค้างขนาดใหญ่และแรงบีบบังคับขนาดใหญ่ เนื่องจากดังที่เราได้เห็นแล้วว่าปริมาณเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด แม่เหล็กดังกล่าวใช้ในเหล็กกล้าคาร์บอน ทังสเตน โครเมียม และโคบอลต์ ค่าบังคับของพวกเขาถึงค่าประมาณ 6500 A/m.

มีโลหะผสมพิเศษที่เรียกว่าอัลนี อัลนิซี อัลนิโค และอื่นๆ อีกมากมาย เนื่องจากคุณอาจเดาได้ว่าโลหะผสมเหล่านี้มีอะลูมิเนียม นิกเกิล ซิลิคอน โคบอลต์ผสมอยู่หลายส่วนผสม ซึ่งมีแรงบีบบังคับมากกว่า - สูงถึง 20,000...60,000 A/m แม่เหล็กดังกล่าวไม่ง่ายที่จะฉีกออกจากเหล็ก

มีแม่เหล็กที่ออกแบบมาเพื่อทำงานที่ความถี่สูงโดยเฉพาะ นี่คือ "แม่เหล็กทรงกลม" ที่รู้จักกันดี มัน "ถูกขุด" จากลำโพงที่ใช้งานไม่ได้จากลำโพง music center หรือวิทยุในรถยนต์ หรือแม้แต่ทีวีในอดีต แม่เหล็กนี้ทำโดยการเผาเหล็กออกไซด์และสารเติมแต่งพิเศษ วัสดุนี้เรียกว่าเฟอร์ไรต์ แต่ไม่ใช่เฟอร์ไรต์ทุกตัวที่จะดึงดูดแม่เหล็กด้วยวิธีนี้โดยเฉพาะ และในลำโพงนั้นใช้เพื่อเหตุผลในการลดการสูญเสียที่ไร้ประโยชน์

แม่เหล็ก การค้นพบ. มันทำงานอย่างไร?

เกิดอะไรขึ้นภายในแม่เหล็ก?

เนื่องจากอะตอมของสารเป็น "กระจุก" ของไฟฟ้าที่แปลกประหลาด พวกมันจึงสามารถสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองได้ แต่เฉพาะในโลหะบางชนิดที่มีโครงสร้างอะตอมคล้ายกันเท่านั้นที่ความสามารถนี้แสดงออกได้ชัดเจนมาก และต้นทุนเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล ตารางธาตุเมนเดเลเยฟอยู่ใกล้ๆ และมีโครงสร้างคล้ายเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเปลี่ยนอะตอมของธาตุเหล่านี้ให้เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กมาก

เนื่องจากโลหะสามารถเรียกได้ว่าเป็นส่วนผสมที่แช่แข็งของผลึกขนาดเล็กมากต่างๆ จึงเป็นที่แน่ชัดว่าโลหะผสมดังกล่าวมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กได้มาก อะตอมหลายกลุ่มสามารถ "เปิดเผย" แม่เหล็กของตัวเองได้ภายใต้อิทธิพลของเพื่อนบ้านและสนามแม่เหล็กภายนอก “ชุมชน” ดังกล่าวเรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก และสร้างโครงสร้างที่แปลกประหลาดมากซึ่งนักฟิสิกส์ยังคงศึกษาด้วยความสนใจ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว แม่เหล็กอาจมีขนาดเกือบอะตอมได้ ขนาดที่เล็กที่สุดโดเมนแม่เหล็กถูกจำกัดด้วยขนาดของคริสตัลที่อะตอมของโลหะแม่เหล็กฝังอยู่ สิ่งนี้อธิบายถึงความหนาแน่นในการบันทึกที่เกือบจะน่าอัศจรรย์ในฮาร์ดไดรฟ์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ซึ่งเห็นได้ชัดว่าจะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไปจนกว่าไดรฟ์จะมีคู่แข่งที่จริงจังมากขึ้น

แรงโน้มถ่วง แม่เหล็ก และไฟฟ้า

แม่เหล็กใช้ที่ไหน?

แกนที่เป็นแม่เหล็กที่ทำจากแม่เหล็ก แม้จะเรียกง่ายๆ ว่าแกน แต่แม่เหล็กยังมีประโยชน์อีกมากมาย มีแม่เหล็กเครื่องเขียน แม่เหล็กสำหรับล็อคประตูเฟอร์นิเจอร์ และแม่เหล็กหมากรุกสำหรับนักเดินทาง สิ่งเหล่านี้คือแม่เหล็กที่ทุกคนรู้จัก

มากขึ้น สายพันธุ์หายากรวมถึงแม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุซึ่งเป็นโครงสร้างที่น่าประทับใจมากซึ่งสามารถมีน้ำหนักได้หลายสิบตันขึ้นไป แม้ว่าตอนนี้ฟิสิกส์ทดลองจะรกไปด้วยหญ้า ยกเว้นส่วนที่นำผลกำไรมหาศาลมาสู่ตลาดทันที แต่ตัวมันเองแทบไม่มีราคาเลย

มีการติดตั้งแม่เหล็กที่น่าสนใจอีกตัวหนึ่งในอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่เรียกว่าเครื่องสแกนภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (จริงๆ แล้ววิธีนี้เรียกว่า NMR หรือ Nuclear Magnetic Resonance แต่เพื่อไม่ให้ผู้คนที่โดยทั่วไปไม่ค่อยเก่งฟิสิกส์ตกใจกลัว จึงเปลี่ยนชื่อใหม่) อุปกรณ์นี้ต้องวางวัตถุที่สังเกตได้ (ผู้ป่วย) ไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูง และแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องนั้นมีขนาดและรูปร่างที่น่ากลัวของโลงศพของปีศาจ

แม่เหล็กนี้วางบุคคลไว้บนโซฟาและกลิ้งผ่านอุโมงค์ ขณะที่เซ็นเซอร์จะสแกนพื้นที่ที่สนใจให้แพทย์ทราบ โดยทั่วไปไม่ใช่เรื่องใหญ่ แต่บางคนอาจมีอาการกลัวที่แคบจนถึงขั้นตื่นตระหนก คนดังกล่าวยอมให้ตัวเองถูกตัดทั้งเป็นด้วยความเต็มใจ แต่จะไม่ยินยอมให้เข้ารับการตรวจ MRI อย่างไรก็ตามใครจะรู้ว่าคน ๆ หนึ่งรู้สึกอย่างไรในสนามแม่เหล็กแรงผิดปกติที่มีการเหนี่ยวนำสูงถึง 3 เทสลาหลังจากจ่ายเงินอย่างดีเพื่อมัน

เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเช่นนี้ การนำยิ่งยวดมักใช้โดยการทำให้ขดลวดแม่เหล็กเย็นลงด้วยไฮโดรเจนเหลว ทำให้สามารถ "ปั๊ม" สนามได้โดยไม่ต้องกลัวว่าการให้ความร้อนแก่สายไฟด้วยกระแสไฟฟ้าแรงจะจำกัดความสามารถของแม่เหล็ก นี่ไม่ใช่การตั้งค่าราคาถูกเลย แต่แม่เหล็กที่ทำจากโลหะผสมพิเศษที่ไม่จำเป็นต้องมีไบแอสในปัจจุบันจะมีราคาแพงกว่ามาก

โลกของเราก็มีแม่เหล็กขนาดใหญ่ถึงแม้จะไม่แข็งแรงมากนักก็ตาม มันไม่เพียงช่วยเจ้าของเข็มทิศแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังช่วยเราให้พ้นจากความตายอีกด้วย หากไม่มีมัน เราคงตายเพราะรังสีดวงอาทิตย์ จิตรกรรม สนามแม่เหล็กโลกที่สร้างแบบจำลองโดยคอมพิวเตอร์จากการสังเกตการณ์จากอวกาศดูน่าประทับใจมาก

ต่อไปนี้เป็นคำตอบสั้นๆ สำหรับคำถามเกี่ยวกับแม่เหล็กในฟิสิกส์และเทคโนโลยี

อะไรทำให้โลหะบางชนิดถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็ก? ทำไมแม่เหล็กไม่ดึงดูดโลหะทุกชนิด? เหตุใดแม่เหล็กด้านหนึ่งจึงดึงดูดและอีกด้านผลักโลหะ? และอะไรทำให้โลหะนีโอไดเมียมมีความแข็งแรงมาก?

เพื่อที่จะตอบคำถามเหล่านี้ คุณต้องนิยามแม่เหล็กก่อนและทำความเข้าใจหลักการของมัน แม่เหล็กคือวัตถุที่มีความสามารถในการดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็กและเหล็กกล้า และขับไล่วัตถุอื่นๆ เนื่องจากการกระทำของสนามแม่เหล็กของพวกมัน เส้นสนามแม่เหล็กเคลื่อนผ่านจากขั้วใต้ของแม่เหล็กและออกจากขั้วเหนือ แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กแข็งจะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองอย่างต่อเนื่อง แม่เหล็กไฟฟ้าหรือแม่เหล็กอ่อนสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้เฉพาะเมื่อมีสนามแม่เหล็กและที่เท่านั้น เวลาอันสั้นขณะที่อยู่ในโซนการกระทำของสนามแม่เหล็กอย่างใดอย่างหนึ่ง แม่เหล็กไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กก็ต่อเมื่อไฟฟ้าผ่านเส้นลวดของขดลวดเท่านั้น

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แม่เหล็กทั้งหมดทำมาจากองค์ประกอบโลหะหรือโลหะผสม องค์ประกอบของแม่เหล็กเป็นตัวกำหนดกำลังของมัน ตัวอย่างเช่น:

แม่เหล็กเซรามิก คล้ายกับแม่เหล็กที่ใช้ในตู้เย็นและสำหรับการทดลองเบื้องต้น นอกเหนือจากวัสดุคอมโพสิตเซรามิกแล้ว ยังมีแม่เหล็กเซรามิกอีกด้วย แร่เหล็ก- แม่เหล็กเซรามิกส่วนใหญ่หรือที่เรียกว่าแม่เหล็กเหล็กไม่มีแรงดึงดูดมากนัก

"แม่เหล็กอัลนิโก" ประกอบด้วยโลหะผสมของอลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์ พวกมันมีพลังมากกว่าแม่เหล็กเซรามิก แต่อ่อนแอกว่าธาตุหายากบางชนิดมาก

แม่เหล็กนีโอไดเมียมประกอบด้วยเหล็ก โบรอน และธาตุนีโอไดเมียม ซึ่งหาได้ยากในธรรมชาติ

แม่เหล็กโคบอลต์-ซาแมเรียมประกอบด้วยโคบอลต์และซาแมเรียมธาตุหายาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ยังได้ค้นพบโพลีเมอร์แม่เหล็กหรือที่เรียกว่าแม่เหล็กพลาสติก บางส่วนมีความยืดหยุ่นและเป็นพลาสติกมาก อย่างไรก็ตาม บางชนิดทำงานที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น ในขณะที่บางชนิดสามารถยกได้เฉพาะวัสดุที่เบามากเท่านั้น เช่น ตะไบโลหะ แต่โลหะแต่ละชนิดจึงจำเป็นต้องมีแรงเพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก

การทำแม่เหล็ก

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่จำนวนมากมีพื้นฐานมาจากแม่เหล็ก การใช้แม่เหล็กในการผลิตอุปกรณ์เริ่มขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ เนื่องจากแม่เหล็กที่มีอยู่ในธรรมชาติไม่มีความแข็งแกร่งที่จำเป็นในการใช้งานอุปกรณ์ และเมื่อผู้คนพยายามทำให้พวกมันมีพลังมากขึ้นเท่านั้น พวกเขาจึงกลายเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในการผลิต หินเหล็กซึ่งเป็นแมกนีไทต์ชนิดหนึ่งถือเป็นแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดที่พบในธรรมชาติ สามารถดึงดูดวัตถุขนาดเล็กเข้ามาหาตัวมันเองได้ เช่น คลิปหนีบกระดาษ และลวดเย็บกระดาษ

