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

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

ในการทดลองวิทยาศาสตร์หาขั้วแม่เหล็ก ในบริเวณรอบ ๆ ที่ทำการทดลองนั้น จะต้องไม่มีแม่เหล็กแบบอื่น เข็มทิศ และสิ่งของที่เป็นเหล็กอยู่ใกล้ ๆ เพราะไม่งั้นแม่เหล็กของเราจะหันไปทางทิศที่มีแม่เหล็กอื่น แทนการหันไปทางทิศเหนือและทิศใต้ค่ะ

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

เราสามารถทำการทดลองวิทยาศาสตร์ให้เด็ก ๆ เห็นทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กของจริงได้ง่าย ๆ ด้วยการวางกระดาษ A4 บนแท่งแม่เหล็กแล้วโรยผงแม่เหล็กลงบนกระดาษ เราก็จะเห็นผงเหล็กเรียงตัวตามแรงสนามแม่เหล็กแล้วค่ะ

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