บรรทัด "แม่เหล็ก f-ing พวกเขาทำงานอย่างไร" ได้รับการประกาศเกียรติคุณในปี 2009 โดย Hip-Hop Duo Insane Clown Posse แม่เหล็กไม่ใช่เรื่องลึกลับทั้งหมด - พื้นฐานเป็นที่รู้จักกันมานานสองศตวรรษ ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของไดรฟ์ดิสก์แม่เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปหรือเดสก์ท็อปทุกเครื่องและพวกเขาได้เข้ามาเป็นผู้เล่นเทปและแน่นอนสิ่งที่เราใช้ในการเก็บของในตู้เย็น ก่อนการถือกำเนิดของหน้าจอแบนโทรทัศน์และจอภาพเป็นที่ตั้งของแม่เหล็กที่ทรงพลังที่สุดในบ้านโดยเฉลี่ย
แม้ว่าฟิสิกส์ของแม่เหล็กค่อนข้างเข้าใจดี (ยกเว้นนักดนตรีฮิปฮอปบางคน) และพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตของเรามานานหลายศตวรรษพวกเขาประหลาดใจและมีความสุข นี่คือข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับแม่เหล็ก
1. แม่เหล็กมีสี่รสชาติ: Ferromagnets - ซึ่งรวมถึงสารเช่นเหล็กและนิกเกิล - ประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ซึ่งมีสปินอยู่ในแนวเดียวกัน พวกเขาทำแม่เหล็กถาวรที่ดี ในแม่เหล็กชนิดอื่น - เรียกว่าเฟอร์ริมแม่เหล็ก - มีเพียงสปินอิเล็กตรอนบางตัวเท่านั้นที่อยู่ในแนวเดียวกัน
ที่สุดองค์ประกอบทางเคมีอย่างไรก็ตามได้รับการพิจารณาว่าเป็น paramagnetic ซึ่งหมายความว่ามันจะถูกแม่เหล็กเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กอื่น Paramagnets ยังมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่
หากคุณกำลังมองหาการลอยวัตถุวัสดุ diamagnetic เป็นวิธีที่จะไป วัสดุเหล่านี้ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กเมื่ออยู่ในสนาม แต่พวกมันสร้างเขตข้อมูลตรงข้ามกับแหล่งที่อยู่ รถไฟ Maglev ทำงานบนหลักการนี้
2. แม่เหล็กมีน้ำหนักเบา: ทำไมแม่เหล็กติด? แม่เหล็กดึงดูดซึ่งกันและกันเพราะพวกมันแลกเปลี่ยนโฟตอนหรืออนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นแสง แต่แตกต่างจากโฟตอนที่สตรีมออกจากโคมไฟโต๊ะหรือสะท้อนทุกสิ่งที่คุณเห็นรอบตัวคุณโฟตอนเหล่านี้เป็นเสมือนจริงและดวงตาของคุณ (หรือเครื่องตรวจจับอนุภาคใด ๆ ) ไม่สามารถ "เห็น" พวกเขา อย่างไรก็ตามพวกเขาสามารถแลกเปลี่ยนโมเมนตัมและนี่คือเหตุผลที่พวกเขายึดติดกับสิ่งต่าง ๆ หรือขับไล่พวกเขา เมื่อเด็กขว้างลูกบอลดอดจ์พวกเขาจะแลกเปลี่ยนโมเมนตัมกับลูกบอลและนักขว้างก็รู้สึกแรงผลักกลับเล็กน้อย ในขณะเดียวกันคนเป้าหมายก็รู้สึกถึงพลังของลูกบอลและ (อาจ) ก็ถูกกระแทก - พวกเขาถูก "ขับไล่" จากนักขว้าง ด้วยโฟตอนกระบวนการยังสามารถเกิดขึ้นได้ในสิ่งที่ตรงกันข้ามราวกับว่าเด็กคนหนึ่งเอื้อมมือออกไปและคว้าลูกบอลในขณะที่อีกคนหนึ่งยังคงแขวนอยู่กับมันซึ่งจะดูเหมือนพลังที่น่าดึงดูด
