แม่เหล็กเป็นวัตถุที่มีสนามแม่เหล็กซึ่งดึงดูดโลหะบางชนิดและแม่เหล็กอื่นๆ แม่เหล็กมีสี่ประเภทหลัก: แม่เหล็กถาวร, ชั่วคราว, แม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กธรรมชาติ
แม่เหล็กถาวร
แม่เหล็กถาวรเป็นแม่เหล็กชนิดที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด พวกเขาสามารถรักษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้ได้อย่างไม่มีกำหนดโดยไม่มีแหล่งพลังงานภายนอก ตัวอย่าง ได้แก่ แม่เหล็กติดตู้เย็นและแม่เหล็กเซรามิก
แม่เหล็กถาวรซึ่งอาจเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติหรือที่เรียกว่าหินแร่ธรรมชาติหรือทำขึ้นเทียม (แม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดคือแม่เหล็กนีโอไดเมียม) มีลูปฮิสเทรีซีสที่กว้าง มีแรงบีบบังคับสูง มีความคงตัวสูง และวัสดุที่สามารถรักษาสภาพแม่เหล็กให้คงที่ได้เมื่อถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ในการใช้งาน แม่เหล็กถาวรทำงานในความอิ่มตัวของแม่เหล็กระดับลึกและส่วนการล้างอำนาจแม่เหล็กในควอดรันต์ที่สองของวงแมกนีโตสเฟียร์หลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก แม่เหล็กถาวรควรมีค่า coercivity Hc, Remanence Br และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด (BH) m สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้แน่ใจว่าจะกักเก็บพลังงานแม่เหล็กได้สูงสุดและมีความเสถียรของแม่เหล็ก
แม่เหล็กถาวรมีหลายประเภท
1. แม่เหล็กนีโอดิเมียม
แม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นแม่เหล็กถาวรของนีโอไดเมียม เหล็ก โบรอน และธาตุอื่นๆ พวกเขามีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กที่สูงมากและแรงบีบบังคับ และเป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก
2. แม่เหล็ก SmCo
แม่เหล็ก SmCoเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากชนิดหนึ่ง ทำจากซาแมเรียม (Sm) และโคบอลต์ (Co) เป็นส่วนประกอบหลัก โดยผ่านกระบวนการโลหะวิทยาแบบผง มีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง แรงบีบบังคับสูง และความเสถียรของอุณหภูมิที่ดี ทำให้สามารถรักษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้
3. แม่เหล็กอัลนิโค
แม่เหล็กอัลนิโคประกอบด้วยธาตุทรงกลม วัสดุนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแม่เหล็กถาวรเนื่องจากมีแรงบีบบังคับสูงและมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดี โลหะผสมเหล็กที่ประกอบด้วยอลูมิเนียม (Al) นิกเกิล (Ni) เหล็กโคบอลต์ (Co) และทองคำอื่น ๆ เป็นหลัก
4. เฟอร์ไรท์เผา
เฟอร์ไรต์เผาผนึกเป็นวัสดุแม่เหล็กชนิดหนึ่งที่ทำโดยการเผาเหล็กออกไซด์ (ส่วนใหญ่เป็น Fe₂O₃) และออกไซด์ของโลหะอื่นๆ (เช่น BaO, SrO เป็นต้น) ผ่านกระบวนการเซรามิก มันเป็นของวัสดุแม่เหล็กแข็ง มีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงและแรงบีบบังคับ และสามารถรักษาความเป็นแม่เหล็กได้หลังจากไฟฟ้าขัดข้อง
5. แม่เหล็กยาง
A แม่เหล็กยางเป็นแม่เหล็กอ่อน ยืดหยุ่น และบิดงอได้ โดยการผสมผงวัสดุแม่เหล็ก (เช่น เฟอร์ไรต์หรือ NdFeB) กับวัสดุยืดหยุ่น เช่น ยางหรือพลาสติก จากนั้นจึงทำการอัดรีด การรีด การฉีดขึ้นรูป และกระบวนการอื่น ๆ ช่วยให้สามารถแปรรูปเป็นรูปทรงและขนาดต่างๆ และมีความยืดหยุ่นและความนุ่มนวลบางอย่าง
การจำแนกประเภทกระบวนการแม่เหล็กถาวร
1. NdFeB ที่ถูกผูกมัด