ที่ไหนสักแห่งในศตวรรษที่ 12 ผู้คนค้นพบว่าแร่เหล็กสามารถนำมาใช้ดึงดูดอนุภาคเหล็กได้ - นี่คือวิธีที่ผู้คนสร้างเข็มทิศ พวกเขายังสังเกตเห็นว่าหากคุณเคลื่อนแม่เหล็กไปตามเข็มเหล็กอย่างต่อเนื่อง เข็มก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก เข็มนั้นถูกดึงไปในทิศทางเหนือ-ใต้ ต่อมานักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง William Gilbert อธิบายว่าการเคลื่อนที่ของเข็มแม่เหล็กในทิศทางเหนือ - ใต้เกิดขึ้นเนื่องจากการที่โลกของเรามีลักษณะคล้ายกับแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่มีขั้วสองขั้ว - ขั้วเหนือและขั้วใต้ เข็มเข็มทิศไม่แข็งแรงเท่ากับแม่เหล็กถาวรหลายตัวในปัจจุบัน แต่ กระบวนการทางกายภาพซึ่งทำให้เข็มเข็มทิศและชิ้นส่วนของโลหะผสมนีโอไดเมียมเป็นแม่เหล็ก เกือบจะเหมือนกัน ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับบริเวณจุลทรรศน์ที่เรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก เช่น เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล แต่ละโดเมนเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่แยกจากกันโดยมีขั้วเหนือและขั้วใต้ ในวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ขั้วเหนือแต่ละขั้วจะชี้ไปในทิศทางที่ต่างกัน โดเมนแม่เหล็กที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามจะหักล้างกัน ดังนั้นตัววัสดุจึงไม่สร้างสนามแม่เหล็ก

ในทางกลับกัน แม่เหล็กแทบจะทุกอย่างหรืออย่างน้อยที่สุด ที่สุดโดเมนแม่เหล็กมีทิศทางไปในทิศทางเดียว แทนที่จะหักล้างกัน สนามแม่เหล็กขนาดเล็กจะรวมกันจนเกิดเป็นสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่หนึ่งสนาม ยิ่งโดเมนชี้ไปในทิศทางเดียวกันมากเท่าไร สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงมากขึ้นเท่านั้น สนามแม่เหล็กของแต่ละโดเมนขยายจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้

นี่อธิบายว่าทำไมถ้าคุณหักแม่เหล็กลงครึ่งหนึ่ง คุณจะได้แม่เหล็กเล็กๆ สองอันที่มีขั้วเหนือและขั้วใต้ นอกจากนี้ยังอธิบายด้วยว่าเหตุใดขั้วตรงข้ามจึงดึงดูด - เส้นแรงออกมาจากขั้วเหนือของแม่เหล็กอันหนึ่งแล้วทะลุเข้าไป ขั้วโลกใต้อีกประการหนึ่งทำให้โลหะดึงดูดและก่อตัวเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่อันหนึ่ง การผลักกันเกิดขึ้นตามหลักการเดียวกัน - เส้นแรงเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและจากการชนดังกล่าวแม่เหล็กก็เริ่มผลักกัน

การทำแม่เหล็ก

ในการสร้างแม่เหล็ก คุณเพียงแค่ต้อง "กำหนดทิศทาง" โดเมนแม่เหล็กของโลหะไปในทิศทางเดียว ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องทำให้โลหะเป็นแม่เหล็ก ลองพิจารณากรณีของเข็มอีกครั้ง: หากแม่เหล็กเคลื่อนที่ไปตามเข็มอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียว ทิศทางของพื้นที่ (โดเมน) ทั้งหมดจะอยู่ในแนวเดียวกัน อย่างไรก็ตาม คุณสามารถจัดแนวโดเมนแม่เหล็กด้วยวิธีอื่นได้ เช่น:

วางโลหะไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูงในทิศทางเหนือ-ใต้ -- เคลื่อนแม่เหล็กไปในทิศทางเหนือ-ใต้ โดยใช้ค้อนทุบอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ขอบเขตแม่เหล็กอยู่ในแนวเดียวกัน - ส่งกระแสไฟฟ้าผ่านแม่เหล็ก

นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าสองวิธีนี้อธิบายว่าแม่เหล็กธรรมชาติก่อตัวในธรรมชาติได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ แย้งว่าแร่เหล็กที่เป็นแม่เหล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กก็ต่อเมื่อถูกฟ้าผ่าเท่านั้น ยังมีอีกหลายคนเชื่อว่าแร่เหล็กในธรรมชาติกลายเป็นแม่เหล็กในเวลาที่ก่อตัวของโลกและยังคงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้

วิธีการทำแม่เหล็กที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือกระบวนการวางโลหะในสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กหมุนรอบวัตถุที่กำหนดและเริ่มจัดแนวโดเมนทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ณ จุดนี้อาจมีความล่าช้าในกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งที่เกี่ยวข้องซึ่งเรียกว่าฮิสเทรีซิส อาจใช้เวลาหลายนาทีเพื่อให้โดเมนเปลี่ยนทิศทางไปในทิศทางเดียว นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการนี้: บริเวณแม่เหล็กเริ่มหมุนเรียงกันตามแนวเส้นสนามแม่เหล็กเหนือ-ใต้

พื้นที่ที่หันไปทางทิศเหนือ-ใต้อยู่แล้วจะมีขนาดใหญ่ขึ้น ในขณะที่พื้นที่โดยรอบจะมีขนาดเล็กลง ผนังโดเมน ซึ่งเป็นขอบเขตระหว่างโดเมนข้างเคียง ค่อยๆ ขยายออก ทำให้โดเมนมีขนาดใหญ่ขึ้น ในสนามแม่เหล็กที่แรงมาก ผนังโดเมนบางส่วนจะหายไปโดยสิ้นเชิง

ปรากฎว่าพลังของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับปริมาณแรงที่ใช้ในการเปลี่ยนทิศทางของโดเมน ความแรงของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความยากในการจัดแนวโดเมนเหล่านี้ วัสดุที่ดึงดูดแม่เหล็กได้ยากจะคงความเป็นแม่เหล็กไว้เป็นเวลานาน ในขณะที่วัสดุที่ดึงดูดแม่เหล็กได้ง่ายมีแนวโน้มที่จะล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว

คุณสามารถลดความแรงของแม่เหล็กหรือลดอำนาจแม่เหล็กลงได้อย่างสมบูรณ์หากคุณกำหนดทิศทางสนามแม่เหล็กไปในทิศทางตรงกันข้าม คุณยังสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กของวัสดุได้หากคุณให้ความร้อนจนถึงจุด Curie เช่น ขีดจำกัดอุณหภูมิของสถานะเฟอร์โรอิเล็กทริกซึ่งวัสดุเริ่มสูญเสียอำนาจแม่เหล็ก อุณหภูมิสูงจะล้างอำนาจแม่เหล็กของวัสดุและกระตุ้นอนุภาคแม่เหล็ก ซึ่งรบกวนความสมดุลของโดเมนแม่เหล็ก

การเคลื่อนย้ายแม่เหล็ก

แม่เหล็กขนาดใหญ่และทรงพลังถูกนำมาใช้ในกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ ตั้งแต่การบันทึกข้อมูลไปจนถึงการนำกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ แต่ปัญหาหลักในการใช้งานจริงคือวิธีขนส่งแม่เหล็ก ในระหว่างการขนส่ง แม่เหล็กอาจทำให้วัตถุอื่นเสียหาย หรือวัตถุอื่นอาจทำให้วัตถุเสียหาย ทำให้ยากต่อการใช้งานหรือแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย นอกจากนี้แม่เหล็กยังดึงดูดเศษเฟอร์โรแมกเนติกต่าง ๆ อย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นเรื่องยากมากและบางครั้งก็เป็นอันตรายในการกำจัด

ดังนั้นในระหว่างการขนส่งแม่เหล็กขนาดใหญ่มากจะถูกวางไว้ในกล่องพิเศษหรือวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกขนส่งโดยทำแม่เหล็กโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ โดยพื้นฐานแล้วอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าธรรมดา

ทำไมแม่เหล็กถึง "ติด" กัน?

คุณคงทราบจากชั้นเรียนฟิสิกส์ว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด มันจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมา ในแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าด้วย แต่สนามแม่เหล็กในแม่เหล็กไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนตัวของกระแสผ่านสายไฟ แต่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน

หลายคนเชื่อว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคเล็กๆ ที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม เหมือนกับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่ตามที่นักฟิสิกส์ควอนตัมอธิบาย การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมีความซับซ้อนกว่านี้มาก ขั้นแรก อิเล็กตรอนจะเติมเต็มวงโคจรที่มีรูปร่างคล้ายเปลือกของอะตอม โดยที่พวกมันจะมีพฤติกรรมเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น อิเล็กตรอนมีประจุและมวลและสามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต่างกันได้

และถึงแม้ว่าอิเล็กตรอนของอะตอมจะไม่เคลื่อนที่ในระยะทางไกล แต่การเคลื่อนไหวดังกล่าวก็เพียงพอที่จะสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเล็กได้ และเนื่องจากอิเล็กตรอนที่จับคู่กันเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม สนามแม่เหล็กของพวกมันจึงหักล้างกัน ในอะตอมขององค์ประกอบเฟอร์โรแมกเนติก ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนจะไม่ถูกจับคู่และเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว ตัวอย่างเช่น เหล็กมีอิเล็กตรอนที่ไม่เชื่อมต่อถึงสี่ตัวซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว เนื่องจากพวกมันไม่มีสนามต้านทาน อิเล็กตรอนเหล่านี้จึงมีโมเมนต์แม่เหล็กในวงโคจร โมเมนต์แม่เหล็กคือเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทางของตัวเอง

ในโลหะ เช่น เหล็ก โมเมนต์แม่เหล็กในวงโคจรทำให้อะตอมที่อยู่ใกล้เคียงเรียงตัวตามเส้นแรงเหนือ-ใต้ เหล็กก็มีโครงสร้างผลึกเช่นเดียวกับวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ขณะที่พวกมันเย็นลงหลังกระบวนการหล่อ กลุ่มอะตอมจากวงโคจรหมุนขนานที่ขนานกันเรียงตัวกันภายในโครงสร้างผลึก นี่คือวิธีการสร้างโดเมนแม่เหล็ก

คุณอาจสังเกตเห็นว่าวัสดุที่สร้างแม่เหล็กที่ดีก็สามารถดึงดูดแม่เหล็กได้เช่นกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแม่เหล็กดึงดูดวัสดุที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ซึ่งหมุนไปในทิศทางเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณภาพที่เปลี่ยนโลหะให้เป็นแม่เหล็กก็จะดึงดูดโลหะเข้ากับแม่เหล็กด้วย องค์ประกอบอื่นๆ อีกหลายองค์ประกอบเป็นแบบไดแมกเนติก - พวกมันทำจากอะตอมที่ไม่มีคู่ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กที่ผลักแม่เหล็กเล็กน้อย วัสดุหลายชนิดไม่มีปฏิกิริยากับแม่เหล็กเลย

การวัดสนามแม่เหล็ก

คุณสามารถวัดสนามแม่เหล็กได้โดยใช้เครื่องมือพิเศษ เช่น ฟลักซ์มิเตอร์ สามารถอธิบายได้หลายวิธี: -- เส้นสนามแม่เหล็กวัดเป็นเวเบอร์ (WB) ในระบบแม่เหล็กไฟฟ้า ฟลักซ์นี้จะถูกเปรียบเทียบกับกระแสไฟฟ้า

ความแรงของสนามหรือความหนาแน่นของฟลักซ์วัดเป็นเทสลา (T) หรือในหน่วยเกาส์ (G) หนึ่งเทสลามีค่าเท่ากับ 10,000 เกาส์

ความแรงของสนามสามารถวัดได้ในหน่วยเวเบอร์ต่อตารางเมตร -- ขนาดของสนามแม่เหล็กวัดเป็นแอมแปร์ต่อเมตรหรือเออร์สเตด

