Giải mã hiện tượng nam châm không hút thép không gỉ ?

Nhìn chung, thép không gỉ chứa chứa lượng crôm đáng kể thêm vào sắt nâng cao tính chống ăn mòn. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, một số loại thép cũng có lượng nicken thêm vào đa dạng hoặc thêm kim loại khác như măngan hay môlýpđen. Lượng hợp chất khác nhau tạo nên tính chất khác nhau như tính cứng, ứng suất bền, tính uốn.

Thép không gỉ 18/8 thường thấy ở dao kéo muỗng thìa có 18% crôm và 8% nicken thêm vào sắt và không có từ tính ở nhiệt độ phòng. Một loại thép không gỉ nào đó có từ tính hay không khi nằm trong từ trường phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của nó, và cấu trúc đó thay đổi tùy theo những thành phần kim loại thêm vào sắt và đôi khi còn phụ thuộc vào nhiệt độ phòng.

Loại thép không gỉ là sắt từ, cấu trúc cho phép các vùng từ tính nhỏ xíu bên trong gọi là các “domain” sắp xếp phân cực khi nằm trong vùng từ trường. Ở loại austenit, điều này lại không xảy ra. Điểm khác nhau cơ bản là sự sắp xếp eletron điện từ ở bên trong lõi của các ion sắt. Nam châm còn được gọi là đá nâm châm. Dùng nam châm có thể hút các vật làm bằng sắt như đinh sắt, kim kẹp giấy… Tại sao nam châm lại có thể hút sắt?

>>> Xem thêm:  Động cơ đốt trong và những cải tiến mang tính lịch sử

Đa số vật chất đều do các phân tử cấu tạo thành, phân tử do các nguyên tử tạo nên, nguyên tử lại do các nhân nguyên tử và các hạt điện cấu tạo thành. Các hạt điện liên tục vận động trong nguyên tử và xoay chuyển xung quanh hạt nhân nguyên tử, hai loại vận động này sẽ sinh ra từ tính. Nhưng, trong đa số các vật chất, phương thức vận động của các hạt điện là hoàn toàn khác nhau và rất hỗn loạn, điều này làm cho hiệu ứng từ bên trong các vật chất tự triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, trong trường hợp bình thường, các vật chất đều không có từ tính.

Còn nam châm lại khác. Nam châm thường được làm từ các nguyên liệu sắt từ như sắt, coban, nikken hoặc sắt oxit… Từ tính của nam châm chủ yếu bắt nguồn từ sự vận động của các hạt điện. trong chất sắt từ, các hạt điện tử có thể tự chuyển động và sắp xếp một cách tự phát trong phạm vi nhỏ, tức là trong phạm vi nguyên tử nhỏ bé, các hạt điện tử có thể duy trì phương hướng tự vận động giống nhau và hình thành nên một vùng từ tự phát nhỏ. Vùng từ tự phát này gọi là loại từ. Loại từ có độ lớn nhỏ khác nhau, mỗi loại từ chiếm khoảng 10-9 cm khối và chứa khoảng 1015 nguyên tử. Do phương hướng từ tính của các hạt điện tử trong một loại từ là giống nhau nên các từ tính tăng cường lẫn nhau. Một loại từ tương đương với một nam châm nhỏ, thể nam châm chính là do một số lượng lớn các nam châm nhỏ như vậy tạo thành.

Trước khi nhiễm từ, phương hướng từ tính của các loại từ bên trong nam châm là khác nhau, chúng hướng về mọi phía, kết quả là các từ trường có phương khác nhau sẽ triệt tiêu lẫn nhau và không thể hiện từ tính ra bên ngoài. Tuy nhiên, khi đã được tăng thêm từ trường bên ngoài vào, chúng sẽ lần lượt sắp xếp men theo hướng từ trường, được gọi là nam châm nhiễm điện và trở thành một miếng nam châm. Các hạt điện trong các chất không phải là sắt như đồng, nhôm, chì… mặc dù đã tăng từ trường bên ngoài, nhưng chúng vẫn không chịu sắp xếp theo trật tự mà vận động một cách hỗn loạn, vì vậy những vật chất này không bị nhiễm từ và cũng không có từ tính.

Nam châm có thể hút sắt chính là do nam châm có từ tính. Khi gần miếng sắt, từ trường của nam châm sẽ làm cho miếng sắt bị nhiễm từ, giữa nam châm và miếng sắt có cực từ khác nhau nên sẽ tạo ra lực hút, miếng sắt sẽ dính chặt vào miếng nam châm. Còn các kim loại khác như đồng, nhôm, chì… lại không bị từ trường của nam châm làm cho nhiễm từ và không sinh ra từ tính, vì vậy, nam châm không thể hút được những kim loại này.

Nam châm vĩnh cửu mà chúng ta thường thấy có hai loại: nam châm nhân tạo và nam châm tự nhiên. Nam châm nhân tạo là do con người để một số nguyên liệu từ tính vào trong từ trường nhằm làm cho nó bị nhiễm từ, sao cho khi từ trường ở môi trường bên ngoài phân tán dần đi, các hạt điện trong nguyên liệu sắt từ tính vẫn được giữ nguyên, sắp xếp có trật tự, nhờ đó sẽ xuất hiện một từ tính bên ngoài rất mạnh. Còn nam châm tự nhiên là một loại quặng sắt trong tự nhiên, nó có từ tính vĩnh cửu dưới sự nhiễm từ của từ trường trái đất.