Những điều cần biết về nam châm

1. Cấu tạo của nam châm
Một thỏi nam châm lọc sắt được đánh dấu bằng chữ S và chữ N (S=South=nam; N=North=Bắc) ở hai cực. Khi cực của một nam châm này gần cực của một nam châm khác, các cực sẽ hút lẫn nhau nếu như một đầu cực nam châm này là cực Nam và nam châm kia là cực Bắc. Một số đồ chơi có nam châm được thiết kế dựa trên tính chẩt này của nam châm.
Trong cuộc sống hằng ngày, có thể nhận ra nam châm là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. Trong từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. Lực phát sinh từ nam châm gọi là từ lực.
Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam, và một từ trường tạo từ các đường từ (đường sức) đi từ cực Bắc đến cực Nam.
Có 2 loại nam châm:
- Nam châm điện: là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từ trường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Cảm ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõi dẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có máy tuyến từ có thể thay đổi được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây.
- Nam châm vĩnh cửu là các vật được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ tính không bị mất từ trường, được sử dụng như những nguồn tạo từ trường.
+ Phân loại theo vật liệu: Ôxit sắt (đá nam châm), Thép cácbon, Nam châm AlNiCo (hợp kim của nhôm, niken, côban và một số các phụ gia khác như đồng, titan…), Ferrite từ cứng (ferit Ba, Sr…), Nam châm đất hiếm (ợp chất của các kim loại đất hiếm và kim loại chuyển tiếp), Nam châm nhiệt độ cao SmCo, Nam châm NdFeB (neodymium), Nam châm tổ hợp nano.
+ Phân loại theo phương pháp chế tạo: Nam châm đẳng hướng (Isotropic magnets), Nam châm dị hướng (Anisotropic magnets), Nam châm kết dính, Nam châm thiêu kết .
2. Tại sao sắt lại bị nam châm hút?
Nam châm còn được gọi là đá nâm châm. Dùng nam châm có thể hút các vật làm bằng sắt như đinh sắt, kim kẹp giấy… Tại sao nam châm lại có thể hút sắt? Để giải thích điều này, phải xét kết cấu bên trong của vật chất.
Đa số vật chất đều do các phân tử cấu tạo thành, phân tử do các nguyên tử tạo nên, nguyên tử lại do các nhân nguyên tử và các hạt điện cấu tạo thành. Các hạt điện liên tục vận động trong nguyên tử và xoay chuyển xung quanh hạt nhân nguyên tử, hai loại vận động này sẽ sinh ra từ tính. Nhưng, trong đa số các vật chất, phương thức vận động của các hạt điện là hoàn toàn khác nhau và rất hỗn loạn, điều này làm cho hiệu ứng từ bên trong các vật chất tự triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, trong trường hợp bình thường, các vật chất đều không có từ tính.
Nam châm đã được biết trong một thời gian rất lâu. Từ “nam châm” (magnet) đến từ “Magnesia” là tên của một vùng thuộc nước Hy Lạp đặt cây gậy đầu bịt sắt của cậu dựa vào một tảng đá giữ chặt cây gậy. Trước đó chưa hề có ai thấy một tảng đá hút sắt như vậy.
Câu chuyện có lẽ không thật. Nhưng có một loại đá vôi hút sắt và thép. Nó được gọi là “manhêtit” hay là đá nam châm. Những miếng đá này là nam châm ferrite thiên nhiên.
Nam châm thiên nhiên là nam châm vĩnh cửu. Những miếng nam châm nhỏ trong trò chơi câu cá là nam châm vĩnh cửu. Những thỏi nam châm được chế tạo bằng thép hay bằng hợp chất thép và các kim loại khác cũng là nam châm vĩnh cửu. Loại nam châm vĩnh cửu mạnh hơn nhiều so với đá nam châm (lodestone).