แม่เหล็ก มีกี่ชนิด อะไรบ้าง? เจาะลึกความแตกต่างและการใช้งานแต่ละชนิด

แม่เหล็กธรรมชาติ คือ แม่เหล็กที่ เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กถาวร ไม่ต้องมีใครไปสร้างหรือไปกระตุ้นเลย เป็นแม่เหล็กชนิดแรกที่มนุษย์ค้นพบและนำมาใช้ในการประดิษฐ์ เข็มทิศ เพื่อการนำทางค่ะ

ถ้าให้อธิบายง่าย ๆ มันคือ ก้อนหินที่มีแรงดูดเหล็กอยู่ในตัว ที่เกิดขึ้นมาเองตามธรรมชาตินั่นแหละค่ะ มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กถาวร มีขั้วเหนือ-ใต้ และสามารถดึงดูดสารแม่เหล็กอื่น ๆ ได้ แต่โดยทั่วไปมักมีอำนาจแม่เหล็กน้อยกว่าแม่เหล็กที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นในปัจจุบัน

แม่เหล็กธรรมชาติที่พบได้บ่อยที่สุดคือแร่ชนิดหนึ่งชื่อ แมกนีไทต์ (Magnetite) ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาติ นอกจากนี้ยังมีแร่ชนิดอื่นที่พบได้ตามธรรมชาติและมีคุณสมบัติแม่เหล็กอ่อน ๆ เช่น ไพโรไทต์ ซึ่งเป็นเหล็กซัลไฟด์ มีรายละเอียดดังนี้

• แมกนีไทต์ (Magnetite) เป็นแร่เหล็กออกไซด์ที่มีองค์ประกอบเป็นสารแม่เหล็ก (Ferromagnetic Material) สามารถดูดเหล็กได้เองตามธรรมชาติ พบได้ทั่วไปในหินอัคนีและหินแปร
  • หินนำทาง (Lodestone) คือ ชิ้นส่วนของแร่ แมกนีไทต์ ที่ได้ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างถาวรตามธรรมชาติ (เชื่อกันว่าอาจเกิดจากการถูกฟ้าผ่า หรือได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กโลกเป็นเวลานาน) มีแรงดูดเหล็กในตัว และถูกนำมาใช้ประดิษฐ์เข็มทิศเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์

• ไพร์โรไทต์ (Pyrrhotite) เป็นแร่ซัลไฟด์ของเหล็ก (Iron Sulfide) ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กในธรรมชาติเช่นกัน แต่โดยทั่วไปมีความแรงน้อยกว่าแมกนีไทต์

ต่างจากแบบแรกเลยค่ะ! แม่เหล็กประดิษฐ์ คือ แม่เหล็กที่ถูกมนุษย์สร้างขึ้นมา โดยใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เพื่อให้มีรูปร่างและอำนาจแม่เหล็กตามที่ต้องการ และนำไปใช้งานในหน้าที่ต่าง ๆ ที่หลากหลายมาก ๆ ตั้งแต่ของเล่น ไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

แม่เหล็กประดิษฐ์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ แม่เหล็กถาวร (Permanence Magnetic) และ แม่เหล็กไฟฟ้า หรือ แม่เหล็กชั่วคราว (Electro Magnetic)

แม่เหล็กถาวร คือ แม่เหล็กประดิษฐ์ชนิดหนึ่งที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กแล้วจะ คงสภาพความเป็นแม่เหล็กไว้ได้นาน โดยไม่ต้องมีแหล่งพลังงานภายนอกใด ๆ มากระตุ้นซ้ำอีก เนื่องจากมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กสูงในด้าน การคงสภาพ (Remanence) และ ความต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็ก (Coercivity) อ่านเพิ่มเติมใน แม่เหล็กถาวร คืออะไร

แล้วแม่เหล็กถาวรมีอะไรบ้าง? แม่เหล็กถาวรที่เป็นที่นิยมและใช้งานบ่อย ๆ แบ่งตามวัสดุหลัก ๆ ได้แก่ แม่เหล็กนีโอดิเมียม แม่เหล็กซาแมเรียม-โคบอลต์ แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และ แม่เหล็กอัลนิโค โดยมีรายละเอียดดังนี้ค่ะ