ตำนานเกี่ยวกับแม่เหล็ก

เราเจอแม่เหล็กตลอดทั้งวัน ตัวอย่างเช่นในคอมพิวเตอร์: ฮาร์ดไดรฟ์บันทึกข้อมูลทั้งหมดโดยใช้แม่เหล็ก และแม่เหล็กยังใช้ในจอคอมพิวเตอร์หลายเครื่องด้วย แม่เหล็กยังเป็นส่วนสำคัญของโทรทัศน์ที่ใช้หลอดรังสีแคโทด ลำโพง ไมโครโฟน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า เทปคาสเซ็ต เข็มทิศ และมาตรวัดความเร็วรถยนต์ แม่เหล็กมีคุณสมบัติที่น่าทึ่ง พวกมันสามารถเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในสายไฟและทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าหมุนได้ สนามแม่เหล็กที่แรงเพียงพอสามารถยกวัตถุขนาดเล็กหรือแม้แต่สัตว์ขนาดเล็กได้ รถไฟลอยตัวแบบแม่เหล็กจะพัฒนาความเร็วสูงเนื่องจากการผลักของแม่เหล็กเท่านั้น ตามรายงานของนิตยสาร Wired บางคนถึงกับใส่แม่เหล็กนีโอไดเมียมเล็กๆ เข้าไปในนิ้วเพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

อุปกรณ์แสดงผล เสียงสะท้อนแม่เหล็กซึ่งขับเคลื่อนด้วยสนามแม่เหล็กให้แพทย์ตรวจได้ อวัยวะภายในผู้ป่วย. แพทย์ยังใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อดูว่ากระดูกที่หักหายดีหรือไม่หลังจากการกระแทก สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่คล้ายกันนี้ถูกใช้โดยนักบินอวกาศที่อยู่ในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์เป็นเวลานาน เพื่อป้องกันความเครียดของกล้ามเนื้อและการแตกหักของกระดูก

แม่เหล็กยังใช้ในการปฏิบัติทางสัตวแพทย์เพื่อรักษาสัตว์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น วัวมักจะต้องทนทุกข์ทรมานจากโรคจอประสาทตาอักเสบที่กระทบกระเทือนจิตใจ ซึ่งเป็นโรคที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในสัตว์เหล่านี้ ซึ่งมักจะกลืนอนุภาคขนาดเล็กไปพร้อมกับอาหารของพวกมัน วัตถุที่เป็นโลหะซึ่งสามารถทำลายผนังท้อง ปอด หรือหัวใจของสัตว์ได้ ดังนั้น บ่อยครั้งก่อนให้อาหารวัว เกษตรกรผู้มีประสบการณ์จึงใช้แม่เหล็กเพื่อทำความสะอาดอาหารจากชิ้นส่วนเล็กๆ ที่กินไม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากวัวกินโลหะที่เป็นอันตรายเข้าไปแล้ว ก็จะมีการมอบแม่เหล็กให้กับมันพร้อมกับอาหารของมัน แม่เหล็กอัลนิโกบางยาวหรือที่เรียกว่า "แม่เหล็กวัว" ดึงดูดโลหะทุกชนิดและป้องกันไม่ให้ทำอันตรายต่อกระเพาะของวัว แม่เหล็กดังกล่าวช่วยรักษาสัตว์ที่ป่วยได้จริง แต่ก็ยังดีกว่าที่จะให้แน่ใจว่าไม่มีองค์ประกอบที่เป็นอันตรายเข้าไปในอาหารของวัว สำหรับคน แม่เหล็กมีข้อห้ามในการกลืน เนื่องจากเมื่อเข้าไปในส่วนต่างๆ ของร่างกายแล้ว แม่เหล็กจะยังคงถูกดึงดูด ซึ่งอาจนำไปสู่การปิดกั้นการไหลเวียนของเลือดและการทำลายเนื้อเยื่ออ่อน ดังนั้นเมื่อบุคคลกลืนแม่เหล็กเข้าไป เขาจึงจำเป็นต้องได้รับการผ่าตัด

บางคนเชื่อว่าการบำบัดด้วยแม่เหล็กเป็นอนาคตของการแพทย์ เนื่องจากเป็นวิธีการรักษาที่ง่ายและมีประสิทธิภาพสำหรับโรคต่างๆ หลายๆ คนเชื่อในการกระทำของสนามแม่เหล็กในทางปฏิบัติแล้ว กำไลแม่เหล็ก สร้อยคอ หมอน และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่คล้ายกันมีประโยชน์ในการรักษาโรคต่างๆ ได้ดีกว่ายาเม็ด ตั้งแต่ข้ออักเสบไปจนถึงมะเร็ง แพทย์บางคนยังเชื่อด้วยว่าแก้วน้ำที่มีแม่เหล็กเป็นมาตรการป้องกันสามารถกำจัดอาการเจ็บป่วยที่ไม่พึงประสงค์ได้มากที่สุด ในอเมริกา มีการใช้แม่เหล็กบำบัดประมาณปีละ 500 ล้านดอลลาร์ และผู้คนทั่วโลกใช้จ่ายโดยเฉลี่ย 5 พันล้านดอลลาร์ในการรักษาดังกล่าว

ผู้เสนอการบำบัดด้วยแม่เหล็กมีการตีความประโยชน์ของวิธีการรักษานี้แตกต่างกัน บางคนบอกว่าแม่เหล็กสามารถดึงดูดธาตุเหล็กที่มีอยู่ในฮีโมโกลบินในเลือดได้ จึงทำให้การไหลเวียนโลหิตดีขึ้น บางคนอ้างว่าสนามแม่เหล็กเปลี่ยนโครงสร้างของเซลล์ข้างเคียงอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ในขณะเดียวกันก็ได้ดำเนินการ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ยังไม่ยืนยันว่าการใช้แม่เหล็กคงที่สามารถบรรเทาอาการปวดหรือรักษาโรคได้

ผู้เสนอบางคนยังแนะนำว่าทุกคนใช้แม่เหล็กในการกรองน้ำในบ้านของตน ดังที่ผู้ผลิตกล่าวไว้เองว่าแม่เหล็กขนาดใหญ่สามารถทำให้น้ำกระด้างบริสุทธิ์ได้โดยการกำจัดโลหะผสมเฟอร์โรแมกเนติกที่เป็นอันตรายทั้งหมดออกจากมัน อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าไม่ใช่แม่เหล็กเฟอร์ริกที่ทำให้น้ำกระด้าง นอกจากนี้ ในทางปฏิบัติแล้ว สองปีของการใช้แม่เหล็กไม่ได้แสดงการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในองค์ประกอบของน้ำ

แม้ว่าแม่เหล็กไม่น่าจะมีผลในการรักษา แต่ก็ยังคุ้มค่าที่จะศึกษา ใครจะรู้บางทีในอนาคตเราจะเปิดเผย คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์แม่เหล็ก

แม่เหล็กและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร
อาการที่ง่ายที่สุดของแม่เหล็กเป็นที่รู้จักกันมานานมากและพวกเราส่วนใหญ่คุ้นเคย อย่างไรก็ตามเพื่ออธิบายสิ่งเหล่านี้ดูเหมือน ปรากฏการณ์ง่ายๆตามหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์นั้นเป็นไปได้ค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ มีแม่เหล็กอยู่สองตัว ประเภทต่างๆ- บางชนิดเรียกว่าแม่เหล็กถาวร ซึ่งทำจากวัสดุ "แม่เหล็กแข็ง" ของพวกเขา คุณสมบัติทางแม่เหล็กไม่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน แหล่งข้อมูลภายนอกหรือกระแสน้ำ อีกประเภทหนึ่งประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแกนทำจากเหล็ก "แม่เหล็กอ่อน" สนามแม่เหล็กที่พวกมันสร้างขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดพันรอบแกนกลาง
ขั้วแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็กจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อใกล้ถึงปลายของมัน หากแม่เหล็กดังกล่าวแขวนไว้ที่ส่วนตรงกลางเพื่อให้สามารถหมุนได้อย่างอิสระในระนาบแนวนอน มันจะอยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกับทิศทางโดยประมาณจากเหนือลงใต้ ปลายไม้เรียวที่ชี้ไปทางเหนือเรียกว่าขั้วโลกเหนือ และปลายอีกด้านเรียกว่าขั้วโลกใต้ ขั้วตรงข้ามของแม่เหล็ก 2 ขั้วจะดึงดูดกัน และขั้วแม่เหล็กก็จะผลักกันเหมือนกัน ถ้านำแท่งเหล็กที่ไม่เป็นแม่เหล็กเข้าใกล้ขั้วหนึ่งของแม่เหล็ก ขั้วหลังจะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว ในกรณีนี้ ขั้วของแท่งแม่เหล็กที่อยู่ใกล้กับขั้วแม่เหล็กมากที่สุดจะมีชื่อตรงกันข้าม และขั้วที่อยู่ไกลจะมีชื่อเดียวกัน แรงดึงดูดระหว่างขั้วของแม่เหล็กกับขั้วตรงข้ามที่เกิดจากแม่เหล็กในแท่งอธิบายการกระทำของแม่เหล็ก วัสดุบางชนิด (เช่น เหล็ก) จะกลายเป็นแม่เหล็กถาวรแบบอ่อนหลังจากอยู่ใกล้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า แท่งเหล็กสามารถทำให้เกิดแม่เหล็กได้โดยเพียงแค่ผ่านปลายแท่งแม่เหล็กถาวรไปตามปลายของมัน ดังนั้นแม่เหล็กจะดึงดูดแม่เหล็กอื่นและวัตถุที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสกับพวกมัน การกระทำในระยะไกลนี้อธิบายได้จากการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในอวกาศรอบแม่เหล็ก แนวคิดบางประการเกี่ยวกับความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็กนี้สามารถหาได้โดยการเทตะไบเหล็กลงบนแผ่นกระดาษแข็งหรือแก้วที่วางบนแม่เหล็ก ขี้เลื่อยจะเรียงกันเป็นโซ่ตามทิศทางของสนาม และความหนาแน่นของเส้นขี้เลื่อยจะสอดคล้องกับความเข้มของสนามนี้ (ส่วนปลายของแม่เหล็กจะหนาที่สุด ซึ่งมีความเข้มของสนามแม่เหล็กมากที่สุด) เอ็ม. ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334-2410) ได้นำเสนอแนวคิดเรื่องเส้นเหนี่ยวนำแบบปิดสำหรับแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำขยายเข้าไปในพื้นที่โดยรอบจากแม่เหล็กที่ขั้วเหนือของมัน เข้าไปในแม่เหล็กที่ขั้วใต้ของมัน และผ่านเข้าไปในวัสดุแม่เหล็กจากขั้วใต้กลับไปทางทิศเหนือ ก่อให้เกิดวงปิด จำนวนเต็มเส้นเหนี่ยวนำที่ออกมาจากแม่เหล็กเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็ก ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กหรือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (B) เท่ากับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่ผ่านตามปกติผ่านพื้นที่เบื้องต้นของขนาดหน่วย การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะกำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น ถ้าตัวนำที่กระแส I ผ่านนั้นตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำ ตามกฎของแอมแปร์ แรง F ที่กระทำต่อตัวนำจะตั้งฉากกับทั้งสนามและตัวนำ และเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของกระแส และความยาวของกระแส ของตัวนำ ดังนั้นสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เราสามารถเขียนนิพจน์ได้

โดยที่ F คือแรงมีหน่วยเป็นนิวตัน I คือกระแสเป็นแอมแปร์ l คือความยาวเป็นเมตร หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเทสลา (T)
(ดูไฟฟ้าและแม่เหล็กด้วย)
กัลวาโนมิเตอร์กัลวาโนมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนในการวัดกระแสอ่อน กัลวาโนมิเตอร์ใช้แรงบิดที่เกิดจากอันตรกิริยาของแม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้ากับขดลวดนำกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก (แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอ่อน) ที่แขวนอยู่ในช่องว่างระหว่างขั้วของแม่เหล็ก แรงบิดและการโก่งตัวของขดลวดจะเป็นสัดส่วนกับกระแสและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทั้งหมดในช่องว่างอากาศ ดังนั้นสเกลของอุปกรณ์จึงเกือบจะเป็นเส้นตรงสำหรับการโก่งตัวของขดลวดเล็กน้อย แรงแม่เหล็กและความแรงของสนามแม่เหล็ก ต่อไปเราควรแนะนำปริมาณอื่นที่แสดงถึงผลทางแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า สมมติว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดขดลวดยาว ซึ่งภายในมีวัสดุที่สามารถเป็นแม่เหล็กได้ แรงแม่เหล็กเป็นผลคูณของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและจำนวนรอบของขดลวด (แรงนี้วัดเป็นแอมแปร์ เนื่องจากจำนวนรอบเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ) ความแรงของสนามแม่เหล็ก H เท่ากับแรงแม่เหล็กต่อหน่วยความยาวของขดลวด ดังนั้นค่าของ H จึงวัดเป็นแอมแปร์ต่อเมตร จะกำหนดแรงดึงดูดที่ได้จากวัสดุภายในขดลวด ในสุญญากาศ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B จะเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็ก H:

