Nam châm là gì? Công thức tính nam châm (chi tiết nhất)

Bài viết Nam châm là gì? Công thức tính nam châm với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Nam châm là gì? Công thức tính nam châm.

Nam châm là gì? Công thức tính nam châm (chi tiết nhất)

1. Nam châm là gì?

Nam châm là một vật liệu có khả năng tạo ra một lực hút đối với các vật liệu khác đặc biệt là sắt, Niken và các hợp kim của chúng. Điều này là do các hạt điện tử của nam châm được sắp xếp theo một cấu trúc tổ chức đặc biệt tạo thành các vùng có từ tính. Khi các nam châm được đưa gần nhau các vùng từ tính này sẽ tương tác với nhau để tạo ra một lực hút hoặc lực đẩy. Lực này cũng được gọi là lực từ trường và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng từ đơn giản như nam châm trên tủ lạnh đến phức tạp như trong các máy điện tử.

2. Nguồn gốc của nam châm

Có rất nhiều câu chuyện và huyền thoại liên quan đến việc phát minh ra nam châm. Nhưng nguồn gốc chính xác của nó vẫn còn một số tranh cãi. Một trong những câu chuyện được cho rằng là nguồn gốc của nam châm là khi một ngư dân tên là Magnesi phát hiện ra rằng chiếc giày của ông bị mắc kẹt trên một tảng đá bằng nam châm. Tảng đá này sau đó được lấy tên ông và nó được biết đến là loại đá nam châm đầu tiên được phát hiện. Tuy nhiên một số người tin rằng người Trung Quốc đã biết đến nam châm từ thời kỳ Bắc Tề và có sử dụng nam châm trong đạo cụ phong thủy y học và định hướng hành tinh.

Có quan điểm khác cho rằng nguồn gốc của nam châm nam châm được cho là bắt nguồn từ thời Hy Lạp cổ đại vào khoảng 600 Năm trước công nguyên. Trong suốt thời trung cổ nó được gọi là đá nam châm để chỉ hòn đá hút các vật liệu bằng sắt vào một vài kim loại khác. Hiện nay nam châm có rất nhiều hình dạng khác nhau gồm cả đĩa nhẫn, khối chữ nhật, vòng cung, thanh. Chúng được làm các vật liệu như gốm, đất hiếm và vật liệu giống cao su linh hoạt. Với phát hiện này con người đã tạo ra la bàn chỉ đường dù ở bất kỳ đâu đặt theo hướng nào thì la bàn cũng luôn chỉ theo hướng Bắc Nam, nhờ tác động lực từ trường của nam châm và trái đất. Nhờ đó mà con người có những cuộc hành trình vĩ đại trong lịch sử và tìm ra những châu lục mới. Mỗi nam châm đều có hai cực là cực Bắc và cực Nam, chúng hoạt động theo nguyên tắc cùng cực thì đẩy khác cực thì hút. Ngày nay con người không chỉ dùng nam châm để làm la bàn mà còn một vài ứng dụng đơn thuần như trước đây. Nam châm hiện đại được cải tiến để góp mặt trong các nhà máy sản xuất chế biến trong y học trong các thiết bị điện tử .

2. Cơ chế hoạt động của nam châm

Cơ chế hoạt động của nam châm liên quan đến tính chất từ trường của nó. Nam châm có khả năng tạo ra một lực hút hoặc đẩy đối với các vật liệu khác đặc biệt là sắt và các hợp kim của nó. Do sự tương tác giữa các từ trường của nam châm và từ trường của vật liệu khác, các nam châm là các vật liệu có từ trường tự nhiên được hình thành từ sự sắp xếp các hạt điện tử của chúng. Các hạt điện tử này được tổ chức theo một cấu trúc tổ chức đặc biệt tạo thành các vùng có từ trường. Khi các nam châm được đưa gần nhau, các vùng từ tính này sẽ tương tác với nhau để tạo ra một lực hút hoặc lực đẩy.

Để tạo ra nam nhân tạo, các vật liệu từ trường như sắt Niken và coban thường được sử dụng. Các vật liệu này được sắp xếp trong một từ trường như trong một cuộn dây điện, khi dòng điện chạy qua cuộn dây này nó tạo ra một trường từ và các hạt điện tử trong vật liệu từ trường này sẽ tự sắp xếp để tạo ra vùng từ trường tạo thành một nam châm nhân tạo.

