Nam châm vĩnh cửu không chỉ được sử dụng nhiều trong dạy học, thí nghiệm, nghiên cứu mà còn được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày. Bài viết sau đây ngoài cung cấp các kiến thức về lý thuyết, cấu tạo cơ bản của nam châm vĩnh cửu, còn liệt kê các ứng dụng của nam châm vĩnh cửu, giúp các em hiểu rõ và chi tiết hơn về loại vật liệu phổ biến này.
Tìm hiểu về nam châm vĩnh cửu
Tìm hiểu khái niệm, lịch sử ra đời, cấu tạo và những tính chất của nam châm
Nam châm vĩnh cửu là gì?
Nam châm vĩnh cửu được định nghĩa là các vật có cấu tạo từ các loại vật liệu từ cứng.
Đặc điểm của vật liệu cấu thành nên nam châm vĩnh cửu là sở hữu khả năng giữ từ tính không bị mất từ trường, được sử dụng như các nguồn tạo từ trường. Hiện nay, nam châm vĩnh cửu có rất nhiều ứng dụng giúp ích cho quá trình nghiên cứu và đời sống của con người.
Ai đã phát hiện ra nam châm
Nam châm được cho là bắt nguồn vào thời điểm những năm 600 trước công nguyên, vào thời Hy Lạp cổ đại. Người ta đã phát hiện một loại đá kỳ lạ, màu sắc đen óng.
Người Hy Lạp cổ đại nhận thấy rằng loại đá này có khả năng hút được các vật bằng kim loại một cách đáng kể. Tuy nhiên họ không tìm ra được khả năng quay về hướng Bắc của loại đá này cho đến khoảng 300 năm sau.
Đặc điểm quay về hướng Bắc đã được người Trung Hoa đã phát hiện. Magnesi là vùng đất đầu tiên mà người ta tìm ra nam châm, cũng vì vậy mà họ chọn Magnetite là tên dùng để đặt cho nam châm.
Cấu tạo của nam châm vĩnh cửu
Nguyên liệu để chế tạo nam châm vĩnh cửu
Về cấu tạo, nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ magnetite và tinh thể khoáng sắt ferit.
Từ tính của nó luôn tồn tại trong mọi môi trường, mọi lúc, mọi nơi và luôn tác động lên các loại kim loại khác.
Bên cạnh đó, các hợp kim thép cũng có thể được từ hóa. Nam châm vĩnh cửu luôn sở hữu từ tính mạnh mẽ và rất khó khiến chúng mất đi từ tính.
Tuy nhiên, nam châm vĩnh cửu cần có dòng điện chạy qua để có thể tạo ra được từ trường.
Hình dạng phổ biến của nam châm
Nam châm vĩnh cửu thường được thiết kế dưới dạng hình chữ U nhằm mục đích kết nối hai cực từ lại gần nhau để tạo ra một từ trường mãnh liệt có thể nâng, hút, tác dụng từ tính lên một miếng sắt nặng.
Ngoài ra, nam châm vĩnh cửu có khả năng lưu giữ từ trường khá lớn. Đây cũng là nguyên nhân giúp cho nam châm hạn chế xảy ra tình trạng khử từ.
Do đó, việc các nam châm vĩnh cửu trên thị trường hiện nay được chế tạo với độ kháng từ dao động trong khoảng vài nghìn đến vài chục nghìn Oe là một điều dễ hiểu.
Những nam châm có nguồn gốc từ những biểu tượng nguyên tố hóa học như nickel, nhôm, cobalt, được dùng để chế tạo ra các hợp kim khác nhau. Nam châm Alnico sau khi bị nhiễm từ sẽ có từ tính lớn gấp 5 đến 17 lần so với Magnetit.
Như đã đề cập, nam châm vĩnh cửu là những loại vật liệu được từ hóa và có tính chất tạo ra từ trường liên tục, mạnh mẽ.
Mặc dù từ trường của nam châm vô hình, nhưng chúng có một khả năng đặc biệt như sau: Tạo ra một lực hút đáng kể với các loại vật liệu từ khác như niken, sắt, coban, một số khoáng chất tự nhiên như đá nam châm hoặc một số hợp kim của đất hiếm,…đẩy hoặc hút các nam châm khác.
Cực của nam châm
Toàn bộ các nam châm đều có hai cực, một cực gọi là cực nam và cực còn lại là cực bắc.
Cực bắc và nam luôn tồn tại song song trong cùng một cặp (không có đơn cực từ trong tự nhiên). Do đó, nếu chúng ta tiến hành chia một nam châm vĩnh cửu thành một nửa, hai nam châm nhỏ hơn sẽ được tạo thành nhưng vẫn sẽ có một cực bắc và một cực nam.