• แม่เหล็กนีโอไดเมียม (Neodymium Magnet) หรือ แม่เหล็กแรงสูง เป็นแม่เหล็กหายากที่ทำจากโลหะผสมของนีโอไดเมียม (Nd), เหล็ก (Fe) และโบรอน (B) คุณสมบัติเด่นของมันคือ แข็งแกร่งที่สุดในบรรดาแม่เหล็กถาวร (มีค่าพลังงานสูงสุด) มีพลังดูดมหาศาลแม้มีขนาดเล็กจิ๋วก็ตาม ถูกนำไปใช้ใน หูฟัง ลำโพงคุณภาพสูง ฮาร์ดดิสก์ มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง (อ่านเพิ่มเติมได้ใน แม่เหล็กนีโอไดเมียม ใช้ทำอะไร)

• แม่เหล็กซาแมเรียม-โคบอลต์ (Samarium Cobalt Magnet) แม่เหล็กหายากอีกชนิด ทำจากซาแมเรียม (Sm) และโคบอลต์ (Co) คุณสมบัติเด่นคือ ทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม (สูงกว่านีโอไดเมียมมาก) และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

• แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ (Ferrite Magnet) ทำจากออกไซด์ของเหล็กผสมกับแบเรียมหรือสตรอนเชียมคาร์บอเนต คุณสมบัติเด่น คือ ราคาถูกที่สุด ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และมีความแข็งแรงปานกลาง

• แม่เหล็กอัลนิโค (Alnico Magnet) เป็นโลหะผสมของอะลูมิเนียม (Al), นิกเกิล (Ni), และโคบอลต์ (Co) มีความเสถียรต่ออุณหภูมิสูง (รักษาคุณสมบัติแม้ร้อนจัด) แต่มีแรงดูดปานกลาง มักใช้ในเครื่องมือวัด เซ็นเซอร์ อุปกรณ์สำหรับอุณหภูมิสูง เป็นต้น

แม่เหล็กไฟฟ้า หรือที่เรียกอีกชื่อว่า แม่เหล็กชั่วคราว คือ แม่เหล็กที่อำนาจแม่เหล็กจะ เกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เท่านั้น เมื่อหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป อำนาจแม่เหล็กก็จะหมดไปด้วยทันที ทำให้เราสามารถควบคุมการเปิด-ปิดของอำนาจแม่เหล็กได้ตามต้องการ

ลองนึกภาพว่าเรามีลวดทองแดงพันรอบแท่งเหล็กอ่อนดูนะคะ เมื่อปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดนั้น แท่งเหล็กอ่อนจะกลายเป็นแม่เหล็กทันทีและสามารถดูดโลหะได้ แต่เมื่อเราหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้า อำนาจแม่เหล็กก็จะหายไป นี่แหละค่ะคือที่มาของคำว่า “แม่เหล็กชั่วคราว” เพราะมันเป็นแม่เหล็กแค่ตอนที่มีไฟฟ้าไหลผ่านเท่านั้นนั่นเอง

ส่วนประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าพื้นฐานจะประกอบด้วย

1. ขดลวดทองแดงตัวนำ (Coil) มักใช้ลวดทองแดงอาบน้ำยาพันเป็นรอบ ๆ ใช้สำหรับให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
2. แกนเหล็ก (Iron Core) มักใช้เหล็กอ่อน (Soft Iron) ซึ่งเป็นสารแม่เหล็กที่ง่ายต่อการทำให้เป็นแม่เหล็กและสูญเสียอำนาจแม่เหล็กได้ง่าย ใช้ช่วยเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็ก
3. แหล่งจ่ายไฟ (Power Source) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด

ตัวอย่างการใช้งานแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ แม่เหล็กชั่วคราว 

แม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องการการควบคุมอำนาจแม่เหล็ก เช่น

• มอเตอร์ (Motors) และ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generators)
• ลำโพง (Speakers)
• เครนแม่เหล็ก (Magnetic Cranes) สำหรับยกเศษเหล็ก
• รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Relays) ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด-ปิดวงจรไฟฟ้า
• ออดไฟฟ้า (Electric Bells)