Magnetism

ความเป็นแม่เหล็ก (อังกฤษ: magnetism) ในทางฟิสิกส์ หมายถึง คุณสมบัติอย่างหนึ่งของวัสดุที่สามารถสร้างแรงดูดหรือผลักกับวัสดุอีกอย่างหนึ่งได้ วัสดุที่ทราบกันดีว่ามักจะมีความเป็นแม่เหล็กคือ เหล็ก เหล็กกล้า และโลหะบางชนิด อย่างไรก็ตาม วัสดุต่างๆ จะเกิดความเป็นแม่เหล็กมากหรือน้อยแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็ก(ดูในตารางที่ 1)

ประเภท

Class	${\displaystyle \chi }$ magnetic susceptibility	Moment magnetization
Diamagnetic	มีค่าต่ำ และเป็นค่าลบ	ไม่มี
Paramagnetic	มีค่าต่ำ และเป็นค่าบวก	มีและมีการเรียงตัวระเกะระกะ
Ferromagnetic	มีค่าสูงมาก และเป็นค่าบวก	มีและมีการเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบในทิศทางเดียวกัน
Antiferromagnetic	มีค่าต่ำ และเป็นค่าบวก	มีและมีการเรียงในทิศทางตรงกันข้ามกัน มีขนาดเท่ากัน
Ferrimagnetic	มีค่าสูง และเป็นค่าบวก	มีและมีการเรียงตัวทิศทางตรงกันข้ามกัน มีขนาดแตกต่างกัน

ไดอะแม็กเนติก

วัตถุจำพวกไดอะแมกเนติก (diamagnetic material) เป็นวัตถุที่แสดงคุณสมบัติแม่เหล็กในเชิงด้านกับสนามแม่เหล็กภายนอก ไม่มีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรในโครงสร้างอะตอม โดยที่เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกกระทำต่ออะตอมของวัตถุ จะทำให้อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมเสียสมดุล เกิดขั้วแม่เหล็กขนาดเล็กขึ้นในอะตอมขั้วแม่เหล็กจะต้านกับสนามแม่เหล็กภายนอก ทำให้เกิดผลในเชิงลบ วัตถุจำพวกนี้มีคุณสมบัติค่าสภาพรับไว้ในเชิงแม่เหล็กของวัตถุมีค่าเป็นลบ ตัวอย่างแร่ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กประเภทนี้ได้แก่ ควอตซ์ เกลือหิน แคลไซ เป็นต้น

พาราแมกเนติก

พาราแม็กเนติก

วัตถุจำพวกพาราแมกเนติก (paramagnetic material) เป็นวัตถุที่เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอก วัตถุจะถูกเหนียวนำให้มีสภาพเป็นแม่เหล็ก นั่นคือ ในโครงสร้างอะตอมของวัตถุจำพวกนี้มีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรประกอบอยู่ แต่การเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ (ดูในรูปที่ 1) ดังนั้นเมื่อถูกเหนียวนำจึงมีการเรียงตัวของโมเมนต์แม่เหล็กไปตามสนามแม่เหล็กที่มีห้องนำ การเรียงตัวจะไม่เป็นระเบียบอย่างสมบูรณ์ และเมื่อนำสนามแม่เหล็กออกไป วัตถุนั้นก็จะไม่มีความเป็นแม่เหล็กอีกต่อไป วัตถุจำพวกนี้มีคุณสมบัติของสภาพรับไว้เชิงแม่เหล็กของวัตถุเป็นค่าบวกและมีค่าอยู่ระหว่าง ${\displaystyle 10^{-6}-10^{-2}}$ วัตถุที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กจำพวกนี้ได้แก่วัตถุทุกชนิดที่ไม่ใช่วัตถุจำพวกไดอะแมกเนติก

