พลังงานแม่เหล็ก

พลังงานแม่เหล็ก (อังกฤษ: Magnetic Energy) เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กหรือเกิดจากสนามแม่เหล็ก เช่นพลังงานที่เกิดขึ้นบนเหล็กที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก ถูกแรงแม่เหล็กดูดและผลักให้วางตัวอยู่ในสนามแม่เหล็กนั้น ตามสมการของแมกซ์เวลล์ พลังงานศักย์ของแม่เหล็ก (E) ของโมเมนท์แม่เหล็ก m ในสนามแม่เหล็ก B เท่ากับ งานของแรงแม่เหล็ก(แรงบิดของแม่เหล็ก) ในการเรียงตัวในทิศทางสนามแม่เหล็กนั้น (พลังงานงานเท่ากับมวลคูณระยะทาง)

$E_{\rm {p,m}}=-m\cdot B$

ในขณะที่ พลังงานที่ถูกเก็บอยู่ในคอยล์ (มีค่าเท่ากับ inductant L) เมื่อมีการะแสไฟฟ้า I ไหล เท่ากับ

$E_{\rm {p,m}}={1 \over 2}LI^{2}$.

สมการหลังเป็นพื้นฐานของพลังงานที่ถูกเก็บอยู่ในแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด

ชนิดของพลังงาน

พลังงานแม่เหล็กถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง เพราะทำให้เกิดพลังงานดังต่อไปนี้

• พลังงานกล เช่นเอาไปยกชิ้นส่วนที่เป็นเหล็กในโรงประกอบรถยนต์หรือเรือ โรงตัดเหล็ก ขึ้นรูปเหล็ก โรงถลุงเหล็กจากขยะรถยนต์ โรงแยกเหล็กออกจากขยะ
• พลังงานความร้อน เช่นเอาไปทำเตาแม่เหล็ก หรือทำเครื่องเชื่อม
• พลังงานเสียง เช่นเอาไปทำไมโครโฟนหรือลำโพง
• พลังงานไฟฟ้า เช่นเอาไปผลิตกระแสไฟฟ้า ทำมอเตอร์/ไดนาโม เครื่องผลิตพลังงานแม่เหล็ก (Magnetic energy generator) มีผู้ผลิตใช้งานในบ้าน อ้างว่าไม่ต้องเสียเงินซื้อไฟจากโรงไฟฟ้าเลย
• พลังงานกระจาย เช่นทำเรดาห์ คลื่นวิทยุ เดรื่องสแกนแม่เหล็ก MRI
• พลังงานแม่เหล็กเพื่อการบำบัด เช่นใส่ไว้ในเครื่องประดับ เข็มขัด ผ้าห่ม หรือถุงเท่า เชื่อกันว่า อำนาจแม่เหล็กเมื่อแผ่กระจายเข้าไปในร่างกาย มันจะทำให้การไหลเวียนของพลังงานในเซลล์และเนื้อเยื่อต่างๆดีขึ้น
• พลังงานแม่เหล็กสีเขียว ช่วยในการผลิตไฟฟ้าพลังงานลม โดยใช้พลังงานจากแม่เหล็กที่ทำจากสารนีโอเดเมียม ซึ่งเป็นธาตุหายากแต่เป็นแม่เหล็กถาวรพลังงานสูง ลักษณะของการนำไปใช้คือทำเป็น air bearing ให้กับกังหันลม แกนกังหันลมจะไม่ต้องสัมผัสกับอะไรเลย ลอยอยู่ในสนามแม่เหล็ก ทำให้ลอแรงเสียดทาน และเพิ่มอายุของกังหันลมด้วย

แม่เหล็ก

แม่เหล็ก คือ สารที่สามารถดูดเหล็กหรือเหนี่ยวนำให้เหล็กหรือสารแม่เหล็กเป็นแม่เหล็กได้ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ

1. แม่เหล็กถาวร (Permanent magnet) คือแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กตลอดไป เช่น แม่เหล็กที่ใช้ในลำโพง เป็นต้น ซึ่งได้มาจากการนำเอาลวดทองแดงอาบน้ำยาพันรอบแท่งเหล็กกล้าแล้วปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปในขดลวด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไปดูดเหล็กและจัดโมเลกุลภายในแท่งเหล็กกล้า ให้มีการเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบตลอดไป เหล็กกล้าดังกล่าวก็จะคงสภาพเป็นแม่เหล็กถาวรต่อไป
2. แม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม่เหล็กชั่วคราว (Electromagnet) เป็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับแม่เหล็กถาวร แต่เหล็กที่นำมาใช้เป็นเพียงเหล็กอ่อนธรรมดา เมื่อมีการป้อนกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปในขดลวดที่พันอยู่รอบแท่งเหล็กอ่อนนั้น แท่งเหล็กอ่อนก็จะมีสภาพเป็นแม่เหล็กได้ทันที แต่เมื่อหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป อำนาจแม่เหล็กก็จะหมดไปด้วย แม่เหล็กประเภทนี้จะใช้ในอุปกรณ์จำพวกรีเลย์ (Relay) โซลินอยด์ (Solenoid) และกระดิ่งไฟฟ้า เป็นต้น

