กฎของแม่เหล็ก

กฎของสนามแม่เหล็กมีผลอย่างมากต่อวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรม ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเพื่อระบุและอธิบายกฎทางกายภาพต่างๆ ที่ควบคุมพฤติกรรมของแม่เหล็กในบริบทต่างๆ ภายในปี ค.ศ. 1905 ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กได้พัฒนาไปถึงจุดที่ช่วยขับเคลื่อนการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ แม้ว่าความเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กอย่างละเอียดและลึกซึ้งนั้นต้องใช้ความพยายามอย่างมาก แต่คุณสามารถเข้าใจภาพรวมกว้างๆ ของกฎพื้นฐานเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็ว

กฎของสนามแม่เหล็กได้รับการพัฒนาและปรับปรุงอย่างกว้างขวางตั้งแต่การทดลองของ Orsted, Ampere และนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงในปัจจุบันอื่นๆ ในช่วงต้นทศวรรษ 1800 กฎพื้นฐานที่สุดที่นำมาใช้ในช่วงเวลานี้คือแนวคิดที่ว่าขั้วแม่เหล็กแต่ละขั้วมีประจุบวกหรือลบที่แตกต่างกันออกไป และดึงดูดเฉพาะขั้วที่มีประจุตรงข้ามกันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะป้องกันไม่ให้ขั้วแม่เหล็กที่มีประจุบวกสองขั้วผลักกัน ในทางกลับกัน เป็นการยากที่จะป้องกันไม่ให้ขั้วแม่เหล็กที่มีประจุบวกและประจุลบพยายามเคลื่อนที่เข้าหากัน

จุดที่แนวคิดนี้น่าสนใจเป็นพิเศษคือเมื่อแม่เหล็กที่มีอยู่ก่อนถูกตัดออกเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่แตกต่างกันสองอัน หลังจากการตัด แม่เหล็กที่มีขนาดเล็กกว่าแต่ละอันจะมีขั้วบวกและขั้วลบของตัวเอง โดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งที่แม่เหล็กที่ใหญ่กว่าถูกตัดออก

แนวคิดของขั้วที่มีประจุตรงข้ามกันโดยทั่วไปจะเรียกว่า กฎข้อที่หนึ่งของแม่เหล็ก.

กฎข้อที่สองของสนามแม่เหล็กนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อยและเกี่ยวข้องโดยตรงกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแม่เหล็กเอง กฎหมายเฉพาะนี้มักเรียกกันว่า กฎของคูลอมบ์.

กฎของคูลอมบ์ระบุว่าแรงที่กระทำโดยขั้วของแม่เหล็กบนขั้วเพิ่มเติมนั้นเป็นไปตามกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดหลายชุด ซึ่งรวมถึง:

• แรงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของแรงของเสา
• แรงมีอยู่ในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างตรงกลางระหว่างเสา
• แรงจะขึ้นอยู่กับตัวกลางเฉพาะที่วางแม่เหล็ก

สูตรทางคณิตศาสตร์ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อเป็นตัวแทนของกฎเหล่านี้คือ:

ฉ =[K x M₁xเอ็ม₂)/d²]

ในสูตร M₁ และ M₂ แสดงถึงความแรงของขั้ว D เท่ากับระยะห่างระหว่างขั้ว และ K เป็นตัวแทนทางคณิตศาสตร์ของการซึมผ่านของตัวกลางที่วางแม่เหล็ก

ดิ ทฤษฎีโดเมนของแม่เหล็ก ให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับพฤติกรรมของแม่เหล็ก เปิดตัวครั้งแรกในปี 1906 โดยปิแอร์-เออร์เนสต์ ไวส์ ทฤษฎีโดเมนแม่เหล็กพยายามอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในสารเมื่อกลายเป็นแม่เหล็ก

สารแม่เหล็กขนาดใหญ่ประกอบด้วยพื้นที่แม่เหล็กขนาดเล็ก โดยทั่วไปเรียกว่าโดเมน ภายในแต่ละโดเมนจะมีหน่วยเล็กกว่าที่เรียกว่าไดโพล ลักษณะที่ซับซ้อนขององค์ประกอบแม่เหล็กช่วยให้มีสนามแม่เหล็กต่อไปได้เมื่อหน่วยแม่เหล็กขนาดใหญ่แตกหรือแยกออกจากกัน

แม่เหล็กจะไม่คงสถานะเป็นแม่เหล็กตลอดไป การล้างอำนาจแม่เหล็กโดยเจตนาสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านการจัดระเบียบใหม่ของไดโพลภายในตัวแม่เหล็กเอง สามารถใช้กระบวนการต่างๆ เพื่อทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ การให้ความร้อนแม่เหล็กผ่านจุด Curie ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ทราบกันว่าสามารถจัดการไดโพลได้เป็นวิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยม วิธีการล้างอำนาจแม่เหล็กของสารอีกวิธีหนึ่งคือการใช้กระแสสลับกับแม่เหล็ก แม้จะไม่ได้ใช้วิธีการใดๆ เหล่านี้ แม่เหล็กจะค่อยๆ ล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการย่อยสลายตามธรรมชาติ