โดยที่ m0 เป็นสิ่งที่เรียกว่า ค่าคงที่แม่เหล็กมีค่าสากล 4pX10-7 H/m ในวัสดุหลายชนิด ค่าของ B จะเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับ H อย่างไรก็ตาม ในวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า ความสัมพันธ์ระหว่าง B และ H ค่อนข้างซับซ้อนกว่า (ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง) ในรูป รูปที่ 1 แสดงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่ายที่ออกแบบมาเพื่อรับน้ำหนัก แหล่งพลังงานคือแบตเตอรี่กระแสตรง รูปนี้ยังแสดงเส้นสนามของแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยวิธีการตะไบเหล็กตามปกติ

แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีแกนเหล็กและมาก จำนวนมากแอมแปร์เทิร์นที่ทำงานในโหมดต่อเนื่องมีแรงแม่เหล็กขนาดใหญ่ พวกเขาสร้างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสูงถึง 6 เทสลาในช่องว่างระหว่างขั้ว การเหนี่ยวนำนี้ถูกจำกัดโดยความเค้นเชิงกล การให้ความร้อนของขดลวด และความอิ่มตัวของแม่เหล็กของแกนกลางเท่านั้น แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์ระบายความร้อนด้วยน้ำจำนวนหนึ่ง (ไม่มีแกน) รวมถึงการติดตั้งสำหรับสร้างสนามแม่เหล็กแบบพัลส์ได้รับการออกแบบโดย P.L. Kapitsa (1894-1984) ในเคมบริดจ์และที่สถาบันปัญหาทางกายภาพของ USSR Academy of Sciences และ F. Bitter (1902-1967) ในสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ด้วยแม่เหล็กดังกล่าวจึงสามารถเหนี่ยวนำได้ถึง 50 เทสลา แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดค่อนข้างเล็กที่สร้างสนามไฟฟ้าได้มากถึง 6.2 เทสลา ใช้พลังงานไฟฟ้า 15 กิโลวัตต์ และระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลว ได้รับการพัฒนาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโลซาลามอส ได้รับสาขาที่คล้ายกันที่อุณหภูมิแช่แข็ง
การซึมผ่านของแม่เหล็กและบทบาทในแม่เหล็กการซึมผ่านของแม่เหล็ก m คือปริมาณที่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ โลหะเฟอร์โรแมกเนติก Fe, Ni, Co และโลหะผสมมีความสามารถในการซึมผ่านสูงสุดที่สูงมาก - ตั้งแต่ 5,000 (สำหรับ Fe) ถึง 800,000 (สำหรับซูเปอร์มัลลอย) ในวัสดุดังกล่าว ที่จุดแข็งของสนามแม่เหล็ก H ค่อนข้างต่ำ การเหนี่ยวนำ B ขนาดใหญ่จะเกิดขึ้น แต่ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้ โดยทั่วไปแล้ว ไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากปรากฏการณ์ของความอิ่มตัวและฮิสเทรีซิส ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกถูกแม่เหล็กดึงดูดอย่างแรง พวกเขาสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดกูรี (770° C สำหรับ Fe, 358° C สำหรับ Ni, 1120° C สำหรับ Co) และประพฤติตนเหมือนพาราแมกเน็ต ซึ่งการเหนี่ยวนำ B จนถึงค่าความแรงที่สูงมาก H คือ เป็นสัดส่วน - เหมือนกับสิ่งที่เกิดขึ้นในสุญญากาศทุกประการ ธาตุและสารประกอบหลายชนิดมีพาราแมกเนติกอยู่ที่ทุกอุณหภูมิ สารพาราแมกเนติกมีลักษณะเฉพาะคือพวกมันกลายเป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กภายนอก หากปิดสนามนี้ สารพาราแมกเนติกจะกลับสู่สถานะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก การดึงดูดแม่เหล็กในเฟอร์โรแมกเนติกจะยังคงอยู่แม้หลังจากปิดสนามแม่เหล็กภายนอกแล้วก็ตาม ในรูป รูปที่ 2 แสดงลูปฮิสเทรีซิสทั่วไปสำหรับวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่มีความแข็งทางแม่เหล็ก (ที่มีการสูญเสียมาก) มันเป็นลักษณะการพึ่งพาที่ไม่ชัดเจนของการดึงดูดของวัสดุที่เรียงลำดับทางแม่เหล็กกับความแรงของสนามแม่เหล็ก เมื่อความแรงของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นจากจุดเริ่มต้น (ศูนย์) (1) การทำให้เป็นแม่เหล็กเกิดขึ้นตามเส้นประ 1-2 และค่า m จะเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญเมื่อการทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างเพิ่มขึ้น เมื่อถึงจุดที่ 2 ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้นเช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก แรงแม่เหล็กจะไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป หากตอนนี้เราค่อยๆ ลดค่าของ H ให้เป็นศูนย์ เส้นโค้ง B(H) จะไม่ไปตามเส้นทางก่อนหน้าอีกต่อไป แต่ผ่านจุดที่ 3 ซึ่งเผยให้เห็น "ความทรงจำ" ของเนื้อหาเกี่ยวกับ "ประวัติศาสตร์ในอดีต" ” จึงได้ชื่อว่า “ฮิสเทรีซิส” เห็นได้ชัดว่าในกรณีนี้ยังมีแรงแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ (ส่วนที่ 1-3) หลังจากเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กไปในทิศทางตรงกันข้าม เส้นโค้ง B (H) จะผ่านจุดที่ 4 และส่วน (1)-(4) จะสอดคล้องกับแรงบีบบังคับที่ป้องกันการล้างอำนาจแม่เหล็ก การเพิ่มค่าเพิ่มเติม (-H) จะทำให้เส้นโค้งฮิสเทรีซิสไปที่จตุภาคที่สาม - ส่วนที่ 4-5 การลดลงของค่า (-H) ในเวลาต่อมาเป็นศูนย์และจากนั้นการเพิ่มขึ้นของค่าบวกของ H จะนำไปสู่การปิดวงฮิสเทรีซีสผ่านจุดที่ 6, 7 และ 2

วัสดุแม่เหล็กแข็งนั้นมีลักษณะเป็นวงฮิสเทรีซีสที่กว้างซึ่งครอบคลุมพื้นที่สำคัญบนแผนภาพดังนั้นจึงสอดคล้องกับค่าแม่เหล็กคงเหลือจำนวนมาก (การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) และแรงบีบบังคับ วงฮิสเทรีซีสแคบ (รูปที่ 3) เป็นคุณลักษณะของวัสดุแม่เหล็กอ่อน เช่น เหล็กเหนียวและโลหะผสมพิเศษที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง โลหะผสมดังกล่าวถูกสร้างขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากฮิสเทรีซิส โลหะผสมพิเศษเหล่านี้ส่วนใหญ่ เช่น เฟอร์ไรต์ มีความต้านทานไฟฟ้าสูง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดการสูญเสียทางแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสูญเสียทางไฟฟ้าที่เกิดจากกระแสไหลวนด้วย

วัสดุแม่เหล็กที่มีการซึมผ่านสูงเกิดจากการหลอมซึ่งดำเนินการโดยการคงไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C ตามด้วยการแบ่งเบาบรรเทา (เย็นลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป) จนถึงอุณหภูมิห้อง ในกรณีนี้ การบำบัดเชิงกลและเชิงความร้อนเบื้องต้น รวมถึงการไม่มีสิ่งเจือปนในตัวอย่างถือเป็นสิ่งสำคัญมาก สำหรับแกนหม้อแปลงเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เหล็กซิลิกอนได้รับการพัฒนา ซึ่งมูลค่าเพิ่มขึ้นตามปริมาณซิลิกอนที่เพิ่มขึ้น ระหว่างปี 1915 ถึง 1920 เปอร์มัลลอย (โลหะผสมของ Ni และ Fe) ปรากฏขึ้นพร้อมกับวงฮิสเทรีซีสที่แคบและเกือบเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า โดยเฉพาะ ค่าสูงการซึมผ่านของแม่เหล็ก m ที่ค่าต่ำของ H แตกต่างกันในโลหะผสมไฮเปอร์นิก (50% Ni, 50% Fe) และ mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) ในขณะที่อยู่ใน perminvar ( 45% Ni, 30% Fe, 25% Co) ค่า m จะคงที่ในทางปฏิบัติตลอดการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลายของความแรงของสนาม ในบรรดาวัสดุแม่เหล็กสมัยใหม่ การกล่าวถึงควรทำจากซูเปอร์มัลลอย ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงที่สุด (ประกอบด้วย 79% Ni, 15% Fe และ 5% Mo)
ทฤษฎีแม่เหล็กนับเป็นครั้งแรกที่การเดาว่าปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กจะลดลงจนกลายเป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในที่สุดเกิดขึ้นจากแอมแปร์ในปี 1825 เมื่อเขาแสดงแนวคิดเรื่องกระแสน้ำขนาดเล็กภายในแบบปิดที่หมุนเวียนอยู่ในแต่ละอะตอมของแม่เหล็ก อย่างไรก็ตามหากไม่มีการยืนยันเชิงทดลองเกี่ยวกับการมีอยู่ของกระแสดังกล่าวในสสาร (เจ. ทอมสันค้นพบอิเล็กตรอนในปี พ.ศ. 2440 เท่านั้นและรัทเทอร์ฟอร์ดและบอร์ให้คำอธิบายโครงสร้างของอะตอมในปี พ.ศ. 2456) ทฤษฎีนี้ "จางหายไป ” ในปี ค.ศ. 1852 ดับเบิลยู. เวเบอร์เสนอแนะว่าแต่ละอะตอมของสสารแม่เหล็กคือแม่เหล็กจิ๋วหรือไดโพลแม่เหล็ก ดังนั้นการทำให้สสารกลายเป็นแม่เหล็กโดยสมบูรณ์จะเกิดขึ้นได้เมื่อแม่เหล็กอะตอมแต่ละตัวเรียงตัวกัน ในลำดับที่แน่นอน(รูปที่ 4 ข) เวเบอร์เชื่อว่า "แรงเสียดทาน" ของโมเลกุลหรืออะตอมช่วยให้แม่เหล็กพื้นฐานเหล่านี้รักษาลำดับของมันได้ แม้ว่าจะได้รับอิทธิพลรบกวนจากการสั่นสะเทือนจากความร้อนก็ตาม ทฤษฎีของเขาสามารถอธิบายความเป็นแม่เหล็กของวัตถุเมื่อสัมผัสกับแม่เหล็ก เช่นเดียวกับการล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อกระแทกหรือได้รับความร้อน ในที่สุดก็อธิบาย "การสืบพันธุ์" ของแม่เหล็กเมื่อตัดเข็มแม่เหล็กหรือแท่งแม่เหล็กเป็นชิ้น ๆ ด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ไม่ได้อธิบายทั้งต้นกำเนิดของแม่เหล็กมูลฐานเอง หรือปรากฏการณ์ของความอิ่มตัวและฮิสเทรีซิส ทฤษฎีของเวเบอร์ได้รับการปรับปรุงในปี พ.ศ. 2433 โดย J. Ewing ซึ่งแทนที่สมมติฐานของเขาเกี่ยวกับแรงเสียดทานของอะตอมด้วยแนวคิดเรื่องแรงกักขังระหว่างอะตอมที่ช่วยรักษาลำดับของไดโพลเบื้องต้นที่ประกอบเป็นแม่เหล็กถาวร