Bonded NdFeB เป็นแม่เหล็กที่ทำโดยการผสมผงแม่เหล็ก NdFeB และสารยึดเกาะผ่านการขึ้นรูปแบบอัดหรือการฉีดขึ้นรูป แม่เหล็กที่มีพันธะมีความแม่นยำของมิติสูงและสามารถทำเป็นส่วนประกอบแม่เหล็กที่มีรูปร่างค่อนข้างซับซ้อนได้ นอกจากนี้ยังมีคุณลักษณะของการขึ้นรูปแบบครั้งเดียวและการวางแนวแบบหลายขั้วอีกด้วย
2. NdFeB เผา
Sintered NdFeB เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูง ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยธาตุหายาก Nd เหล็กโลหะทรานซิชัน และโบรอนธาตุอโลหะ ผลิตโดยกรรมวิธีโลหะวิทยาแบบผง ได้แก่ ขั้นตอนการผสม การหลอม การบด การอัด การเผาผนึก และการอบชุบด้วยความร้อนของธาตุเหล่านี้ตามสัดส่วนที่กำหนด Sintered NdFeB มีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กที่สูงมาก มีความคงตัวสูง และมีค่า coercivity สูง และเป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน
3. การฉีดขึ้นรูป NdFeB
NdFeB ที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB แบบพิเศษที่รวมเอาข้อดีของเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปและวัสดุแม่เหล็ก NdFeB เข้าด้วยกัน วัสดุนี้ทำขึ้นโดยการผสมผงแม่เหล็ก NdFeB กับโพลีเมอร์โมเลกุลสูง จากนั้นจึงสร้างชิ้นส่วนแม่เหล็กที่มีรูปร่างซับซ้อนต่างๆ ผ่านกระบวนการฉีดขึ้นรูป NdFeB ที่ผ่านการฉีดขึ้นรูปไม่เพียงแต่ยังคงคุณสมบัติทางแม่เหล็กสูงของ NdFeB เท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพการตัดเฉือนที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนอีกด้วย
สนามแม่เหล็กถาวร
แม่เหล็กถาวรมีการใช้งานที่หลากหลายและมีคุณลักษณะในการรักษาความเป็นแม่เหล็ก ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา ครอบคลุมอุตสาหกรรมและสาขาต่างๆ
มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้า เครื่องจักร การขนส่ง การแพทย์ และของใช้ในชีวิตประจำวัน เช่นแม่เหล็กถาวรของลำโพงและเครื่องรับโทรศัพท์ ระบบแม่เหล็กของมิเตอร์แมกนีโตอิเล็กทริก ขั้วแม่เหล็กในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์แม่เหล็กถาวร อุปกรณ์แม่เหล็กถาวรที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักร (เช่น หัวจับแม่เหล็กถาวรสำหรับเครื่องบดพื้นผิว เป็นต้น) และระบบกันสะเทือนแม่เหล็ก แบริ่งแม่เหล็ก ระบบแยกแม่เหล็ก, การแยกแร่แม่เหล็ก, ระบบกรองน้ำด้วยแม่เหล็ก, แมกนีตรอน, ระบบแม่เหล็กของเครื่องเร่งโปรตอน ฯลฯ
แม่เหล็กชั่วคราว
แม่เหล็กชั่วคราวหรือที่เรียกว่าวัสดุแม่เหล็กอ่อนหรือแม่เหล็กชั่วคราว แม่เหล็กชั่วคราวทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่สามารถทำให้เกิดแม่เหล็กได้ในช่วงเวลาสั้นๆ ด้วยสนามแม่เหล็กภายนอก แต่จะสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กเมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกลบออก วัสดุดังกล่าวมีลักษณะพิเศษคือ coercivity ต่ำ (เช่น มีความสามารถในการต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กได้น้อย) ดังนั้นสถานะแม่เหล็กจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายตามการเปลี่ยนแปลงของสภาวะภายนอก แม่เหล็กชั่วคราวทั่วไปได้แก่ ตะปูและคลิปหนีบกระดาษ ซึ่งสามารถหยิบหรือเคลื่อนย้ายได้ด้วยแม่เหล็กแรงสูง
ประสิทธิภาพของแม่เหล็กชั่วคราว
1. coercivity ต่ำ: ง่ายต่อการเป็นแม่เหล็กและล้างอำนาจแม่เหล็กได้ง่าย
2. การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง: สามารถนำทางและมีสมาธิกับสนามแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. พลังงานคงเหลือต่ำ: เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกลบออก พลังงานคงเหลือ (แม่เหล็กตกค้าง) จะต่ำมาก
4. การนำไฟฟ้าที่ดี: วัสดุแม่เหล็กชั่วคราวบางชนิดก็มีการนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน
แม่เหล็กชั่วคราวสามารถใช้ได้ในสาขาใด
แม่เหล็กชั่วคราวมีการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางเทคนิค และชีวิตประจำวัน ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตแม่เหล็กไฟฟ้า หม้อแปลงและตัวเหนี่ยวนำ เซ็นเซอร์และอุปกรณ์วัด รถยนต์และการบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ
แม่เหล็กไฟฟ้า
แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแม่เหล็กชั่วคราวที่สร้างขึ้นโดยการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรง แม่เหล็กประเภทนี้ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคหลายประเภท เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าและลำโพง ประกอบด้วยขดลวดและแกนเหล็ก ขดลวดที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่มีกำลังเท่ากันนั้นจะถูกพันรอบด้านนอกของแกนเหล็ก ขดลวดที่มีกระแสไหลผ่านนี้มีสภาพเป็นแม่เหล็กเหมือนกับแม่เหล็ก เรียกอีกอย่างว่าแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นรอบแกนเหล็ก ทำให้เกิดแม่เหล็กไฟฟ้า เรามักจะทำให้มันเป็นรูปแท่งหรือกีบเพื่อทำให้แกนเหล็กดึงดูดแม่เหล็กได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ เพื่อให้แม่เหล็กไฟฟ้าล้างอำนาจแม่เหล็กทันทีเมื่อปิดเครื่อง เรามักจะใช้เหล็กอ่อนหรือวัสดุเหล็กซิลิกอนที่มีการล้างอำนาจแม่เหล็กเร็วขึ้น แม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวจะเป็นแม่เหล็กเมื่อเปิดเครื่อง และแม่เหล็กจะหายไปหลังจากปิดเครื่อง
หลักการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้า
กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ระบุว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านห่วงตัวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้นในลูป ในแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กนี้ทำปฏิกิริยากับแกนเหล็ก ส่งผลให้แกนเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก
หลังจากที่แกนเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก มันจะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราวที่มีขั้วเหนือและขั้วใต้ ความแรงของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสไฟฟ้า จำนวนรอบของขดลวด วัสดุและรูปร่างของแกนกลาง
เมื่อแกนกลางของแม่เหล็กไฟฟ้าถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก มันจะดึงดูดหรือผลักวัตถุแม่เหล็กอื่นๆ แม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมการเปิดและปิดกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสหยุดลง สนามแม่เหล็กจะหายไปและแกนกลางจะสูญเสียความเป็นแม่เหล็กไป
หลักการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับสนามแม่เหล็ก ปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในการใช้งานหลายอย่าง เช่น เครนแม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์ รีเลย์ โซลินอยด์วาล์ว ฯลฯ
มีแม่เหล็กไฟฟ้าอะไรบ้างในชีวิต?