Tương tác giữa hai nam châm
Khi tiến hành đưa hai nam châm gần lại nhau sẽ xảy ra một số trường hợp về sự tương tác giữa chúng như sau:
-
Nếu 2 cực giống nhau: hai nam châm sẽ đẩy nhau
-
Nếu 2 cực khác nhau: hai nam châm sẽ khác nhau
Lưu ý: Người ta quy ước Trái Đất là một nam châm khổng lồ.
Phân loại nam châm
Nam châm vĩnh cửu được phân loại dựa trên trên 2 đặc điểm về phương pháp chế tạo và chất liệu:
Phân loại dựa trên phương pháp chế tạo:
-
Nam châm thiêu kết
-
Nam châm dị hướng
-
Nam châm kết dính
-
Nam châm đẳng hướng
Phân loại dựa trên chất liệu cấu tạo:
-
Nam châm đất hiếm
-
Thép Cacbon
-
Oxit Sắt
-
Ferrite từ cứng
-
Nam châm Alnico
Ứng dụng của nam châm trong đời sống
Nam châm được sử dụng rất phổ biến trong đời sống hằng ngày. Các em có thể bắt gặp các ứng dụng của nam châm trong một số lĩnh vực như điện tử, thời trang, thiết bị âm thanh, nhà bếp,…
-
Ứng dụng của nam châm trong lĩnh vực điện tử và chế tạo máy tính như: lưu trữ dữ liệu trên ổ cứng máy tính, hiển thị dữ liệu, hình ảnh,…
-
Ứng dụng của nam châm trong sản xuất các loa phóng thanh: đây cũng là một trong những sản phẩm tiêu biểu được sản xuất nhờ vào từ tính của nam châm – giúp cho loa rung động để tạo hiệu ứng âm thanh tăng dần
-
Sử dụng nam châm như một chiếc là bàn nhỏ: Khi này trái đất sẽ là một chiếc nam châm lớn. Các nam châm đều sẽ chỉ về hướng Bắc trong mọi thời điểm. Nhờ đó, mọi người có thể sử dụng để xác định được hướng đi.
-
Ứng dụng của nam châm trong ngành công nghiệp phát điện và cơ điện: Trong trường hợp này, nam châm sẽ được cố định ở gần các rotor. Nhờ đó, khi dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại, sẽ làm xuất hiện từ trường và kích hoạt các cánh quạt hoạt động.
-
Ứng dụng trong ngành chăm sóc sức khỏe, y tế: Người ta tận dụng các đặc điểm của nam châm để chế tạo ra máy MRI, máy chụp X quang, thiết bị hỗ trợ điều trị viêm khớp, lưu băng thông, phát hiện các tế bào ung thư trong cơ thể người,…
Xem thêm: Định luật jun len xơ cho biết điều gì? Hệ thức jun len xơ & bài tập vận dụng (vật lý 9)
Thực hành: Trả lời câu hỏi liên quan đến nam châm vĩnh cửu
Dưới đây là một số câu hỏi liên quan đến bài học nam châm vĩnh cửu, giúp các em củng cố kiến thức và hiểu một cách chi tiết hơn về lý thuyết đã được đề cập bên trên.
Câu 1 (Trang 48 SBT Vật Lí 9): Có một số quả đấm cửa làm bằng đồng và một số quả làm bằng sắt mạ đồng. Hãy tìm cách phân loại chúng.
Hướng dẫn giải: Đưa các quả đấm cửa lại gần thanh nam châm. Nếu quả đấm nào bị thanh nam châm hút thì nó được làm bằng sắt mạ đồng còn quả đấm cửa nào không bị thanh nam châm hút thì đó là quả đấm làm bằng đồng. (Áp dụng lý thuyết về sự tương tác của 2 nam châm).
Câu 2 (Trang 48 SBT Vật Lí 9): Có hai thanh thép luôn hút nhau bất kể đưa các đầu nào của chúng lại gần nhau. Có thể kết luận được rằng một trong hai thanh này không phải là nam châm không?
Hướng dẫn giải: Có thể kết luận một trong hai thanh này không phải là nam châm. Bởi vì nếu cả hai đều là nam châm thì khi đổi đầu, chúng sẽ đẩy nhau.
Câu 3 (Trang 48 SBT Vật Lí 9): Nêu các cách khác nhau để xác định tên cực của một thanh nam châm khi màu sơn đánh đấu cực đã bị tróc hết
Hướng dẫn giải: Dựa vào sự định hướng của thanh nam châm trong từ trường của Trái Đất: khi đặt kim nam châm thăng bằng trên giá thẳng đứng, kim nam châm sẽ chỉ hướng Bắc, Nam theo từ trường của Trái Đất. Cũng có thể dùng một thanh nam châm khác đã biết tên cực để xác định tên các cực của thanh nam châm ban đầu.