แนวทางแก้ไขปัญหาซึ่งครั้งหนึ่งแอมแปร์เสนอนั้นได้รับชีวิตที่สองในปี 1905 เมื่อ P. Langevin อธิบายพฤติกรรมของวัสดุพาราแมกเนติกโดยการให้กระแสอิเล็กตรอนภายในที่ไม่มีการชดเชยแก่แต่ละอะตอม จากข้อมูลของ Langevin กระแสน้ำเหล่านี้ก่อตัวเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่จะถูกวางแบบสุ่มเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก แต่จะมีการวางแนวที่เป็นระเบียบเมื่อถูกนำไปใช้ ในกรณีนี้ วิธีการในการเรียงลำดับให้สมบูรณ์สอดคล้องกับความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ Langevin ยังแนะนำแนวคิดเรื่องโมเมนต์แม่เหล็ก ซึ่งสำหรับแม่เหล็กอะตอมแต่ละตัวจะเท่ากับผลคูณของ "ประจุแม่เหล็ก" ของขั้วหนึ่งและระยะห่างระหว่างขั้วทั้งสอง ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอของวัสดุพาราแมกเนติกจึงเกิดจากโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยกระแสอิเล็กตรอนที่ไม่มีการชดเชย ในปี 1907 พี. ไวส์แนะนำแนวคิดเรื่อง "โดเมน" ซึ่งกลายเป็นส่วนสำคัญต่อทฤษฎีแม่เหล็กสมัยใหม่ ไวส์จินตนาการว่าโดเมนเป็น "อาณานิคม" เล็กๆ ของอะตอม ซึ่งด้วยเหตุผลบางประการ โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมทั้งหมดถูกบังคับให้รักษาทิศทางเดียวกัน เพื่อให้แต่ละโดเมนถูกดึงดูดให้อิ่มตัว อาจมีโดเมนแยกต่างหาก มิติเชิงเส้นประมาณ 0.01 มม. และปริมาตรประมาณ 10-6 mm3 โดเมนถูกคั่นด้วยสิ่งที่เรียกว่าผนังโบลช ซึ่งมีความหนาไม่เกิน 1,000 ขนาดอะตอม “กำแพง” และโดเมนสองโดเมนที่มีการวางแนวตรงกันข้ามจะแสดงอยู่ในแผนผังในรูปที่. 5. ผนังดังกล่าวเป็นตัวแทนของ "เลเยอร์การเปลี่ยนแปลง" ซึ่งทิศทางของโดเมนแม่เหล็กเปลี่ยนไป

ในกรณีทั่วไป สามารถแยกแยะได้สามส่วนบนเส้นโค้งสนามแม่เหล็กเริ่มต้น (รูปที่ 6) ในส่วนเริ่มต้น ผนังภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอกจะเคลื่อนที่ผ่านความหนาของสสารจนกระทั่งพบข้อบกพร่องในโครงตาข่ายคริสตัลซึ่งจะหยุดมันไว้ ด้วยการเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็ก คุณสามารถบังคับกำแพงให้เคลื่อนที่ต่อไปได้ โดยผ่านส่วนตรงกลางระหว่างเส้นประ หากหลังจากนี้ความแรงของสนามแม่เหล็กลดลงเหลือศูนย์อีกครั้ง ผนังจะไม่กลับสู่ตำแหน่งเดิมอีกต่อไป ดังนั้นตัวอย่างจะยังคงถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กบางส่วน สิ่งนี้จะอธิบายฮิสเทรีซิสของแม่เหล็ก ที่ส่วนสุดท้ายของเส้นโค้ง กระบวนการจะสิ้นสุดลงด้วยความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กของตัวอย่าง เนื่องจากการเรียงลำดับของสนามแม่เหล็กภายในโดเมนที่ไม่เป็นระเบียบสุดท้าย กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้เกือบทั้งหมด ความแข็งของแม่เหล็กนั้นแสดงโดยวัสดุเหล่านั้นซึ่งมีโครงตาข่ายอะตอมที่มีข้อบกพร่องมากมายที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของผนังระหว่างโดเมน ซึ่งสามารถทำได้โดยการบำบัดทางกลและทางความร้อน เช่น โดยการบีบอัดและการเผาวัสดุที่เป็นผงในภายหลัง ในโลหะผสมอัลนิโกและสารอะนาล็อก ผลลัพธ์เดียวกันนี้ทำได้โดยการหลอมโลหะให้เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน

นอกจากวัสดุพาราแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติกแล้ว ยังมีวัสดุที่มีคุณสมบัติต้านเฟอร์โรแมกเนติกและเฟอร์ริแมกเนติกอีกด้วย ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กประเภทนี้อธิบายไว้ในรูปที่ 1 7. ตามแนวคิดเรื่องโดเมน พาราแมกเนติกถือได้ว่าเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการมีอยู่ของไดโพลแม่เหล็กกลุ่มเล็ก ๆ ในวัสดุ ซึ่งไดโพลแต่ละตัวมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างอ่อนมาก (หรือไม่โต้ตอบเลย) ดังนั้น ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก ให้ใช้เฉพาะการวางแนวแบบสุ่ม ( รูปที่ 7, ก). ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ภายในแต่ละโดเมนจะมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างไดโพลแต่ละตัว ซึ่งนำไปสู่การจัดตำแหน่งแบบขนานที่ได้รับคำสั่ง (รูปที่ 7b) ในทางกลับกัน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลแต่ละตัวจะนำไปสู่การจัดตำแหน่งที่ต้านขนานกัน ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของแต่ละโดเมนจะเป็นศูนย์ (รูปที่ 7c) สุดท้ายนี้ ในวัสดุเฟอร์ริแมกเนติก (เช่น เฟอร์ไรต์) จะมีการจัดลำดับทั้งแบบขนานและแบบต้านขนาน (รูปที่ 7d) ซึ่งส่งผลให้มีสนามแม่เหล็กอ่อน

มีการยืนยันเชิงทดลองที่น่าเชื่อสองประการเกี่ยวกับการมีอยู่ของโดเมน อย่างแรกคือเอฟเฟกต์ที่เรียกว่า Barkhausen ส่วนอย่างที่สองคือวิธีการสร้างรูปผง ในปี 1919 G. Barkhausen ได้กำหนดไว้ว่าเมื่อมีการใช้สนามภายนอกกับตัวอย่างของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก การทำให้เกิดแม่เหล็กของมันจะเปลี่ยนแปลงไปในส่วนเล็กๆ ที่แยกจากกัน จากมุมมองของทฤษฎีโดเมน นี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าความก้าวหน้าอย่างกะทันหันของกำแพงระหว่างโดเมน โดยต้องเผชิญกับข้อบกพร่องส่วนบุคคลที่ทำให้เกิดความล่าช้า ผลกระทบนี้ มักจะตรวจพบโดยใช้ขดลวดซึ่งมีแท่งเฟอร์โรแมกเนติกหรือลวดวางอยู่ หากคุณสลับแม่เหล็กแรงเข้าและออกจากตัวอย่าง ตัวอย่างจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและถูกสร้างเป็นแม่เหล็กใหม่ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของการดึงดูดของตัวอย่างจะเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวด และกระแสเหนี่ยวนำจะตื่นเต้นในนั้น แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในคอยล์จะถูกขยายและป้อนเข้ากับอินพุตของหูฟังอะคูสติกคู่หนึ่ง การคลิกที่ได้ยินผ่านหูฟังบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของการดึงดูด ในการเปิดเผยโครงสร้างโดเมนของแม่เหล็กโดยใช้วิธีรูปผง จะมีการหยดสารแขวนลอยคอลลอยด์ของผงเฟอร์โรแมกเนติก (โดยปกติคือ Fe3O4) ลงบนพื้นผิวที่ขัดเงาอย่างดีของวัสดุแม่เหล็ก อนุภาคผงจะจับตัวอยู่ในบริเวณที่มีความไม่สม่ำเสมอสูงสุดของสนามแม่เหล็ก - ที่ขอบเขตของโดเมน โครงสร้างนี้สามารถศึกษาได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ มีการเสนอวิธีการที่อาศัยการส่งผ่านแสงโพลาไรซ์ผ่านวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกโปร่งใส ทฤษฎีแม่เหล็กดั้งเดิมของ Weiss ในลักษณะหลักยังคงมีความสำคัญมาจนถึงทุกวันนี้ อย่างไรก็ตาม ได้รับการตีความที่อัปเดตตามแนวคิดของการหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการชดเชยซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดแม่เหล็กของอะตอม สมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของโมเมนตัมของอิเล็กตรอนถูกหยิบยกขึ้นมาในปี 1926 โดย S. Goudsmit และ J. Uhlenbeck และในปัจจุบันอิเล็กตรอนเป็นพาหะของการหมุนซึ่งถือเป็น "แม่เหล็กพื้นฐาน" เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ ให้พิจารณา (รูปที่ 8) อะตอมของเหล็กอิสระ ซึ่งเป็นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกทั่วไป เปลือกทั้งสองของมัน (K และ L) ซึ่งอยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุดนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน โดยเปลือกแรกประกอบด้วยอิเล็กตรอนสองตัว และเปลือกที่สองมีอิเล็กตรอนแปดตัว ในเปลือก K การหมุนของอิเล็กตรอนตัวหนึ่งเป็นบวกและอีกตัวเป็นลบ ในเปลือก L (แม่นยำยิ่งขึ้นในเปลือกย่อยสองอัน) อิเล็กตรอนสี่ในแปดตัวมีการหมุนที่เป็นบวก และอีกสี่ตัวมีการหมุนเป็นลบ ในทั้งสองกรณี การหมุนของอิเล็กตรอนภายในเปลือกเดียวจะได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดจึงเป็นศูนย์ ในเปลือก M สถานการณ์แตกต่างออกไป เนื่องจากจากอิเล็กตรอนหกตัวที่อยู่ในเปลือกย่อยที่สาม อิเล็กตรอนห้าตัวมีการหมุนไปในทิศทางเดียว และมีเพียงอิเล็กตรอนที่หกเท่านั้นในอีกทิศทางหนึ่ง เป็นผลให้เหลือการหมุนที่ไม่มีการชดเชยสี่ครั้งซึ่งจะกำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก (มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงสองตัวในเปลือก N ภายนอก ซึ่งไม่ได้มีส่วนช่วยในการดึงดูดแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก ) แม่เหล็กของเฟอร์โรแมกเนติกอื่นๆ เช่น นิกเกิลและโคบอลต์ ได้รับการอธิบายในลักษณะเดียวกัน เนื่องจากอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงในตัวอย่างเหล็กมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างรุนแรง และอิเล็กตรอนของพวกมันก็รวมตัวกันเป็นบางส่วน คำอธิบายนี้จึงควรพิจารณาเป็นเพียงแผนภาพของสถานการณ์จริงที่มองเห็นได้ แต่เรียบง่ายมาก

ทฤษฎีแม่เหล็กอะตอมโดยคำนึงถึงการหมุนของอิเล็กตรอน ได้รับการสนับสนุนจากการทดลองไจโรแมกเนติกที่น่าสนใจ 2 การทดลอง การทดลองหนึ่งดำเนินการโดย A. Einstein และ W. de Haas และอีกการทดลองหนึ่งดำเนินการโดย S. Barnett ในการทดลองครั้งแรก กระบอกของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกถูกแขวนไว้ดังแสดงในรูป 9. ถ้ากระแสไหลผ่านลวดขดลวด กระบอกจะหมุนรอบแกนของมัน เมื่อทิศทางของกระแส (และสนามแม่เหล็กด้วย) เปลี่ยนแปลง มันจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ในทั้งสองกรณี การหมุนของกระบอกสูบเกิดจากการเรียงลำดับการหมุนของอิเล็กตรอน ในการทดลองของ Barnett ในทางกลับกัน กระบอกแขวนลอยซึ่งถูกทำให้เข้าสู่สถานะการหมุนอย่างรวดเร็ว กลายเป็นแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ผลกระทบนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อแม่เหล็กหมุน โมเมนต์ไจโรสโคปิกจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งมีแนวโน้มที่จะหมุนโมเมนต์การหมุนในทิศทางของแกนหมุนของมันเอง