เฟร์โรแมกเนติก

เฟร์โรแม็กเนติก

วัตถุจำพวกเฟร์โรแมกเนติก (ferromagnetic material) เป็นวัตถุที่เมื่อถูกเหนียวนำจากสนามแม่เหล็กภายนอก จะมีสภาพแม่เหล็กและเมื่อนำสนามแม่เหล็กภายนอกออกไปจะยังคงมีสภาพความเป็นแม่เหล็กอยู่ นั่นคือ วัตถุมีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรในโครงสร้างอะตอม วัตถุจำพวกนี้มีสภาพรับไว้ได้เชิงแม่เหล็กเป็นค่าบวก และมีค่ามากกว่า 100 ขึ้นไป หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง คือเป็นวัตถุจำพวกพาราแมกเนติกที่มีค่าของสภาพรับไว้ในเชิงแม่เหล็กมากกว่า 100 ขึ้นไป แร่ที่จัดว่าเป็นจำพวกเฟร์โรแมกเนติก คือแร่ประกอบด้วยธาตุเหล็ก (Fe) โคบอลต์ (Co) นิกเกิล (Ni) กาโดไลเนียม (Gadolinium) และ ไดสพรอเซียม (Dysprosium, Dy) วัตถุจำพวกเฟร์โรแมกเนติก แบ่งย่อยได้ 3 ประเภทคือ

แอนติเฟร์โรแมกเนติก

เฟร์โรแม็กเนติกบริสุทธิ์

ประเภทเฟร์โรแมกเนติกบริสุทธิ์ (Pure ferromagnetism) วัตถุที่จัดในประเภทนี้จะมีทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กถาวรที่เรียงในโดเมนทุกๆโดเมน เรียงเป็นแนวขนานตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก (ดูในรูปที่ 2) ทำให้มีค่าสภาพรับได้เชิงแม่เหล็กสูงและมีค่าบวก ในธรรมชาติส่วนใหญ่จะพบได้เฉพาะในชาติ เหล็ก นิกเกิล และ โคบอลต์ (กาโดไลเนียม และ ไดสพรอเซียม พบน้อยมาก ไดสพรอเซียม อยู่ในสภาวะแก๊ส ส่วนกาโดไลเนียมสภาพความเป็นแม่เหล็กถูกทำลายได้อุณหภูมิห้อง เราจึงไม่นำมาพิจารณา) ถ้าหิน มีเพียงส่วนประกอบของธาตุ เหล็ก นิกเกิล หรือ โคบอลต์ ไม่จัดเป็นประเภทเฟร์โรแมกเนติกบริสุทธิ์

แอนติเฟร์โรแม็กเนติก

เฟร์ริแมกเนติก

ประเภทแอนติเฟร์โรแมกเนติก (antiferromagnetism) เป็นวัตถุที่ถึงแม้ว่าจะมีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรประกอบอยู่ในวัตถุ แต่คลิปทางการเรียงตัวของโมเมนต์แม่เหล็กถาวรภายในโดเมนแต่ละโดเมน มีการเรียนในทิศทางตรงกันข้าม และมีขนาดเท่ากัน จึงหักล้างกันหมดไป (ดูในรูปที่ 3) ทำให้มีค่า สภาพรับได้เชิงแม่เหล็กเป็นศูนย์ แร่ที่มีคุณสมบัติประเภทนี้คือ ฮ ีมาไทต์

เฟร์ริแมกเนติก

ประเภทเฟร์ริแมกเนติก (ferrimagnetism) เป็นวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กถาวรประกอบอยู่ในวัตถุ และทิศทางการเรียงตัวของโมเมนต์แม่เหล็กถาวรภายในโดเมนมีการเรียงในทิศทางตรงกันข้าม แต่มีขนาดไม่เท่ากัน (ดูในรูปที่ 4) จึงทำให้มีอำนาจแม่เหล็ก และมีค่าสภาพรับได้เชิงแม่เหล็กเป็นบวก วัตถุที่มีคุณสมบัติประเภทนี้ คือ จำพวกเฟร์ไรต์ มีสูตรทางเคมีคือ ${\displaystyle XOFe_{2}O_{3}}$3 เมื่อ X คือ Mn, Co, Ni, Cu, Mg, Zn เป็นต้น