โฟตอนเป็นผู้ให้บริการแรงไม่เพียง แต่สำหรับแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตเช่นไฟฟ้าคงที่และเป็นเหตุผลว่าทำไมแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคำที่เราใช้สำหรับเอฟเฟกต์ที่เกิดจากปรากฏการณ์เหล่านี้ - รวมถึงแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
3. แม่เหล็กมีความสัมพันธ์กัน: ถูกต้อง - เมื่อใดก็ตามที่คุณเปิดแม่เหล็กไฟฟ้าและติดกับตู้เย็นคุณจะแสดงทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทำไม ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษระยะทางตามทิศทางของการเคลื่อนไหวจะสั้นลง-นั่นคือรถที่เคลื่อนไหวเร็วจะดูบีบแม้ว่าคนในรถจะไม่สังเกตเห็น คน ๆ นั้นจะเห็นทุกสิ่งรอบตัวเขาหรือเธอเช่นเดียวกับการทุ่มเทในทิศทางที่บุคคลนั้นเดินทาง
สิ่งนี้มีผลที่ตามมาสำหรับอนุภาคที่มีประจุในสายไฟ ตามปกติอิเล็กตรอนที่มีประจุลบและโปรตอนที่มีประจุบวกในลวดจะยกเลิกซึ่งกันและกัน แต่เมื่อกระแสเคลื่อนที่ผ่านลวดอิเล็กตรอนกำลังเคลื่อนที่ จากมุมมองของอนุภาคที่มีประจุที่อยู่กับที่อยู่นอกลวดระยะห่างระหว่างอิเล็กตรอนจะเล็กลง นั่นหมายความว่าดูเหมือนว่ามีอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนในพื้นที่ที่กำหนด - ทันใดนั้นก็มีประจุลบสุทธิ ใส่อนุภาคที่มีประจุบวก (หรือลวด) ถัดจากลวดที่มีกระแสอยู่ในนั้นและคุณจะรู้สึกถึงแรงดึงดูดของแม่เหล็ก วางอนุภาคที่มีประจุลบไว้ใกล้ ๆ แล้วมันจะขับไล่ - และนี่คือเหตุผลว่าทำไมถ้าคุณเรียกใช้กระแสในทิศทางตรงกันข้ามผ่านสายไฟสองสายพวกเขาจะดึงดูดซึ่งกันและกันและหากกระแสไฟฟ้าทำงานในทิศทางเดียวกันพวกเขาจะขับไล่
สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กพูดใกล้แม่เหล็กแท่ง (ถาวร) อนุภาคมีประสบการณ์แรง แต่ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพคุณไม่สามารถพูดได้ว่าอนุภาคกำลังเคลื่อนไหวและแม่เหล็กไม่ได้ จากมุมมองของอนุภาคแม่เหล็กแท่งกำลังเคลื่อนที่ สมการของ Maxwell ซึ่งอธิบายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและกองกำลังแสดงให้เห็นว่าคุณจะเห็นกองกำลังที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงที่คุณเลือก สำหรับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่กับที่ดูเหมือนว่าแรงแม่เหล็กผลักหรือดึงอนุภาคและสำหรับการเคลื่อนที่ของมันเป็นแรงไฟฟ้าสถิต ปัญหานี้เป็นส่วนสำคัญของการพัฒนาของ Einstein เกี่ยวกับสัมพัทธภาพพิเศษซึ่งคิดเป็นความคลาดเคลื่อน
