วิทยาศาสตร์สำหรับเด็ก ตอน แม่เหล็ก (MAGNET)

ความจริงบทความนี้พี่ปลายจะมาชวนทำงานประดิษฐ์จากแม่เหล็กกัน แต่ระหว่างที่ทำงานประดิษฐ์เล่นอยู่กับน้องที่บ้าน น้องก็ถามคำถามเกี่ยวกับแม่เหล็กมารัว ๆ เลยค่ะ ทั้งทำไมแม่เหล็กถึงดูดกัน? ทำไมแม่เหล็กมีตัว N กับ S? ทำไมแม่เหล็กดูดกรรไกร? แล้วทำไมแม่เหล็กไม่ดูดยางลบหนู? พี่ปลายนี่ถึงกับนิ่งเลยค่ะ!! เพราะตอบไม่ได้และสงสัยเหมือนกัน แล้วคุณพ่อคุณแม่เคยสงสัยหรือมีคำถามจากเด็ก ๆ ที่บ้านแบบเดียวกันมั้ยคะ ในบทความนี้พี่ปลายจึงได้ไปหาคำตอบเกี่ยวกับแม่เหล็กมาให้คุณพ่อคุณแม่ได้ตอบเด็ก ๆ กันแล้วค่ะ

วิทยาศาสตร์สำหรับเด็ก ตอน แม่เหล็ก (Magnet)

แม่เหล็ก (Magnet) คืออะไร?

แม่เหล็ก คือ วัตถุที่มีคุณสมบัติในการดึงดูดโลหะบางชนิดได้ โดยเฉพาะวัตถุที่มี สารแม่เหล็ก (Magnetic Substance) อย่าง เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล เป็นส่วนประกอบหลัก

ตัวอย่างแม่เหล็กแบบต่าง ๆ

โดยปกติแล้วแม่เหล็ก 1 แท่งจะประกอบไปด้วย 2 ขั้วแม่เหล็กที่ตรงข้ามกันเสมอ นั้นก็คือ ขั้วเหนือ (North pole) และขั้วใต้ (South pole) ซึ่งที่มาของชื่อขั้วแม่เหล็กทั้ง 2 นั้น ได้มาจากทิศทางการหันของแท่งแม่เหล็กค่ะ เพราะว่าเวลาแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ไม่ว่าจะลอยอยู่บนน้ำหรือแขวนอยู่ในอากาศ เมื่อถูกทำให้หยุดนิ่ง ปลายทั้ง 2 ด้านของแท่งแม่เหล็ก จะหันไปทางทิศเหนือและทิศใต้ของโลกเสมอ ดังนั้น ปลายแท่งแม่เหล็กที่หันไปทางทิศเหนือของโลก จึงถูกเรียกว่า ขั้วเหนือ (N) และปลายแท่งแม่เหล็กอีกด้านที่หันไปทางทิศใต้ของโลก จึงถูกเรียกว่า ขั้วใต้ค่ะ (S) คนส่วนใหญ่มักเรียกขั้วแม่เหล็กเป็น ขั้วบวกและขั้วลบ ซึ่งจริง ๆ แล้วขั้วบวกกับขั้วลบ เราจะใช้เรียกกับขั้วไฟฟ้า อย่างเช่น ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่

ทิศทางการหันของแท่งแม่เหล็ก

ซึ่งวิธีการทดลองหาขั้วแม่เหล็ก (แท่งแม่เหล็กทั่วไปที่ไม่มีขั้วแม่เหล็กบอก) ก็จะเหมือนกัน ที่อาศัยการหันของแท่งแม่เหล็กและเข็มทิศในการบอกทิศทาง ถ้าไม่มีเข็มทิศเราสามารถหาทิศต่าง ๆ ได้ด้วยการหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ในตอนเช้า ตั้งแต่พระอาทิตย์ขึ้นจนถึงประมาณ 09.00 น. หรือหันหลังให้พระอาทิตย์ในช่วงเย็น ประมาณ 15.00 น. เป็นต้นไป ด้านหน้าของเราจะเป็นทิศตะวันออก ด้านหลังจะเป็นทิศตะวันตก ด้านซ้ายมือจะเป็นทิศเหนือ และด้านขวามือจะเป็นทิศใต้ นั้นเอง การหาทิศด้วยวิธีนี้ในช่วงเวลาเที่ยง เพราะพระอาทิตย์จะอยู่สูงเกินไป อาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้ง่าย

