Nam châm được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Chưa kể đến chúng xuất hiện kể cả trong cuộc sống thời nay, thậm chí còn được sự dụng như một loại “đồ chơi” cho trẻ nhỏ. Nhưng bạn đã bao giờ thắc mắc rằng vì sao nam châm lại hút nhau? “Tất tần tật” những thông tin bạn cần biết đều có trong bài viết “Nam châm là gì ? Vì sao nam châm lại dính vào nhau?”

Định nghĩa nam châm là gì?

Nam châm là để chỉ một vật liệu hoặc vật thể có thể tạo ra từ trường. Từ trường này mang tính chất vô hình nhưng nó chịu trách nhiệm cho các tính chất đáng chú ý nhất của nam châm chính là: tạo ra một lực kéo các vật liệu từ khác như sắt hoặc hút hoặc đẩy các nam châm khác. Nam châm được tìm thấy từ các mỏ quặng.

Nam châm gồm hai cực là cực Bắc và cực Nam. Chúng sẽ đẩy các nam châm cùng cực. Nam châm là một vật có khả năng sinh ra một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm sát gần nam châm. Lực phát sinh ra từ nam châm được gọi là từ lực.

Từ tính của nam châm chủ yếu bắt nguồn từ chính sự vận động của các hạt điện bên trong nam châm. Trong các vật liệu sắt, các hạt điện từ có thể tự chuyển động và sắp xếp theo một cách tự phát trong một phạm vi nhỏ. Tức là trong một vùng nguyên tử nhỏ, các hạt điện tử có thể duy trì được phương hướng tự vận động giống nhau và hình thành nên một vùng từ tự phát nhỏ, từ đó giải thích vì sao nam châm có thể hút các vật từ.

Tổng quan về nam châm

Nam châm có:

• Một Từ Trường tạo từ các đường từ đi từ Cực Bắc đến Cực Nam
• Hai Từ Cực, Cực Bắc có ký hiệu N và Cực Nam có ký hiệu S ở hai đầu
• Một Từ Lực có khả năng thu hút hoặc đẩy các vật bằng kim loại

Khi đặt gần một miếng sắt, từ trường của nam châm sẽ làm cho miếng sắt đó sẽ bị nhiễm từ, giữa nam châm và miếng sắt sẽ có từ trường khác nhau từ đó tạo ra lực hút, thanh sắt sẽ dính chặt vào miếng nam châm nếu được đặt gần chúng. Còn có các kim loại khác như đồng, chì, nhôm,…sẽ không bị nhiễm từ trường của nam châm nên không sinh ra được từ tính, vì vậy nam châm sẽ không thể hút được những kim loại này.

Trước khi bị nhiễm từ, phương hướng từ tính bên trong sắt khác nhau, chúng sẽ hướng về mọi phía, kết quả từ trường sẽ có phương khác nhau sẽ triệt tiêu lẫn nhau và từ tính sẽ không được thể hiện ra bên ngoài. Tuy nhiên, khi sắt đã được tăng thêm từ trường bên ngoài vào, từ tính sẽ sắp xếp lần lượt men theo hướng của từ trường.

Chúng sẽ được gọi là nam châm nhiễm điện và trở thành một miếng nam châm. Các hạt điện trong các chất không phải là sắt như đồng, nhôm, chì… mặc dù được tăng từ trường bên ngoài, nhưng chúng vẫn không chịu sắp xếp theo một trật tự mà vẫn vận động hỗn loạn. Vì vậy những vật chất này sẽ không nhiễm từ và không có từ tính.

Nam châm điện

Khi quấn một dây dẫn điện có nhiều vòng quấn với nguồn điện, dòng điện sẽ sản sinh một điện trường E trong các vòng quấn ấy. Khi dòng điện đi qua các vòng quấn, sự biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với điện trường E.

Từ trường trong cuộn dây dẫn điện có tính chất giống hệt như từ trường của một nam châm cũng hút hay đẩy một vật từ khi chúng nằm trong từ trường của cuộn dây.

