Cho dù bạn cắt nam châm thành bao nhiêu mảnh th́ mỗi mảnh vẫn giữ được từ tính và sẽ có cực bắc và cực nam. Những nam châm nhỏ này sẽ hút hoặc đẩy nhau giống như một nam châm lớn.
Cục nam châm nhỏ của bạn bị lơi của Trái Đất hút nên nó chỉ về phương Bắc. Đó là qui tắc nam châm quay về hướng nàoếu bạn giữ 2 cục nam châm quay nhầm hướng vào nhau th́ chúng sẽ đẩy nhau, nói cách khác là nếu bạn giữ hai cục nam châm quay cùng cực Nam hoặc cùng cực Bắc vào nhau th́ chúng sẽ đẩy nhau ra.
Nam châm được làm từ chất liệu ǵ?
Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta phải hiểu nam châm được làm từ ǵ. Mọi vật chất, kể cả nam châm, đều được cấu tạo từ nguyên tử. Trong mọi nguyên tử, hạt nhân được bao quanh bởi một hoặc nhiều electron mang điện tích âm. Mỗi electron này tạo ra từ trường cực nhỏ của riêng nó, cái mà các nhà khoa học gọi là "spin". Nếu từ trường đủ nhỏ hướng cùng hướng th́ bản thân vật liệu sẽ trở thành từ tính.
"Spin" của electron là một khái niệm trừu tượng. Về mặt kỹ thuật, chưa ai từng nh́n thấy spin của electron – nó quá nhỏ để có thể nh́n thấy dưới kính hiển vi. Nhưng các nhà vật lư biết rằng các electron có từ trường v́ họ đă đo được nó. Một cách mà trường này được tạo ra là các electron đang quay.
Khi có thể, các electron ghép đôi sao cho spin của chúng triệt tiêu nhau, khiến tổng từ tính của nguyên tử bằng 0. Nhưng ở một số nguyên tố, chẳng hạn như sắt, điều này không xảy ra. Số lượng electron và cách chúng định vị xung quanh hạt nhân có thể sẽ dẫn đến việc mỗi nguyên tử sắt có một electron chưa ghép cặp, tạo ra một từ trường nhỏ.
Trong các vật liệu không bị nhiễm từ, các từ trường riêng lẻ này hướng theo các hướng ngẫu nhiên khác nhau. Ở trạng thái này, chúng hầu như triệt tiêu lẫn nhau nên vật liệu nh́n chung không có từ tính. Nhưng trong những điều kiện thích hợp, từ trường hạ nguyên tử cực nhỏ có thể thẳng hàng và hướng về cùng một hướng. Những từ trường rất nhỏ này kết hợp với nhau để tạo ra từ trường lớn hơn, do đó vật liệu sắt có thể trở thành nam châm.
Sử dụng nam châm
Nhiều nam châm được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày như nam châm tủ lạnh là nam châm vĩnh cửu. Trong những vật liệu này, từ trường của nhiều nguyên tử trong vật liệu đă được liên kết vĩnh viễn bởi một lực bên ngoài nào đó - như thể chúng được đặt trong một từ trường mạnh hơn.
Thông thường, từ trường mạnh hơn được tạo ra bằng điện. Điện và từ có mối liên hệ cơ bản với nhau v́ từ trường được tạo ra bởi sự chuyển động của các điện tích. Đó là lư do tại sao các electron quay có từ trường nhưng các nhà khoa học cũng có thể sử dụng điện để tạo ra những nam châm cực mạnh. Chạy đủ ḍng điện qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường rất mạnh tồn tại suốt thời gian ḍng điện chạy qua. Những nam châm điện này thường được sử dụng trong nghiên cứu vật lư. Chúng cũng được sử dụng trong các công cụ y tế như máy chụp cộng hưởng từ (MRI).
V́ sao nam châm chỉ có 2 cục Bắc - Nam?
Trái Đất cũng có từ trường riêng - đây là cách hoạt động của kim la bàn. Các nhà khoa học định nghĩa Cực Bắc của nam châm là điểm cuối của Cực Bắc của Trái Đất mà nó sẽ hướng tới nếu nam châm quay tự do. Nhưng về mặt kỹ thuật, Gregory Scott Boebinger, giám đốc Pḥng thí nghiệm Từ trường Quốc gia ở Tallahassee, Florida, và hiện là giáo sư vật lư tại Đại học Bang Florida giải thích, điều này có nghĩa là cực từ phía bắc của Trái Đất thực sự là cực nam từ v́ các cực đối diện hút nhau.
Trong quy ước vật lư, các đường sức từ chạy ra từ cực bắc của nam châm và đi vào cực nam của nó, tạo thành một ṿng khép kín. Bạn có thể quan sát hiện tượng này bằng cách tiến hành một thí nghiệm đơn giản sử dụng một số mạt sắt nhỏ và một nam châm. Đặt nam châm lên một tờ giấy và rắc một ít mạt sắt lên tờ giấy. Bạn sẽ thấy các mạt sắt được sắp xếp dọc theo các đường sức từ, tạo thành h́nh hoa văn. Đây là h́nh dung về từ tính của nam châm.
Các nhà vật lư cũng đă khám phá ra những cách sắp xếp khác của các cực từ, bao gồm cả các cực tứ cực, trong đó sự kết hợp của các cực từ bắc và nam được sắp xếp thành một h́nh vuông. Nhưng có một mục tiêu vẫn c̣n khó nắm bắt, đó là chưa ai phát hiện ra đơn cực từ.
Electron và proton là các đơn cực điện và chúng đều mang điện tích dương hoặc âm. Nhưng các electron (và các hạt khác) có hai cực từ. V́ là hạt cơ bản nên chúng không thể bị chia nhỏ thêm nữa. Sự khác biệt giữa cách các hạt hành xử về mặt điện và từ đă khiến nhiều nhà vật lư ṭ ṃ. Khám phá của nó sẽ thách thức các định luật vật lư mà chúng ta hiểu hiện nay.
Nam châm là một trong những bí ẩn sâu sắc nhất của vật lư, và mặc dù con người đă sử dụng chúng hàng ngh́n năm nhưng các nhà khoa học vẫn đang t́m hiểu những điều mới về cách thức hoạt động của chúng. Có lẽ một ngày nào đó chúng ta sẽ khám phá ra hết bí mật của chúng.
vietBF @ sưu tập
Games