คุณสมบัติของแม่เหล็ก

• ถ้าแขวนแท่งแม่เหล็กให้เคลื่อนที่อย่างอิสระ เมื่อหยุดนิ่ง แล้วจะชี้ตามแนวทิศเหนือ ทิศใต้ ขั้วที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เรียกว่า ขั้วเหนือ(N) ขั้วที่ชี้ไปทางทิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้(S)
• ขั้วแม่เหล็กทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้จะดูดสารแม่เหล็กเสมอ
• ขั้วเหมือนกันเข้าใกล้กันจะเกิดแรงผลักกัน และขั้วต่างกันเมื่อเข้าใกล้กันจะเกิดแรงดูด
• อำนาจแรงดึงดูดจะมีมากที่สุดที่บริเวณขั้วทั้งสองแม่เหล็ก
• เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศทางออกจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้

สนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กโลก หมายถึง โลกมีสมบัติแม่เหล็ก บริเวณขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์และลึกลง ไปจากผิวโลกเปรียบเสมือนมีขั้วแม่เหล็กขนาดใหญ่และเป็น ขั้วแม่เหล็กชนิดขั้วใต้ หรือบางครั้ง เรียกวา ขั้วแม่เหล็กโลกทางทิศเหนือ และบริเวณข้วโลกใต้ทางภูมิศาสตร์เปรียบเสมือนมี ขั้วแม่เหล็กชนิดขั้วเหนือ สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากหินหนืดในแก่นโลกชั้นนอก และในส่วนล่าง ของแมนเทิลไหลวนทำให้มีประจุไฟฟ้าเคลือนที คือเกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนประมาณ 10,000 ล้าน แอมแปร์ ซึงเป็นสาเหตุสำคัญทีเกิดสนามแม่เหล็กหุ้มห่อโลก

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก เมือมีแม่เหล็กวางอยู ณ ทีใดๆ ก็ตาม แม่เหล็กนั้นจะส่งอำนาจแม่เหล็กออกไป รอบตัวในบริเวณนั้น ถ้าเอาแม่เหล็กอื่นหรือวัตถุทีเป็นสนามแม่เหล็กเข้าไปในบริเวณนั้นจะเกิดแรง แม่เหล็กส่งมากระทำทันทีจากแม่เหล็กที่วางอยู่ก่อนนั้นอยางนี้เราถือว่าแม่เหล็กหรือสารแม่เหล็กที เรานำเข้าไปทีหลังไปอยูในบริเวณซึ่งเป็น สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กอันแรกถ้าเราถอยแม่เหล็ก หรือสารแม่เหล็กนั้นออกมาให้ห่างมากๆ แรงแม่เหล็กทีเคยเกิดขึ้นดังกล่าวจะหมดไป หมายความ ว่าแม่เหล็กอันแรกส่งแรงไปกระทำไม่ถึง จึงเห็นได้ว่า สนามแม่เหล็กคือ บริเวณรอบๆ แม่เหล็ก ซึ่งแท่งแม่เหล็กนั้นสามารถส่งอำนาจแม่เหล็กไปถึง

ประโยชน์ของสนามแม่เหล็ก

สมบัติของแม่เหล็ก ทำให้นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ได้นำแม่เหล็กมาสร้างเป็นส่วนประกอบของสิ่งของเครื่องใช้ ต่าง ๆ ที่ใช้ในชีวิตประจำวันมากมาย เช่น

1. ใช้ติดที่ประตูตู้เย็น แม่เหล็กจะถูกใส่ไว้ที่ประตูโดยมีแผ่นยางหุ้มเพื่อทำให้ประตูตู้เย็นปิดสนิท ป้องกันไม่ให้ความเย็นออกมาจากตู้

2. ใช้ติดที่ฝากล่องดินสอและฝากระเป๋า เพื่อให้ฝากล่องดินสอ และฝากระป๋องสามารถดูดติดกับตัวกล่องดินสอและตัวกระเป๋าได้

3. ใช้ติดป้องกันประตูกระแทก แม่เหล็กจะถูกติดไว้กับผนังและที่ประตูจะติดสารแม่เหล็ก เมื่อเปิดประตู แม่เหล็กที่ผนังจะดูดสารแม่เหล็กที่บานประตูไว้ จึงทำให้บานประตูไม่ปิดกระแทกเมื่อมีลมพัด

4. ใช้คัดแยกวัตถุที่เป็นสารแม่เหล็กออกจากวัตถุอื่น ๆ

5. ใช้หาทิศ แม่เหล็กจะหันขั้นวเหนือไปทางทิศเหนือ และจะหันขั้วใต้ไปทางทิศใต้เสมอ ดังนั้นเราจึงใช้แม่เหล็กทำเข็มทิศ

6. ใช้ทำเครื่องกำจัดเศษเหล็ก โดยดูดเศษเหล็กจากที่หนึ่งไปกองไว้อีกที่หนึ่ง

7. ใช้เป็นส่วนประกอบในเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านหลายชนิดมีแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบอยู่ภายในตัวเครื่อง เช่น โทรศัพท์ เครื่องดูดฝุ่น โทรทัศน์

8. ใช้ประดิษฐ์เป็นของเล่น ของเล่นหลายชนิดจะมีแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบ เพื่อให้ของเล่นนั้นเล่นได้

9. ช่วยในการทำงาน เช่น ปลายไขควงบางชนิดเป็นแม่เหล็ก เพื่อช่วยดึงดูดตะปูเกลียวตัวเล็ก