หากต้องการคำอธิบายที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับธรรมชาติและที่มาของแรงระยะสั้นที่สั่งแม่เหล็กอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงและต่อต้านอิทธิพลที่ทำให้เกิดความวุ่นวายของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน เราควรหันไปใช้กลศาสตร์ควอนตัม คำอธิบายทางกลควอนตัมเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงเหล่านี้ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2471 โดยดับเบิลยู. ไฮเซนเบิร์ก ผู้ตั้งสมมุติฐานการมีอยู่ของการแลกเปลี่ยนอันตรกิริยาระหว่างอะตอมข้างเคียง ต่อมา G. Bethe และ J. Slater แสดงให้เห็นว่าแรงแลกเปลี่ยนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อระยะห่างระหว่างอะตอมลดลง แต่เมื่อถึงระยะห่างระหว่างอะตอมขั้นต่ำที่แน่นอน แรงเหล่านั้นจะลดลงเหลือศูนย์
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร
การศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารอย่างกว้างขวางและเป็นระบบครั้งแรกดำเนินการโดย P. Curie เขากำหนดว่าตามคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสารทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทได้ ประเภทแรกประกอบด้วยสารที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเด่นชัดคล้ายกับคุณสมบัติของเหล็ก สารดังกล่าวเรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก สนามแม่เหล็กจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนในระยะไกลมาก (ดูด้านบน) ชั้นที่สองประกอบด้วยสารที่เรียกว่าพาราแมกเนติก โดยทั่วไปคุณสมบัติทางแม่เหล็กจะคล้ายกับวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่จะอ่อนกว่ามาก ตัวอย่างเช่น แรงดึงดูดต่อขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงสามารถฉีกค้อนเหล็กออกจากมือของคุณได้ และในการตรวจจับแรงดึงดูดของสารพาราแมกเนติกกับแม่เหล็กอันเดียวกัน คุณมักจะต้องใช้เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่มีความละเอียดอ่อนมาก ชั้นสุดท้ายและชั้นที่สามรวมถึงสารที่เรียกว่าไดแมกเนติก พวกมันถูกผลักด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แรงที่กระทำต่อวัสดุไดแมกเนติกนั้นอยู่ตรงข้ามกับแรงที่กระทำกับวัสดุเฟอร์โรและพาราแมกเนติก
การวัดคุณสมบัติของแม่เหล็กเมื่อศึกษาสมบัติทางแม่เหล็ก การวัดสองประเภทมีความสำคัญที่สุด อย่างแรกคือการวัดแรงที่กระทำต่อตัวอย่างใกล้กับแม่เหล็ก นี่คือวิธีการกำหนดแรงดึงดูดของตัวอย่าง ประการที่สองรวมถึงการวัดความถี่ "เรโซแนนซ์" ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นแม่เหล็กของสสาร อะตอมเป็น "ไจโร" เล็กๆ และอยู่ในสนามแม่เหล็ก (เหมือนยอดปกติภายใต้อิทธิพลของแรงบิด สร้างขึ้นด้วยกำลังความรุนแรง) โดยมีความถี่ที่สามารถวัดได้ นอกจากนี้ แรงยังกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุอิสระซึ่งเคลื่อนที่เป็นมุมฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เช่นเดียวกับกระแสอิเล็กตรอนในตัวนำ มันทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลม ซึ่งรัศมีกำหนดโดย R = mv/eB โดยที่ m คือมวลของอนุภาค v คือความเร็วของมัน e คือประจุของมัน และ B คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของ สนาม ความถี่ของการเคลื่อนที่แบบวงกลมดังกล่าวคือ

โดยที่ f วัดเป็นเฮิรตซ์, e - เป็นคูลอมบ์, m - เป็นกิโลกรัม, B - เป็นเทสลา ความถี่นี้เป็นลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสารที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนที่ทั้งสองประเภท (การเคลื่อนที่ล่วงหน้าและการเคลื่อนที่ตามวงโคจรเป็นวงกลม) สามารถถูกกระตุ้นได้โดยการสลับสนามที่มีความถี่เรโซแนนซ์เท่ากับความถี่ "ธรรมชาติ" ของวัสดุที่กำหนด ในกรณีแรกการสั่นพ้องเรียกว่าแม่เหล็กและในกรณีที่สอง - ไซโคลตรอน (เนื่องจากความคล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่แบบวงกลมของอนุภาคย่อยของอะตอมในไซโคลตรอน) เมื่อพูดถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับโมเมนตัมเชิงมุมของพวกมัน สนามแม่เหล็กกระทำต่อไดโพลอะตอมที่กำลังหมุน โดยมีแนวโน้มที่จะหมุนและวางไว้ขนานกับสนาม ในทางกลับกัน อะตอมจะเริ่มเคลื่อนที่ไปรอบๆ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 10) โดยมีความถี่ขึ้นอยู่กับโมเมนต์ไดโพลและความแรงของสนามแม่เหล็กที่ใช้

การเคลื่อนตัวของอะตอมไม่สามารถทำได้ การสังเกตโดยตรงเนื่องจากอะตอมทั้งหมดของตัวอย่างเข้ามาก่อน เฟสที่แตกต่างกัน- หากเราใช้สนามไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กที่ตั้งฉากกับสนามการเรียงลำดับคงที่ ความสัมพันธ์ของเฟสบางอย่างจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอะตอมที่อยู่ข้างหน้าและโมเมนต์แม่เหล็กรวมของพวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความถี่เท่ากับความถี่พรีเซสชั่นของโมเมนต์แม่เหล็กแต่ละโมเมนต์ สำคัญมีความเร็วเชิงมุมของพรีเซชัน โดยทั่วไป ค่านี้จะอยู่ในลำดับ 1010 Hz/T สำหรับการทำให้เป็นแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน และอยู่ในลำดับ 107 Hz/T สำหรับการทำให้เป็นแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับประจุบวกในนิวเคลียสของอะตอม แผนผังของการตั้งค่าสำหรับการสังเกตด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) จะแสดงไว้ในรูปที่ 1 11. สารที่กำลังศึกษาจะถูกนำเข้าสู่สนามคงที่สม่ำเสมอระหว่างขั้วทั้งสอง หากสนามความถี่วิทยุถูกตื่นเต้นโดยใช้ขดลวดเล็กๆ รอบหลอดทดลอง ก็จะสามารถได้รับเสียงสะท้อนที่ความถี่เฉพาะเท่ากับความถี่พรีเซสชันของ "ไจโร" นิวเคลียร์ทั้งหมดในตัวอย่าง การวัดจะคล้ายกับการปรับเครื่องรับวิทยุให้เป็นความถี่ของสถานีเฉพาะ

วิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กทำให้สามารถศึกษาไม่เพียงแต่คุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมและนิวเคลียสเฉพาะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติของสภาพแวดล้อมด้วย ความจริงก็คือว่าสนามแม่เหล็กเข้ามา ของแข็งวัวและโมเลกุลเป็นเนื้อเดียวกันเนื่องจากพวกมันถูกบิดเบือนโดยประจุของอะตอม และรายละเอียดของเส้นทางของเส้นโค้งเรโซแนนซ์การทดลองจะถูกกำหนดโดยสนามท้องถิ่นในภูมิภาคที่นิวเคลียสอยู่ข้างหน้าตั้งอยู่ ทำให้สามารถศึกษาคุณลักษณะเชิงโครงสร้างของตัวอย่างเฉพาะโดยใช้วิธีเรโซแนนซ์ได้
การคำนวณคุณสมบัติทางแม่เหล็กการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กโลกคือ 0.5 * 10 -4 เทสลา ในขณะที่สนามระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงมีค่าประมาณ 2 เทสลาหรือมากกว่า สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยการกำหนดค่ากระแสใดๆ สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร Biot-Savart-Laplace สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามที่สร้างขึ้นโดยองค์ประกอบกระแส การคำนวณสนามที่สร้างโดยรูปทรง รูปร่างที่แตกต่างกันและขดลวดทรงกระบอก ในหลายกรณีมีความซับซ้อนมาก ด้านล่างนี้เป็นสูตรสำหรับกรณีง่ายๆ หลายกรณี การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (ในหน่วยเทสลา) ของสนามที่สร้างขึ้นโดยเส้นลวดตรงยาวที่มีกระแส I (แอมแปร์) ที่ระยะห่าง r (เมตร) จากเส้นลวดคือ

การเหนี่ยวนำที่ศูนย์กลางของขดลวดวงกลมรัศมี R กับกระแส I เท่ากัน (ในหน่วยเดียวกัน):

ขดลวดที่พันแน่นโดยไม่มีแกนเหล็กเรียกว่าโซลินอยด์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยโซลินอยด์ยาวที่มีจำนวนรอบ N ณ จุดที่อยู่ห่างจากปลายมากพอจะเท่ากับ

ในที่นี้ ค่า NI/L คือจำนวนแอมแปร์ (แอมแปร์-เทิร์น) ต่อหน่วยความยาวของโซลินอยด์ ในทุกกรณี สนามแม่เหล็กของกระแสจะตั้งฉากกับกระแสนี้ และแรงที่กระทำต่อกระแสในสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับทั้งกระแสและสนามแม่เหล็ก สนามของแท่งเหล็กที่เป็นแม่เหล็กนั้นคล้ายคลึงกับสนามภายนอกของโซลินอยด์ยาว โดยมีจำนวนแอมแปร์รอบต่อหน่วยความยาวซึ่งสอดคล้องกับกระแสในอะตอมบนพื้นผิวของแท่งแม่เหล็ก เนื่องจากกระแสภายในแท่งแม่เหล็กหักล้าง กันและกัน (รูปที่ 12) กระแสพื้นผิวดังกล่าวเรียกว่าแอมแปร์โดยใช้ชื่อแอมแปร์ ความแรงของสนามแม่เหล็ก Ha ที่สร้างโดยกระแสแอมแปร์เท่ากับโมเมนต์แม่เหล็กต่อหน่วยปริมาตรของแท่ง M

หากเสียบแท่งเหล็กเข้าไปในโซลินอยด์นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสโซลินอยด์สร้างสนามแม่เหล็ก H การเรียงลำดับของไดโพลอะตอมในวัสดุแม่เหล็กของแท่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก M ในกรณีนี้ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมด ถูกกำหนดโดยผลรวมของกระแสจริงและกระแสแอมแปร์ ดังนั้น B = m0(H + Ha) หรือ B = m0(H + M) อัตราส่วน M/H เรียกว่าความไวต่อสนามแม่เหล็ก และแสดงด้วยอักษรกรีก c c คือปริมาณไร้มิติที่แสดงถึงความสามารถของวัสดุที่จะทำให้เกิดแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก
ค่า B/H ที่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
วัสดุเรียกว่าความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก และเขียนแทนด้วย ma โดยที่ ma = m0m โดยที่ ma คือค่าสัมบูรณ์ และ m คือความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ m = 1 + c ในสารเฟอร์โรแมกเนติก ค่า c อาจมีค่ามาก ค่าขนาดใหญ่- มากถึง 10 4-10 6. ค่า c สำหรับวัสดุพาราแมกเนติกมีค่ามากกว่าศูนย์เล็กน้อยและสำหรับวัสดุไดอะแมกเนติกจะน้อยกว่าเล็กน้อย เฉพาะในสุญญากาศและในสนามที่อ่อนมากเท่านั้นที่ปริมาณ c และ m คงที่และไม่ขึ้นอยู่กับสนามภายนอก การพึ่งพาของการเหนี่ยวนำ B บน H มักจะไม่เชิงเส้นและกราฟของมันเรียกว่า เส้นโค้งแม่เหล็กสำหรับวัสดุที่แตกต่างกันและแม้แต่กับ อุณหภูมิที่แตกต่างกันสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญ (ตัวอย่างเส้นโค้งดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2 และ 3) คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารนั้นซับซ้อนมากและความเข้าใจอย่างลึกซึ้งนั้นจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์โครงสร้างของอะตอมอย่างระมัดระวัง ปฏิกิริยาในโมเลกุล การชนกันในก๊าซ และอิทธิพลซึ่งกันและกันในของแข็งและของเหลว คุณสมบัติทางแม่เหล็กของของเหลวยังคงมีการศึกษาน้อยที่สุด - สนามที่มีความแรง H? 0.5 = 1.0 ME (เส้นขอบเป็นไปตามอำเภอใจ) ค่าที่ต่ำกว่าของ S.m.p. ค่าของสนามนิ่ง = 500 kOe ฝูงสามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีสมัยใหม่ อุปกรณ์สนามบน 1 ME แม้จะเป็นช่วงเวลาสั้นๆ ส่งผลกระทบต่อ......