Câu 4 (Trang 48 SBT Vật Lí 9): Quan sát hai thanh nam chậm trong hình 21.1 Giải thích tại sao thanh nam châm 2 lại lơ lửng trên thanh nam châm 1.
Hướng dẫn giải: Thanh nam châm 2 không rơi, vì hai cực để gần nhau của hai nam châm đó cùng tên. Trong trường hợp này, lực đẩy của nam châm cân bằng với trọng lượng của nam châm 2. Nếu đổi đầu một trong hai nam châm thì không còn hiện tượng đó nữa.
Câu 5: Trên thanh nam châm, chỗ nào hút sắt mạnh nhất?
A. Phần giữa của thanh.
B. Từ cực Bắc.
C. Cả hai từ cực.
D. Mọi chỗ đều hút sắt mạnh như nhau.
Đáp án: Chọn C. Vì cả hai từ cực là chỗ hút sắt mạnh nhất.
Câu 6: Khi nào hai thanh nam châm hút nhau ?
A. Khi hai cực Bắc để gần nhau.
B. Khi hai cực Nam để gần nhau.
C. Khi để hai cực khác tên gần nhau
D. Khi cọ xát hai cực cùng tên vào nhau
Đáp án: Chọn C. Vì khi để hai cực khác tên gần nhau thì hai thanh nam châm hút nhau.
Câu 7: Vì sao có thể nói rằng Trái Đất giống như một thanh nam châm khổng lồ?
A. Vì Trái Đất hút tất cả các vật về phía nó.
B. Vì Trái Đất hút các vật bằng sắt về phía nó.
C. Vì Trái Đất hút các thanh nam châm về phía nó.
D. Vì mỗi cực của một thanh nam châm để tự do luôn hướng về một cực của Trái Đất.
Đáp án: Chọn D. Vì mỗi cực của một thanh nam châm để tự do luôn hướng về một cực của Trái Đất.
Câu 8: Khi một thanh nam châm thẳng bị gãy làm hai nửa, nhận định nào dưới đây là đúng?
A. Một nửa tạo thành một thanh nam châm mới chỉ có một cực từ ở một đầu
B. Hai nửa đều mất hết từ tính
C. Mỗi nửa thành một nam châm mới có hai cực từ cùng tên ở hai đầu
D. Mỗi nửa thành một nam châm mới có hai cực từ khác tên ở hai đầu
Đáp án: Chọn D. Vì mỗi nửa thành một thanh nam châm mới có hai cực từ khác tên ở hai đầu.
Câu 9: Có hai thanh kim loại A và B bề ngoài giống hệt nhau, trong đó một thanh là nam châm. Làm thế nào để xác định được thanh nào là nam châm?
A. Đưa thanh A lại gần B, nếu A hút B thì A là nam châm.
B. Đưa thanh A lại gần B, nếu A đẩy B thì A là nam châm.
C. Dùng một sợi chỉ mềm buộc vào giữa thanh kim loai rồi treo lên, nếu khi cân bằng thanh đó luôn nằm theo hướng Bắc Nam thì đó là nam châm.
D. Đưa thanh kim loại lên cao rồi thả cho rơi, nếu thanh đó luôn rơi lệch về một cực của Trái Đất thì đó là nam châm.
Đáp án: Chọn C. Dùng một sợi chỉ mềm buộc vào giữa thanh kim loại rồi treo lên, nếu khi cân bằng thanh đó luôn theo hướng Bắc Nam thì là nam châm.
Câu 10: Một nam châm vĩnh cửu có đặc tính nào dưới đây?
A. Khi bị cọ xát thì hút các vật nhẹ.
B. Khi bị nung nóng lên thì có thể hút các vụn sắt.
C. Có thể hút các vật bằng sắt.
D. Một đầu có thể hút, còn đầu kia thì đẩy các vụn sắt.
Đáp án: Chọn C. Vì một nam châm vĩnh cửu có đặc tính có thể hút các vật bằng sắt.
Lời kết
Nam châm vĩnh cửu được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất và đời sống. Do đó, việc tìm hiểu và học hỏi các kiến thức về nam châm vĩnh cửu là cực kỳ cần thiết. Hy vọng với bài viết trên, các em đã tích lũy cho mình những kiến thức bổ ích nhất không chỉ giúp các em mở mang hiểu biết, mà còn giúp ích cho quá trình nghiên cứu và học tập về sau.