น้องแอลล์กำลังหาทิศจากดวงอาทิตย์ แทนการใช้เข็มทิศ

แม่เหล็กมีกี่ประเภทกันนะ

แม่เหล็กจะแบ่งเป็น 2 ประเภท ตามลักษณะการเกิด คือ

01 แม่เหล็กธรรมชาติ

02 แม่เหล็กประดิษฐ์

1. แม่เหล็กถาวร มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กตลอดไปหรือมีอำนาจการเป็นแม่เหล็กได้นาน จะมีรูปร่างหลายแบบ เช่น แบบเกือกม้า วงกลม สี่เหลี่ยมผืนผ้า เป็นต้น ส่วนใหญ่จะทำมาจากเหล็กกล้าที่ถูกพันรอบด้วยลวดทองแดงอาบน้ำยา แล้วปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไป ทำให้เหล็กกล้าแปรสภาพเป็นแม่เหล็กถาวร โดยเราจะพบเห็นแม่เหล็กถาวรประกอบอยู่ในสิ่ง สิ่งของเครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น แม่เหล็กติดตู้เย็น เข็มทิศ กล่องดินสอ เป็นต้น

2. แม่เหล็กไฟฟ้าหรือแม่เหล็กชั่วคราว มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กในช่วงระยะเวลาที่ต้องการจะให้เป็นแม่เหล็กเท่านั้น มีลักษณะการเกิดแม่เหล็กเหมือนกับแม่เหล็กถาวร แต่จะมีส่วนที่ต่างกันตรงที่ เหล็กที่ใช้จะเป็นเพียงเหล็กอ่อนธรรมดา ทำให้เมื่อหยุดปล่อยกระแสไฟฟ้า อำนาจแม่เหล็กก็จะหายไปทันที ตัวอย่างที่พบเห็นได้ เช่น หูฟัง แม่เหล็กยกของ รถไฟฟ้า (รถไฟแมกเลฟ) เป็นต้น

ทำไมแม่เหล็กถึงดึงดูดและผลักกัน

แม่เหล็กสามารถดึงดูดและผลักกันได้ เป็นพราะภายในแม่เหล็ก มีอะตอมเล็ก ๆ จำนวนมาก ที่มีแรงดึงดูดของกระแสไฟฟ้า ซึ่งอะตอมเหล่านี้ มีการเรียงตัวที่เป็นระเบียบและเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันทั้งหมด ทำให้แม่เหล็กเกิด แรงแม่เหล็ก ที่เคลื่อนที่จากขั้วแม่เหล็กเหนือ สู่ขั้วแม่เหล็กใต้ ส่งผลให้เกิดสนามพลังหรือที่เรียกกันว่า สนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) ขึ้นบริเวณรอบ ๆ แม่เหล็กค่ะ

ตัวอย่างภาพแสดงสนามแม่เหล็ก

ดังนั้น หากเรานำแม่เหล็ก 2 แท่ง ที่ขั้วต่างกัน (N กับ S) หันเข้าหากัน สนามแม่เหล็กของทั้ง 2 แท่ง ก็จะดึงดูดกัน แต่ถ้าเรานำขั้วที่เหมือนกัน (S กับ S) หรือ (N กับ N) หันเข้าหากัน สนามแม่เหล็กทั้ง 2 แท่ง ก็จะผลักออกจากกัน

แม่เหล็กขั้วที่ต่างกัน แม่เหล็กจะดูดกัน

แม่เหล็กขั้วที่เหมือนกัน แม่เหล็กจะผลักออกจากกัน

แม่เหล็กดูดติดกับสิ่งของอะไรได้บ้าง?

แม่เหล็กจะดูดติดโลหะบางชนิด โดยเฉพาะสิ่งของที่มีเป็นส่วนประกอบหลักเป็น เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล ซึ่งสารเหล่านี้เรียกว่า สารแม่เหล็ก เช่น ตะปู กรรไกร คลิปหนีบกระดาษ ไม้บรรทัดเหล็ก เป็นต้น แต่แม่เหล็กไม่สามารถดูดติดกับสิ่งของที่เป็น ทองเหลือง ทองแดง อะลูมิเนียม เงิน สแตนเลส พลาสติก ไม้ ได้นะคะ เพราะสิ่งของเหล่านี้ไม่มีสารแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบ

แม่เหล็กสามารถดูดไม้บรรทัดเหล็กได้ด้วยนะคะ

แม่เหล็กสามารถดูดไขควงได้ด้วยนะคะ

น้องแอลล์และครูโอ๋กำลังใช้แม่เหล็กดูดสิ่งของต่าง ๆ

ซึ่งคุณพ่อคุณแม่สามารถจัดกิจกรรมวิทยาศาสตร์ให้เด็ก ๆ เห็นถึงความชัดเจนได้ง่าย ๆ ด้วยการชวนเด็ก ๆ เลือกสิ่งของภายในบ้านที่คิดว่าแม่เหล็กสามารถดูดติดได้ แล้วให้เด็กนำแม่เหล็กมาลองแตะสิ่งของเหล่านั้นดู นอกจากเด็กจะได้รู้ว่าสิ่งของใดที่แม่เหล็กดูดติดและดูดไม่ติดแล้ว ยังเป็นการส่งเสริมให้เด็กได้ฝึกทักษะการคิดและฝึกทักษะการสังเกตอีกด้วย

รู้ไหม? สิ่งของเหล่านี้ก็ถือว่าเป็นแม่เหล็กนะ

รอบตัวเรามีสิ่งของที่ใช้แม่เหล็กเยอะมาก ๆ ทั้งที่เรามองเห็นแม่เหล็กได้ง่ายและไม่สามารถมองเห็นแม่เหล็กได้ งั้นเรามาดูกันดีกว่า ว่าสิ่งของอะไรบ้างนะที่มีแม่เหล็กซ่อนอยู่ด้วย

กังหันลมผลิตไฟฟ้า

งงใช่มั้ยคะ ว่าทำไมกังหันลมถึงมีแม่เหล็กด้วย เพราะการทำงานภายในของกังหันลมที่มีเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งมีส่วนประกอบสำคัญ 2 อย่างคือ 1. แม่เหล็กขั้วเหนือ-ขั้วใต้ 2. ขดลวดที่อยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็ก เมื่อมีความเร็วของแรงลมมาทำให้ใบกังหันหมุน ขดลวดที่อยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็กที่ถูกเชื่อมกับกังหันลมก็จะหมุนตาม ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นนั้นเอง

ตู้เย็น

ประตูตู้เย็นที่เราเปิด-ปิดกันบ่อย ๆ จะปิดสนิทเข้าหากันได้นั้น เพราะมีแถบแม่เหล็กอยู่ด้านในขอบยางของประตูตู้เย็น จึงทำให้ดูดบานประตูที่เป็นเหล็กได้ และแถบแม่เหล็กที่ถูกขอบยางหุ้มอยู่นี่แหละค่ะ ที่ช่วยให้บานประตูและตัวตู้เย็นติดกันได้สนิท ทำให้ความเย็นไม่หลุดรอดออกมาค่ะ

ครูโอ๋คะ แม่เหล็กสามารถดูดคลิปหนีบกระดาษได้ด้วยนะคะ

การหากิจกรรมวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กไม่ใช่เรื่องยาก เพียงแค่คุณพ่อคุณแม่หยิบสิ่งของใกล้ตัวหรือเรื่องราวในชีวิตประจำวันที่เด็กคุ้นเคยมาสอน นอกจากจะช่วยกระตุ้นให้เด็กเกิดความอยากรู้อยากเห็นและมองเห็นภาพได้ง่ายขึ้นแล้ว เรื่องราวรอบตัวหลาย ๆ เรื่องยังเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่บางทีเรายังต้องร้องว้าว ว้าว ว้าว กันเลยทีเดียว

ในครั้งหน้า พี่ปลายจะมาชวนคุณพ่อคุณแม่นำแม่เหล็กมาประดิษฐ์ของเล่นสนุก ๆ และได้ความรู้ไปพร้อม ๆ กัน อย่าลืมติดตามกันนะคะ

เอกสารอ้างอิง

พลังงานลม (ออนไลน์) สืบค้นเมื่อวันที่ 3 มี.ค. 2563 จาก : http://sirindhornpark.or.th/2019/learning.php?id=312

แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กโลก (ออนไลน์) สืบค้นเมื่อวันที่ 3 มี.ค. 2563 จาก : https://ngthai.com/science/24172/magneticforce/

แม่เหล็กเกิดจากอะไร (ออนไลน์) สืบค้นเมื่อวันที่ 3 มี.ค. 2563 จาก : https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7886-2018-02-27-03-49-23