สารานุกรมกายภาพ สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของของแข็ง ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของของแข็งและทางกายภาพและคุณสมบัติทางเคมี อะตอมที่เป็นส่วนประกอบมีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่ ฟิสิกส์......

สารานุกรมถ่านหิน อะตอมที่เป็นส่วนประกอบมีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่ ฟิสิกส์......

สาขาวิชาฟิสิกส์ครอบคลุมความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตย์ กระแสไฟฟ้า และปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก ไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าสถิตเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง การมีอยู่ของแรงที่กระทำระหว่าง... ... อะตอมที่เป็นส่วนประกอบมีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่ ฟิสิกส์......

- (จากธรรมชาติทางกายภาพของกรีกโบราณ) คนโบราณเรียกฟิสิกส์ว่าการศึกษาโลกโดยรอบและปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ความเข้าใจคำว่าฟิสิกส์นี้ยังคงอยู่จนถึงปลายศตวรรษที่ 17 ต่อมามีสาขาวิชาพิเศษจำนวนหนึ่งปรากฏขึ้น ได้แก่ เคมี ซึ่งศึกษาคุณสมบัติ... ... คำว่าโมเมนต์ที่ใช้กับอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม อาจหมายถึงสิ่งต่อไปนี้: 1) โมเมนต์การหมุนหรือการหมุน 2) โมเมนต์ไดโพลแม่เหล็ก 3) โมเมนต์ไฟฟ้าสี่เท่า 4) โมเมนต์ไฟฟ้าและแม่เหล็กอื่นๆ… … อะตอมที่เป็นส่วนประกอบมีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่ ฟิสิกส์......

ประเภทต่างๆ อะนาล็อกไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับที่โพลาไรเซชันแม่เหล็กตกค้าง (โมเมนต์) ปรากฏในสารเฟอร์โรแมกเนติกเมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็ก ในไดอิเล็กตริกเฟอร์โรอิเล็กทริกที่วางอยู่ในสนามไฟฟ้า... ...

สารานุกรมถ่านหิน

นอกเหนือจากชิ้นส่วนของอำพันที่ถูกประจุไฟฟ้าจากการเสียดสีแล้ว แม่เหล็กถาวรยังเป็นหลักฐานทางวัตถุชิ้นแรกของปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับคนโบราณ (สายฟ้าในยามเช้าของประวัติศาสตร์มีสาเหตุมาจากขอบเขตของการสำแดงพลังที่ไม่มีสาระสำคัญอย่างแน่นอน) การอธิบายธรรมชาติของเฟอร์โรแมกเนติกนิยมนั้นอยู่ในจิตใจที่อยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด แต่ถึงตอนนี้ ธรรมชาติทางกายภาพการดึงดูดอย่างถาวรของสสารบางชนิดทั้งที่สร้างขึ้นตามธรรมชาติและประดิษฐ์นั้นยังไม่ได้รับการเปิดเผยอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้มีกิจกรรมมากมายสำหรับนักวิจัยสมัยใหม่และในอนาคต

วัสดุแบบดั้งเดิมสำหรับแม่เหล็กถาวร

มีการใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมตั้งแต่ปี 1940 โดยมีการกำเนิดของโลหะผสมอัลนิโก (AlNiCo) ก่อนหน้านี้ แม่เหล็กถาวรที่ทำจากเหล็กหลายประเภทถูกนำมาใช้กับเข็มทิศและแมกนีโตเท่านั้น Alnico ทำให้สามารถเปลี่ยนแม่เหล็กไฟฟ้าและใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น มอเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และลำโพงได้

การรุกเข้าสู่ชีวิตประจำวันของเราได้รับแรงผลักดันใหม่ด้วยการสร้างแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และตั้งแต่นั้นมา แม่เหล็กถาวรก็กลายเป็นเรื่องปกติไป

การปฏิวัติวัสดุแม่เหล็กเริ่มขึ้นในราวปี 1970 ด้วยการสร้างตระกูลซาแมเรียม-โคบอลต์ของวัสดุแม่เหล็กแข็งที่มีความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กที่ไม่เคยมีมาก่อน จากนั้น มีการค้นพบแม่เหล็กหายากรุ่นใหม่ซึ่งมีพื้นฐานมาจากนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน โดยมีความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กสูงกว่าซาแมเรียมโคบอลต์ (SmCo) มาก และมีต้นทุนที่ต่ำตามที่คาดไว้ แม่เหล็กหายากของโลกทั้งสองตระกูลนี้มีความหนาแน่นพลังงานสูงจนไม่เพียงแต่สามารถแทนที่แม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้ในพื้นที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้อีกด้วย ตัวอย่าง ได้แก่ สเต็ปเปอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรขนาดเล็กในนาฬิกาข้อมือ และเครื่องแปลงสัญญาณเสียงในหูฟังประเภท Walkman

การปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุอย่างค่อยเป็นค่อยไปแสดงไว้ในแผนภาพด้านล่าง

แม่เหล็กถาวรนีโอไดเมียม

สิ่งเหล่านี้แสดงถึงการพัฒนาล่าสุดและสำคัญที่สุดในสาขานี้ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การค้นพบนี้ได้รับการประกาศครั้งแรกแทบจะพร้อมๆ กันในปลายปี 1983 โดยผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะจาก Sumitomo และ General Motors มีพื้นฐานมาจากสารประกอบระหว่างโลหะ NdFeB ซึ่งเป็นโลหะผสมของนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน ในจำนวนนี้ นีโอไดเมียมเป็นธาตุหายากที่สกัดจากแร่โมนาไซต์

ความสนใจมหาศาลที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรเหล่านี้เกิดขึ้นเนื่องจากเป็นครั้งแรกที่มีการผลิตวัสดุแม่เหล็กใหม่ที่ไม่เพียงแต่แข็งแกร่งกว่ารุ่นก่อนเท่านั้น แต่ยังประหยัดกว่าด้วย ประกอบด้วยเหล็กเป็นส่วนใหญ่ซึ่งมีราคาถูกกว่าโคบอลต์มาก และนีโอไดเมียมซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุจากธาตุหายากที่พบมากที่สุดและมีปริมาณสำรองบนโลกมากกว่าตะกั่ว แร่ธาตุหายากที่สำคัญ monazite และ bastanesite มีนีโอไดเมียมมากกว่าซาแมเรียมถึงห้าถึงสิบเท่า

กลไกทางกายภาพของการดึงดูดแม่เหล็กถาวร

เพื่ออธิบายการทำงานของแม่เหล็กถาวร เราต้องมองเข้าไปข้างในจนถึงระดับอะตอม แต่ละอะตอมมีชุดการหมุนของอิเล็กตรอน ซึ่งรวมกันเป็นโมเมนต์แม่เหล็กของมัน สำหรับจุดประสงค์ของเรา เราสามารถถือว่าแต่ละอะตอมเป็นแม่เหล็กแท่งเล็กๆ เมื่อแม่เหล็กถาวรถูกล้างอำนาจแม่เหล็ก (ไม่ว่าจะโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงหรือโดยสนามแม่เหล็กภายนอก) โมเมนต์อะตอมแต่ละอันจะถูกวางทิศทางแบบสุ่ม (ดูรูปด้านล่าง) และไม่มีการสังเกตความสม่ำเสมอ

เมื่อมันถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กแรงสูง โมเมนต์อะตอมทั้งหมดจะหันไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก และในขณะเดียวกัน มันก็จะเชื่อมต่อกัน (ดูรูปด้านล่าง) คัปปลิ้งนี้ช่วยให้สามารถรักษาสนามแม่เหล็กถาวรได้เมื่อสนามภายนอกถูกถอดออก และยังต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อทิศทางเปลี่ยน การวัดแรงยึดเกาะของโมเมนต์อะตอมคือขนาดของแรงบีบบังคับของแม่เหล็ก เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง

ในการนำเสนอกลไกการทำให้เป็นแม่เหล็กในเชิงลึกมากขึ้น เราไม่ได้ดำเนินการตามแนวคิดเรื่องโมเมนต์อะตอมมิก แต่ใช้แนวคิดเกี่ยวกับบริเวณขนาดเล็ก (ประมาณ 0.001 ซม.) ภายในแม่เหล็ก ซึ่งในตอนแรกจะมีการทำให้เป็นแม่เหล็กถาวร แต่จะเป็นการสุ่ม มุ่งเน้นในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกเพื่อให้ผู้อ่านที่เข้มงวดสามารถระบุคุณสมบัติทางกายภาพข้างต้นได้หากต้องการ กลไกไม่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กโดยรวม แต่อยู่ในโดเมนที่แยกจากกัน

การเหนี่ยวนำและการดึงดูด

โมเมนต์อะตอมจะถูกสรุปและสร้างโมเมนต์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรทั้งหมด และการดึงดูดแม่เหล็ก M จะแสดงขนาดของโมเมนต์นี้ต่อหน่วยปริมาตร การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B แสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กถาวรเป็นผลมาจากแรงแม่เหล็กภายนอก (ความแรงของสนามแม่เหล็ก) H ที่นำไปใช้ในระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็กปฐมภูมิ เช่นเดียวกับการทำให้เป็นแม่เหล็กภายใน M เนื่องจากการวางแนวของโมเมนต์อะตอม (หรือโดเมน) ค่าของมันในกรณีทั่วไปกำหนดโดยสูตร:

B = µ 0 (H + M)

โดยที่ µ 0 เป็นค่าคงที่

ในวงแหวนถาวรและแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความแรงของสนาม H ภายในนั้น (ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก) เท่ากับศูนย์ เนื่องจากตามกฎของกระแสรวม อินทิกรัลของมันตามวงกลมใด ๆ ภายในแกนวงแหวนดังกล่าว เท่ากับ:

H∙2πR = iw=0 โดยที่ H=0

ดังนั้น แรงดึงดูดของแม่เหล็กในวงแหวนคือ:

ตัวอย่างเช่น ในแม่เหล็กแบบเปิด ในแม่เหล็กวงแหวนเดียวกัน แต่มีช่องว่างอากาศกว้าง l ในแกนกลางที่มีความยาว l สีเทา ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกและการเหนี่ยวนำ B เดียวกันภายในแกนกลางและในช่องว่าง ตามกฎของกระแสรวมเราได้รับ:

H เซอร์ ล เซอร์ + (1/ µ 0)Bl zaz = iw=0

เนื่องจาก B = µ 0 (H ser + M ser) ดังนั้น เมื่อแทนนิพจน์ของมันไปเป็นนิพจน์ก่อนหน้า เราจึงได้:

H ser (ลเซอร์ + l zaz) + M เซอร์ l zaz =0,

H ser = ─ M ser l zaz (l ser + l zaz)

ในช่องว่างอากาศ:

H zaz = B/µ 0,

โดยที่ B ถูกกำหนดโดยเซอร์ M ที่กำหนดและเซอร์ H ที่พบ

เส้นโค้งการสะกดจิต

เริ่มต้นจากสถานะที่ไม่เป็นแม่เหล็ก เมื่อ H เพิ่มขึ้นจากศูนย์ เนื่องจากการวางแนวของโมเมนต์อะตอมทั้งหมดไปในทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอก M และ B จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเปลี่ยนไปตามส่วน “a” ของเส้นโค้งสนามแม่เหล็กหลัก (ดูรูปด้านล่าง) .

เมื่อโมเมนต์อะตอมทั้งหมดเท่ากัน M จะมาถึงค่าความอิ่มตัว และการเพิ่มขึ้นอีกของ B จะเกิดขึ้นเนื่องจากสนามที่ใช้เท่านั้น (ส่วน b ของเส้นโค้งหลักในรูปด้านล่าง) เมื่อสนามภายนอกลดลงเหลือศูนย์ การเหนี่ยวนำ B จะไม่ลดลงตามเส้นทางเดิม แต่ลดลงตามส่วน "c" เนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์ของโมเมนต์อะตอม โดยมีแนวโน้มที่จะรักษาโมเมนต์เหล่านั้นไว้ในทิศทางเดียวกัน เส้นโค้งสนามแม่เหล็กเริ่มอธิบายสิ่งที่เรียกว่าลูปฮิสเทรีซิส เมื่อ H (สนามภายนอก) เข้าใกล้ศูนย์ การเหนี่ยวนำจะเข้าใกล้ค่าคงเหลือซึ่งกำหนดโดยโมเมนต์อะตอมเท่านั้น:

B r = μ 0 (0 + M ก.)