4. แม่เหล็กที่ทรงพลังที่สุดในโลก: แม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดสองแห่งอาศัยอยู่ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ในนิวเม็กซิโกและมหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดา (FSU) ห้องปฏิบัติการน้องสาวสองแห่งมีแม่เหล็กที่สามารถเข้าถึง 100 และ 45 เทสลาตามลำดับ จากการเปรียบเทียบแม่เหล็ก Junkyard - อันที่ยกรถยนต์ - มีประมาณ 2 เทสลา
ที่แม่เหล็ก Alamosได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างฟิลด์ที่มีอายุเพียงไม่กี่วินาทีในขณะที่แม่เหล็ก FSU สามารถรักษาสนามได้ตราบเท่าที่กำลังเปิดอยู่ แม่เหล็กแต่ละตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการทดลองประเภทต่าง ๆ Ross McDonald นักวิทยาศาสตร์พนักงานที่ Los Alamos กล่าว
เอฟเฟกต์ที่น่าสนใจเกิดขึ้นกับแม่เหล็ก FSU เมื่อมีวัสดุ diamagnetic เช่นกระป๋องอลูมิเนียมรอบ ๆ Diamagnetism สร้างฟิลด์ด้วยการวางแนวตรงข้ามกับแม่เหล็กดังนั้นสิ่งใดก็ตามที่ทำจากวัสดุดังกล่าวติดอยู่ในสถานที่ “ มันเหมือนกับการพยายามเคลื่อนย้ายผ่านกากน้ำตาล” แมคโดนัลด์กล่าว
มันไม่ปลอดภัยที่จะเล่นกับถังอลูมิเนียมใกล้กับแม่เหล็ก Los Alamos ด้วยเหตุผลเดียวกับที่ไม่ปลอดภัยที่จะยืนอยู่ในห้องที่มีแม่เหล็กอยู่ “ แม่เหล็กพัลซิ่งทุกตัวจะทำลายตัวเองในที่สุด” แมคโดนัลด์กล่าวเพราะความเครียดของกองกำลังแม่เหล็กบนขดลวด เมื่อพวกเขาล้มเหลวพวกเขาสามารถล้มเหลวอย่างรุนแรง “ เรามีบางอย่างเช่นพลังงานที่มีพลังงานของไดนาไมต์ 100 แท่งในนั้นและเรามี 99.9 เปอร์เซ็นต์” เขากล่าว แต่จุดเปอร์เซ็นต์สุดท้ายนั้นยังคงเป็นจำนวนมากดังนั้น Lanl จะอพยพอาคารเมื่อแม่เหล็กเปิดอยู่
5. แม่เหล็กแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ควอนตัมทำงานได้: การค้นพบหนึ่งในคุณสมบัติเชิงกลควอนตัมพื้นฐานของอนุภาคระดับประถมศึกษา - สปิน - แม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง มันเรียกว่าการทดลองสเติร์น-เจอลัคหลังจากนักฟิสิกส์ Otto Stern และ Walter Gerlach พวกเขาทำการทดลองในปี 1922 เพื่อทดสอบความคิดเกี่ยวกับทฤษฎีใหม่ในขณะนั้นกลศาสตร์ควอนตัม- พวกเขาใช้แม่เหล็กสองตัวหนึ่งอันที่ด้านบนของอีกด้านหนึ่งมีรูปร่างที่สร้างสนามแม่เหล็กที่ไม่สมมาตรยาว จากนั้นพวกเขาก็ยิงอนุภาคที่ไม่มีประจุ -อะตอมเงิน- ผ่านสนามที่เป้าหมาย สนามแบบอสมมาตรจะเปลี่ยนวิถีของอะตอมเงินเล็กน้อย เนื่องจากอะตอมจะมุ่งเน้นไปในทิศทางแบบสุ่มและโมเมนต์เชิงมุมของพวกเขาก็จะสุ่มเช่นกันวิถีควรแตกต่างกันสำหรับแต่ละอะตอมเงิน แต่ก็ไม่เป็นที่รู้จัก เป้าหมายควรแสดงการกระจายอย่างราบรื่นของการโจมตีจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง
ที่ไม่ได้เกิดขึ้น แต่ผู้ทดลองมีสองกลุ่มของการโจมตีราวกับว่าลำแสงแบ่งออกเป็นสองทิศทางกับอนุภาคที่ไม่สามารถเบี่ยงเบนไปทุกที่ในระหว่างนั้น สเติร์นและเจอร์ลัคเพิ่งแสดงให้เห็นว่าสปินของอนุภาคเป็นปริมาณ - พวกเขาสามารถขึ้นหรือลงได้ แต่ไม่มีอะไรอื่น
6. แม่เหล็กไม่จำเป็นต้องเป็นเหล็กหรือแม้แต่โลหะ: แม่เหล็กส่วนใหญ่ที่เราใช้ทำจากเหล็ก (เช่นแม่เหล็กตู้เย็น) แต่นั่นไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้น แม่เหล็กสามารถทำจากวัสดุใด ๆ ที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ซึ่งรวมถึงโลหะและโลหะผสมมากมายเช่นนีโอไดเมียมซึ่งใช้ในดิสก์ไดรฟ์ ในความเป็นจริงวัสดุ Ferrimagnetic มักจะไม่ใช่โลหะเลย ในหมู่พวกเขาคือสปิลซึ่งใช้ในแม่เหล็กที่ปิดผนึกประตูตู้เย็น
7. เวชศาสตร์แม่เหล็ก: ไม่มีหลักฐานใด ๆ ว่าแม่เหล็กทำงานเพื่อบรรเทาอาการปวด เหตุผล? แม้ว่าจะมีเหล็กในเลือดของคุณ แต่ก็ประกอบไปด้วยอะตอมที่อยู่ห่างกันมากเกินไป หากคุณทดสอบสิ่งนี้โดยการแทงนิ้วและเลือดที่หกใกล้กับแม่เหล็กคุณจะพบว่าเลือดหรือแม่เหล็กของคุณจะไม่ดึงดูดซึ่งกันและกัน -11 ข้อเท็จจริงที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับระบบไหลเวียนโลหิต-
ที่กล่าวว่ามีการใช้แม่เหล็กในเครื่องถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กซึ่งใช้แม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่าที่อยู่ในเก็บของที่ยกรถยนต์ ในกรณีส่วนใหญ่แม่เหล็ก MRI เป็นตัวนำยิ่งยวดและระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลว
8. รู้จักกันมานาน แต่ไม่เข้าใจ: ชาวกรีกโบราณและชาวจีนสังเกตเห็นบางสิ่งบางอย่างเกิดขึ้นกับวัสดุบางอย่างที่รู้จักกันในชื่อ Lodestones Lodestones เป็น magnetite จริงรูปแบบของเหล็กออกไซด์ที่เกิดขึ้นเมื่อแมกมาเย็นลงอย่างช้าๆ Lodestones ดึงดูดโลหะเหมือนเหล็กอื่น ๆ และดีกว่านั้นสามารถดึงดูดเหล็กธรรมดาได้ เมื่อชิ้นโลหะชิ้นเล็ก ๆ ถูกแม่เหล็กจากนั้นแขวนจากสายหรือลอยอยู่ในน้ำพวกเขาจะจัดแนวกับสนามแม่เหล็กของโลก - กลายเป็นเข็มทิศแม่เหล็กแรก
9. สัตว์เล่นกีฬาแม่เหล็ก: สัตว์และแบคทีเรียบางตัวมีแม่เหล็กในร่างกายของพวกเขา หอยชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Chiton มีแม่เหล็กอยู่ใน "ฟัน" ซึ่งครอบคลุมลิ้นของมัน แมกนีไทต์นั้นมีการขัดและปล่อยให้สาหร่ายขูดสัตว์ แต่ก็อาจให้ความรู้สึกกลับบ้านทำให้ Chitons สามารถหาทางกลับไปยังสถานที่บางแห่งที่พวกเขาชอบผสมพันธุ์และให้อาหาร การศึกษานกพิราบกลับบ้านดูเหมือนจะแสดงให้เห็นว่าพวกเขามีความรู้สึกแม่เหล็กที่ช่วยให้พวกเขานำทาง Magnetite ในปากของสัตว์ดูเหมือนจะเป็นกุญแจสำคัญแม้ว่าบทที่มีความรู้สึกแม่เหล็ก (เรียกว่า Magnetoception) การเล่นนั้นไม่ชัดเจน
ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+-