Nam châm vĩnh cửu là nguồn tạo ra từ trường, nó là vật liệu cứng và mang trong mình từ tính. Từ tính của nó luôn tồn tại mọi lúc mọi nơi, mọi môi trường và luôn tác động đến các kim loại khác. Vi tính bền của mình nên nó được coi là nam châm vĩnh cửu. Nam châm vĩnh cửu sẽ bị mất từ tính nếu ở nhiệt độ cao khiến nam châm bị nóng đỏ lên hoặc bị mất dần từ tính nếu trong hộp làm từ sắt thép. Nếu bị đặt trong hộp làm từ sắt thép dù có mạnh đến đâu cũng sẽ dần bị vô hiệu hóa.

3. Trên thanh nam châm chỗ nào hút sắt mạnh nhất ?

Trên thanh nam châm vị trí hút sắt mạnh nhất là ở hai đầu của nam châm. Những khu vực này gọi là cực Nam và Cực bắc của nam châm. Các cực này tạo ra lực hút mạnh nhất và có thể hút chặt các vật liệu sắt và nam châm nhỏ hơn. Trên thanh nam châm cực nam thường được đánh dấu bằng màu đỏ hoặc màu đen còn cực bắc được đánh dấu bằng màu xanh hoặc màu trắng.

4. Các loại nam châm

Có nhiều loại nam châm khác nhau được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Tùy thuộc vào tính chất từ trường của chúng. Một số loại nam châm phổ biến như:

+ Nam châm tự nhiên là loại nam châm được tìm thấy trong tự nhiên, được hình thành từ các khoáng chất như magnetit,  có khả năng tạo ra một lực từ mạnh, nhưng có giới hạn về kích thước và hình dạng.

+ Nam châm hiệu chỉnh là loại nam châm nhân tạo được tạo ra bằng cách sử dụng các vật liệu từ trường như sắt đi kèm. Chúng được hiệu chỉnh để có từ trường mạnh hoặc yếu tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

+ Nam châm vĩnh cửu là loại nam châm nhân tạo có khả năng giữ lại từ trường của chúng mà không mất đi với phương pháp đo đạc. Sau khi nguồn điện được tắt, chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như động cơ loa và tủ lạnh.

+ Nam châm điện là nam châm được tạo ra bằng cách sử dụng dòng điện chạy qua một cuộn dây dẫn điện để tạo ra một trường từ chống được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và các thiết bị khác.

+ Nam châm neodymium là loại nam châm hiệu suất cao nhất hiện có được làm từ hợp kim  neodymium iron boron. Chúng có khả năng tạo ra lực từ mạnh và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như động cơ loa và đầu lọc đĩa cứng.

5. Những điều  thú vị về nam châm

- Các nam châm có khả năng giữ lại từ trường của chúng mà không mất đi sau khi nguồn điện được tắt. Điều này do các hạt điện tử của chúng được tổ chức trong một cấu trúc đặc biệt.

- Nam châm có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng điện. Khi một nam châm di chuyển qua một dòng dây dẫn điện nó sẽ tạo ra một dòng điện trong dây đó. Trong một không gian từ trường các nam châm sẽ xoay quanh với tốc độ cực nhanh.

- Các nam châm có khả năng ảnh hưởng đến hướng đi của một con la bàn. Trong thế kỷ 12 thủy thủ vẫn sử dụng la bàn để định hướng khi đi trên biển và họ phát hiện ra rằng các nam châm có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của la bàn.

- Một số động vật như chim cánh cụt cũng có khả năng sử dụng nam châm để định hướng di cư

- Các nam châm hiệu suất cao nhất được làm từ hợp kim neodymium iron - boron và có thể tạo ra được từ mạnh hơn bất kỳ loại nam châm nào khác

6. Ứng dụng của nam châm

Ứng dụng của nam châm đất đa dạng và phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Bao gồm:

+ Trong điện tử: Nam châm được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử như loa, ổ cứng, đầu lọc đĩa và các thiết bị khác.

+ Trong y tế các loại nam châm khác nhau thường sử dụng trong y tế giúp chẩn đoán và điều trị bệnh, điều trị đau và chấn thương.