หลังจากที่ทิศทางของ H เปลี่ยนไป H และ M จะกระทำในทิศทางตรงกันข้าม และ B จะลดลง (ส่วนหนึ่งของเส้นโค้ง “d” ในรูป) ค่าของสนามแม่เหล็กที่ B ลดลงเหลือศูนย์เรียกว่า แรงบีบบังคับของแม่เหล็ก B H C . เมื่อขนาดของสนามที่ใช้มีขนาดใหญ่พอที่จะทำลายการทำงานร่วมกันของโมเมนต์อะตอม สนามเหล่านี้จะหันไปในทิศทางใหม่ของสนาม และทิศทางของ M จะกลับกัน ค่าสนามที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่าแรงบีบบังคับภายในของแม่เหล็กถาวร M H C . ดังนั้นจึงมีสองแรงบีบบังคับที่แตกต่างกันแต่เกี่ยวข้องกันซึ่งสัมพันธ์กับแม่เหล็กถาวร

ภาพด้านล่างแสดงเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กพื้นฐานของวัสดุต่างๆ สำหรับแม่เหล็กถาวร

จะเห็นได้ว่าแม่เหล็ก NdFeB มีการเหนี่ยวนำตกค้างสูงสุด B r และแรงบีบบังคับ (ทั้งทั้งหมดและภายในคือกำหนดโดยไม่คำนึงถึงความแรง H โดยการดึงดูด M เท่านั้น)

กระแสพื้นผิว (แอมแปร์)

สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรถือได้ว่าเป็นสนามของกระแสที่เกี่ยวข้องซึ่งไหลไปตามพื้นผิวของมัน กระแสเหล่านี้เรียกว่ากระแสแอมแปร์ ตามความหมายปกติของคำนี้ ไม่มีกระแสภายในแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรกับสนามของกระแสในขดลวด นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส แอมแปร์ แนะนำว่าการทำให้เป็นแม่เหล็กของสารสามารถอธิบายได้ด้วยการไหลของกระแสด้วยกล้องจุลทรรศน์ ทำให้เกิดวงจรปิดด้วยกล้องจุลทรรศน์ และแท้จริงแล้ว การเปรียบเทียบระหว่างสนามของโซลินอยด์กับแม่เหล็กทรงกระบอกยาวนั้นเกือบจะสมบูรณ์แล้ว: มีขั้วเหนือและใต้ของแม่เหล็กถาวรและขั้วเดียวกันของโซลินอยด์ และรูปแบบของเส้นแรงของสนามของพวกมันคือ คล้ายกันมาก (ดูภาพด้านล่าง)

มีกระแสอยู่ในแม่เหล็กหรือไม่?

ลองจินตนาการว่าปริมาตรทั้งหมดของแม่เหล็กถาวรแท่งบางส่วน (ที่มีรูปร่างหน้าตัดตามต้องการ) เต็มไปด้วยกระแสแอมแปร์ระดับจุลภาค ภาพตัดขวางของแม่เหล็กที่มีกระแสดังแสดงในรูปด้านล่าง

แต่ละคนมีช่วงเวลาที่ดึงดูดใจ ด้วยการวางแนวเดียวกันในทิศทางของสนามภายนอก พวกมันจะก่อให้เกิดโมเมนต์แม่เหล็กที่แตกต่างจากศูนย์ จะกำหนดการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีการเคลื่อนที่ตามลำดับของประจุ ในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านหน้าตัดใดๆ ของแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังง่ายต่อการเข้าใจด้วยว่ากระแสของวงจรที่อยู่ติดกัน (สัมผัส) ได้รับการชดเชยภายใน เฉพาะกระแสบนพื้นผิวของร่างกายซึ่งก่อให้เกิดกระแสพื้นผิวของแม่เหล็กถาวรเท่านั้นที่ไม่ได้รับการชดเชย ความหนาแน่นของมันเท่ากับการดึงดูด M

วิธีกำจัดการย้ายผู้ติดต่อ

ทราบปัญหาของการสร้างเครื่องซิงโครนัสแบบไร้สัมผัส การออกแบบแบบดั้งเดิมที่มีการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าจากขั้วของโรเตอร์ที่มีขดลวดนั้นเกี่ยวข้องกับการจ่ายกระแสให้พวกเขาผ่านหน้าสัมผัสแบบเคลื่อนย้ายได้ - วงแหวนสลิปพร้อมแปรง ข้อเสียของการแก้ปัญหาทางเทคนิคดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว: ความยากลำบากในการบำรุงรักษา ความน่าเชื่อถือต่ำ และการสูญเสียอย่างมากในการเคลื่อนย้ายหน้าสัมผัส โดยเฉพาะอย่างยิ่งหาก เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดเทอร์โบและไฮโดรเจนอันทรงพลังในวงจรกระตุ้นซึ่งใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก

หากคุณสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็กถาวร ปัญหาการสัมผัสจะหายไปทันที อย่างไรก็ตามมีปัญหาในการยึดแม่เหล็กกับโรเตอร์ที่กำลังหมุนได้อย่างน่าเชื่อถือ นี่คือจุดที่ประสบการณ์ที่ได้รับในการผลิตรถแทรกเตอร์สามารถเป็นประโยชน์ได้ พวกเขาใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่มีแม่เหล็กถาวรอยู่ในช่องโรเตอร์ที่เต็มไปด้วยโลหะผสมที่หลอมละลายต่ำมานานแล้ว

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา มอเตอร์กระแสตรงแพร่หลายมากขึ้น หน่วยดังกล่าวประกอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าและตัวสับเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์สำหรับขดลวดกระดองซึ่งทำหน้าที่ของตัวสะสม มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวรอยู่บนโรเตอร์ ดังในรูป ด้านบน โดยมีเกราะที่อยู่กับที่พันอยู่บนสเตเตอร์ วงจรสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์เป็นอินเวอร์เตอร์ของแรงดันตรง (หรือกระแส) ของเครือข่ายจ่ายไฟ

ข้อได้เปรียบหลักของมอเตอร์ดังกล่าวคือลักษณะที่ไม่สัมผัส องค์ประกอบเฉพาะของมันคือเซ็นเซอร์ภาพถ่าย การเหนี่ยวนำ หรือเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ฮอลล์ที่ควบคุมการทำงานของอินเวอร์เตอร์

ในแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ไม่ว่าจะเกิดจากการเคลื่อนที่ของตัวนำที่มีกระแสตรง หรือเนื่องจากการไหลของกระแสสลับผ่านตัวนำ ไม่ว่าในกรณีใดเมื่อกระแสไฟถูกปิด เอฟเฟกต์แม่เหล็กจะหายไป แม่เหล็กถาวรเป็นเรื่องที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ไม่มีร่องรอยของกระแสที่นี่ แต่มีสนามแม่เหล็กอยู่

คำอธิบายที่เข้มงวดเกี่ยวกับหลักการทำงานของแม่เหล็กถาวรนั้นเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการใช้อุปกรณ์ของฟิสิกส์ควอนตัม หากคุณอธิบาย "ด้วยนิ้วของคุณ" คำอธิบายที่เหมาะสมที่สุดจะเป็นเช่นนี้ อิเล็กตรอนแต่ละตัวนั้นเป็นแม่เหล็กและมีโมเมนต์แม่เหล็ก - นี่คือคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของมัน หากอะตอมที่อิเล็กตรอน "อยู่" นั้นถูกวางตัวแบบสุ่มในสสาร โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะชดเชยซึ่งกันและกันและสสารนั้นจะไม่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็ก หากด้วยเหตุผลบางประการอะตอม (อย่างน้อยบางส่วน) หันไปในทิศทางเดียวคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอิเล็กตรอนก็จะเพิ่มขึ้นและสารนั้นจะกลายเป็นแม่เหล็ก ปรากฎว่าแม่เหล็กแรงสูงเป็นแม่เหล็กที่อะตอมหลายอะตอมถูกวางตัวไปในทิศทางเดียวกัน และยิ่งอะตอมน้อยมีทิศทางเดียวกัน แม่เหล็กก็จะยิ่งอ่อนลง เป็นที่ชัดเจนว่าโดยหลักการแล้วของเหลวและก๊าซไม่สามารถเป็นแม่เหล็กได้ ท้ายที่สุดแล้ว อะตอมสามารถรักษาทิศทางของพวกมันได้เฉพาะในของแข็งเท่านั้น

เมื่อเวลาผ่านไป แม่เหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติไป แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสาเหตุภายนอก: สนามแม่เหล็กภายนอก อุณหภูมิสูง ความเสียหายทางกล เมื่อดึงดูดร่างกาย แม่เหล็กจะใช้พลังงานส่วนหนึ่งไปกับแรงดึงดูดนี้และจะแรงน้อยลงเล็กน้อย แต่เมื่อคุณฉีกร่างนี้ออกจากแม่เหล็ก มันจะส่งคืนพลังงานที่ใช้ไปโดยสมบูรณ์ ดังนั้น งานทางกลทั้งหมดของแม่เหล็กถาวรยังคงเป็นศูนย์ และในทางทฤษฎีแล้ว แม่เหล็กสามารถรักษาคุณสมบัติของมันไว้ได้นานอย่างไม่มีกำหนด

การผลิตและการใช้แม่เหล็กถาวร

แม้ว่าผู้คนจะรู้จักแม่เหล็กเมื่อหลายพันปีก่อนก็ตาม การผลิตภาคอุตสาหกรรมเกิดขึ้นได้เฉพาะในศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น แม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งที่สุดซึ่งใช้โลหะผสมนีโอไดเมียมนั้นถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น และแม่เหล็กที่ถูกที่สุดและเป็นที่นิยมมากที่สุดที่ผลิตในปัจจุบัน - วัสดุแม่เหล็กโพลีเมอร์ซึ่งรวมถึงไวนิลแม่เหล็กได้รับการพัฒนาในช่วงเปลี่ยนสหัสวรรษที่สองและสาม

การใช้แม่เหล็กถาวรในทางปฏิบัติครั้งแรกมีขึ้นตั้งแต่ศตวรรษที่ 12 และไม่ได้สูญเสียความเกี่ยวข้องมาจนถึงทุกวันนี้ นี่คือการใช้เข็มแม่เหล็กในเข็มทิศ ก่อนที่จะเริ่มการผลิตวัสดุแม่เหล็กจำนวนมาก แม่เหล็กไม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสิ่งอื่นใด (ไม่นับการใช้พวกมันเป็นของเล่นหรือเครื่องราง "การรักษา")

ในเทคโนโลยีสมัยใหม่มีการใช้แม่เหล็กถาวรทุกที่ การแสดงรายการสื่อจัดเก็บข้อมูลแบบแม่เหล็ก (ตั้งแต่ดิสก์ไดรฟ์ในคอมพิวเตอร์ของคุณไปจนถึงแถบแม่เหล็กในคอมพิวเตอร์ของคุณ) ก็เพียงพอแล้ว บัตรพลาสติก), ไมโครโฟน และลำโพง (มีแม่เหล็กถาวรอยู่ที่ลำโพงเสียงบนโต๊ะและในตัวของคุณ) โทรศัพท์มือถือ) ในมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (มอเตอร์ไฟฟ้าบางชนิดไม่ได้ใช้แม่เหล็กถาวร แต่ตัวอย่างเช่นพัดลมในคอมพิวเตอร์ของคุณก็มีพวกมันแน่นอน) ในเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก (คุณเคยคิดบ้างไหมว่าเป็นเซ็นเซอร์ประเภทนี้ เช่นที่ป้องกันไม่ให้ลิฟต์เริ่มเคลื่อนที่โดยที่ประตูเปิด) และในอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย การใช้งานแม่เหล็กบางประเภทจะค่อยๆ ล้าสมัย ตัวอย่างเช่น หลอดรังสีแคโทด ซึ่งจนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้ 100% ของการผลิตทีวีและจอภาพไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไป สื่อเก็บข้อมูลแม่เหล็กจะค่อยๆหายไปจากที่เกิดเหตุ แต่โดยทั่วไปแล้วการผลิตและการใช้แม่เหล็กถาวรมีการเติบโตทุกปี