Khi ngắt dòng điện khỏi cuộn dây, từ trường sẽ biến mất. Cuộn dây không còn có thể hút hay đẩy từ vật nữa. Vậy chỉ khi nào có một dòng điện đi qua, cuộn dây mới trở một thành nam châm điện. Từ trường của cuộn dây sẽ tùy thuộc vào số từ cảm của cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây. Từ cảm cuộn dây sẽ tỉ lệ thuận với chiều dài và số vòng quấn, đồng thời tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây đó.

Nam châm vĩnh cửu

Khi để một thanh sắt bên trong các vòng quấn của một nam châm điện. Khi có dòng điện chạy qua thanh sắt sẽ trở thành nam châm. Khi lấy thanh sắt khỏi các vòng quấn của cuộn từ, thanh sắt vẫn sẽ giữ được từ tính. Dù cho không còn dòng điện trong nam châm điện, thanh sắt vẫn giữ được từ. Từ trường vĩnh cửu của thanh sắt sẽ tỉ lệ với số vòng quấn của cuộn từ và từ trường bên trong cuộn từ.

Bar Magnet showing magnetic field w iron filings. studio.

Vì sao nam châm lại dính nhau, đẩy nhau?

Lấy một ví dụ đơn giản, khi bạn bắt đầu vận động, năng lượng có trong thức ăn được giải phóng và một phần biến đổi thành năng lượng để thực hiện chuyển động chạy của bạn.

Nam châm cũng như vậy, từ trường xung quanh nam châm chứa “năng lượng”, và có một cách để biến đổi năng lượng đó, chính là bạn đặt hai cục nam châm quay đầu nào vào nhau thì sẽ dẫn đến cách chúng chuyển động, có thể hút nhau hoặc chúng có thể đẩy nhau.

Theo nguyên tắc vật lý, ở đâu có năng lượng tích trữ trong một vật (điều kiện là vật đó không bị buộc chặt, mắc kẹt ở một nơi cố định), thì vật đó sẽ bị đẩy về phía có vật khiến năng lượng của nó tiêu hao. Năng lượng tích trữ này sẽ bị giảm và được thay thế bằng năng lượng chuyển động.

Chính vì thế, nếu hai nam châm quay khác cực vào nhau (cực Bắc của cục nam châm này quay về cực Nam của cục kia) thì chúng sẽ tự động tiến đến gần nhau và làm giảm năng lượng tích trữ trong từ trường của chúng. Từ đó chúng sẽ bị hút vào nhau, hay còn các gọi khác là sự hấp dẫn.

Trường hợp nếu hai cục nam châm cùng quay cực Nam hoặc cùng quay cực Bắc vào nhau thì năng lượng tích trữ trong từ trường sẽ giảm xuống nên chúng sẽ rời xa nhau hơn.

Câu hỏi đặt ra là có thể lấy năng lượng trong từ trường mãi không?

Câu trả lời chắc chắn là không. Bởi khi hai cục nam châm dính vào nhau, bạn cần phải trả lại một phần “năng lượng” lại cho trường bằng cách kéo hai cục nam châm ra khỏi nhau. Bạn sẽ không thể lấy năng lượng này mà không trả lại gì.

Năng lượng cần có để có thể kéo hai cục nam châm ra xa nhau là năng lượng của chính bạn, và bạn có năng lượng chính là nhờ thức ăn. Rau quả và thịt cá bạn ăn để lại lấy năng lượng lại từ chính các loại cây và con vật khác, hoặc lấy từ Mặt Trời. Tất cả các năng lượng đều phải lấy từ đâu đó chứ không tự nhiên xuất hiện.

Tóm lại vấn đề”Nam châm là gì ? Vì sao nam châm lại dính vào nhau?”

Chắc hẳn sau khi tìm hiểu, bạn đã hiểu rõ hơn nam châm là gì, chúng xuất hiện từ đâu. Vì sao mà chúng có thể hút nhau hoặc đẩy nhau. Tin rằng những thông tin trong bài sẽ giúp ích được cho bạn.