มีแม่เหล็กไฟฟ้ามากมายในชีวิตของเราที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครนแม่เหล็กไฟฟ้า, ล็อคแม่เหล็กไฟฟ้า, รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า, โซลินอยด์วาล์ว, ลำโพง, ของเล่นไฟฟ้า, รถไฟแม็กเลฟ, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, โทรศัพท์, อุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติ, เครื่องจักรบรรจุภัณฑ์, อุปกรณ์ทางการแพทย์, เครื่องจักรกลอาหาร, เครื่องจักรสิ่งทอ ฯลฯ
แม่เหล็กไฟฟ้าบรรลุฟังก์ชันที่มีประโยชน์ต่างๆ โดยการควบคุมความเข้มของกระแสและสนามแม่เหล็ก เช่น ดึงดูดและผลักวัตถุที่เป็นเหล็ก และรับรู้ถึงการเคลื่อนไหวทางกล เช่น การเคลื่อนที่เชิงเส้น การหมุน และการแกว่ง และมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมและชีวิตสมัยใหม่
แม่เหล็กธรรมชาติ
แม่เหล็กธรรมชาติคือแม่เหล็กที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและสามารถพบได้ในแหล่งสะสมของแร่เหล็ก พวกมันยังถูกเรียกว่าหินแร่หรือแมกนีไทต์ พวกมันสามารถดึงดูดโลหะแม่เหล็ก เช่น เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ พบได้ในธรรมชาติของโลกและมักมีแม่เหล็กแรงสูง แม่เหล็กธรรมชาติเป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์ค้นพบและใช้งาน
แม่เหล็กธรรมชาติถูกค้นพบและใช้งานโดยผู้คนในสมัยโบราณ และมีการนำไปใช้ที่สำคัญในประวัติศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการเดินเรือ ตัวอย่างเช่น เข็มทิศจีนโบราณใช้แม่เหล็กของแม่เหล็กธรรมชาติเพื่อระบุทิศทาง
แม่เหล็กของแม่เหล็กธรรมชาตินั้นแตกต่างจากแม่เหล็กไฟฟ้าเทียมซึ่งถูกกำหนดโดยโครงสร้างอะตอมภายในและการจัดเรียงทางอิเล็กทรอนิกส์ และไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกเพื่อรักษาความเป็นแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กของแม่เหล็กธรรมชาติค่อนข้างอ่อนและมักจะไม่แรงและปรับได้เท่ากับแม่เหล็กไฟฟ้าเทียม
แม้ว่าแม่เหล็กส่วนใหญ่ที่ใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่จะเป็นของเทียม แต่แม่เหล็กธรรมชาติยังคงใช้ในบางสาขา เช่น ในการศึกษาและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์บางประเภท งานฝีมือและของประดับตกแต่ง ผลิตภัณฑ์แม่เหล็กบำบัด ฯลฯ เพื่อแสดงแนวคิดของสนามแม่เหล็ก
ในฐานะที่เป็นวัสดุแม่เหล็กโบราณ แม่เหล็กธรรมชาติไม่เพียงแต่มีตำแหน่งสำคัญในประวัติศาสตร์เท่านั้น แต่ยังมีคุณค่าในการใช้งานบางอย่างในสังคมสมัยใหม่อีกด้วย แม้ว่าความแรงของแม่เหล็กจะไม่แรงเท่าแม่เหล็กถาวรสังเคราะห์สมัยใหม่ แต่ความงามตามธรรมชาติและความสำคัญทางประวัติศาสตร์อันเป็นเอกลักษณ์ทำให้พวกเขาได้รับตำแหน่งทางการศึกษา การวิจัย และศิลปะ
บทสรุป
แม่เหล็กทั้งสี่ประเภทนี้ล้วนมีคุณสมบัติและการใช้งานที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย ไม่ว่าคุณกำลังมองหาแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กชั่วคราว แม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม่เหล็กธรรมชาติ แน่นอนว่าต้องมีแม่เหล็กที่ตรงตามความต้องการของคุณ!