+ Trong vận chuyển nam châm được sử dụng để tạo ra các thiết bị vận chuyển và kẹp trong các dây chuyền sản xuất để giữ các vật phẩm điện năng. Nam châm được sử dụng để tạo ra các máy phát điện và máy biến áp để sản xuất truyền tải điện năng xây dựng

+ Nam châm được sử dụng trong xây dựng để giữ các cửa cửa sổ và các bộ phận khác

+ Trong lĩnh vực xây dựng bê tông, tàu hỏa nam châm được sử dụng trong tàu hỏa để giữ các bộ phận cơ khí lại với nhau giảm ma sát và tăng tốc độ +

+ Trong năng lượng tái tạo, nam châm được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng như trong các máy lưu trữ năng lượng

+ Trong lĩnh vực  giải trí nam châm được sử dụng trong một số trò chơi.

8. Bài tập vận dụng

Câu 1: Mạt sắt đặt ở chỗ nào trên thanh nam châm thì bị hút mạnh nhất?

A. Ở phần giữa của thanh.

B. Chỉ ở đầu cực Bắc của thanh nam châm.

C. Chỉ ở đầu cực Nam của thanh nam châm.

D. Ở cả hai đầu cực Bắc và cực Nam của thanh nam châm.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Mạt sắt đặt ở cả hai đầu cực Bắc và cực Nam của thanh nam châm thì bị hút mạnh nhất.

Câu 2: Xác định cực của kim nam châm ở hình dưới đây.

A. Đầu bên trái của kim nam châm là cực Nam (S).

B. Đầu bên trái của kim nam châm là cực Bắc (N).

C. Đầu bên phải của kim nam châm là cực Nam (S).

D. Cả B và C đúng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Ta thấy thanh nam châm và kim nam châm đang hút nhau.

Vậy, đầu bên trái của kim nam châm là cực Nam (S), đầu bên phải là cực Bắc (N).

Câu 3: Có thể sử dụng nam châm điện để nâm cái bàn ăn bằng gỗ được không? Tại sao?

Lời giải:

Không được.

Vì bàn gỗ không có từ tính, nên nó không bị nam châm điện hút (hoặc đẩy).

Câu 4 : Hãy kể ra 3 cách để làm lực hút của nam châm điện mạnh hơn.

Lời giải:

Cách thứ nhất: tăng cường độ dòng điện qua cuộn dây của nam châm điện

Cách thứ 2: tăng số vòng dây của nam châm điện.

Cách thứ 3: tăng khối lượng lõi sắt của nam châm điện

Câu 5 : Bạn Hưng nối trực tiếp hai cực của một ắc quy điện với cuộn dây của loa điện. Loa có kêu không? Tại sao?

Lời giải:

Loa không kêu.

Vì dòng điện qua cuộn dây có cường độ không thay đổi. Nên cuộn dây sẽ không dao động và loa không phát ra âm thanh

Câu 6 : Trong một số mạch điện quan trọng, người ta có lắp một rơ le điện từ. Rơle điện từ trong mạch điện đóng vai trò gì?

Lời giải:

Trong mạch điện, Rơ le điện từ được sử dụng để tự động đóng, ngắt mạch, bảo vệ mạch điện và điều khiển sự làm việc của mạch điện.

Câu 7 : Nam thấy la bàn đặt trong phòng không chỉ đúng hướng Bắc Nam. Em có kết luận gì về hiện tượng này?

Lời giải:

Trong phòng có từ trường. Vì nếu trong phòng không có từ trường thì kim la bàn sẽ chỉ đúng hướng Bắc Nam. Nhưng ta thấy kim la bàn không chỉ đúng hướng Bắc Nam nên có thể khẳng định không gian xung quanh đấy có từ trường

Câu 8 : Vì sao khi trong các cần cẩu điện lại dùng nam châm điện mà không sử dụng nam châm vĩnh cửu?

Lời giải:

Vì:

   - Dùng nam châm điện có thể tạo ra được lực hút rất lớn, đủ để hút các vật có khối lượng lớn lên

   - Có thể điều chỉnh được độ lớn của lực hút (tăng hoặc giảm)

   - Khi cần lấy các vật ra thì ta chỉ cần đóng ngắt mạch điện là được.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Quỹ đạo chuyển động là gì? Công thức tính quỹ đạo chuyển động

• Số bội giác là gì? Công thức tính số bội giác

• Tia tử ngoại là gì? Công thức tính tia tử ngoại

• Vật sáng là gì? Công thức tính vật sáng

• Áp suất là gì? Công thức tính áp suất

• Sai số là gì? Công thức tính sai số

---