Nam châm là gì? Tổng quan kiến thức từ A-Z

Nam châm là vật liệu hoặc vật thể có khả năng tạo ra từ trường - một trường lực vô hình có thể hút hoặc đẩy các vật liệu có tính từ như sắt, niken, cobalt. Mỗi nam châm đều có hai cực: cực Bắc (N) và cực Nam (S).

Nguyên lý cơ bản: Các cực cùng tên đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau. Đây là nguyên lý nền tảng cho mọi ứng dụng của nam châm.

Hình 1: Nam châm hình móng ngựa - thiết kế tối ưu để tập trung lực từ tại hai đầu cực

Lịch sử phát hiện nam châm

Từ "magnet" (nam châm) bắt nguồn từ Magnesia - tên một vùng đất thuộc Hy Lạp cổ đại. Tại đây, người ta phát hiện ra loại đá có khả năng hút sắt một cách tự nhiên.

Loại đá này được gọi là magnetite (đá nam châm thiên nhiên) - đây chính là nam châm đầu tiên mà con người biết đến. Từ phát hiện này, nhân loại đã phát triển vô số ứng dụng quan trọng, từ la bàn định hướng đến các công nghệ hiện đại ngày nay.

Những cột mốc quan trọng

Thời kỳ	Sự kiện
600 TCN	Người Hy Lạp phát hiện đá magnetite
Thế kỷ 11	Trung Quốc phát minh la bàn
1820	Ørsted phát hiện mối liên hệ điện - từ
1983	Nam châm NdFeB (đất hiếm) ra đời

Phân loại nam châm

Hình 2: Minh họa đường sức từ trường - lực vô hình tạo nên sức mạnh của nam châm

1. Nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu là loại nam châm giữ từ tính lâu dài mà không cần nguồn điện bên ngoài. Chúng được chia thành nhiều loại:

Loại nam châm	Đặc điểm	Ứng dụng phổ biến
Nam châm đất hiếm NdFeB	Mạnh nhất, chứa Neodymium	Motor điện, loa, ổ cứng
Nam châm Ferrite	Giá rẻ, chống ăn mòn tốt	Loa, motor nhỏ, đồ chơi
Nam châm Alnico	Chịu nhiệt cao	Cảm biến, thiết bị đo
Nam châm SmCo	Chịu nhiệt, chống ăn mòn	Hàng không, quân sự

2. Nam châm điện

Nam châm điện chỉ tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Ưu điểm lớn nhất là có thể bật/tắt từ tính theo ý muốn và điều chỉnh được cường độ từ trường.

Cấu tạo cơ bản:

Lõi sắt non
Cuộn dây đồng quấn xung quanh
Nguồn điện

Ứng dụng nổi bật: Cần cẩu từ tính nâng thép phế liệu, khóa cửa điện từ, rơ-le điện từ trong hệ thống điều khiển tự động.

3. Nam châm dẻo

Nam châm dẻo là loại nam châm linh hoạt, có thể uốn cong được. Chúng được sản xuất bằng cách trộn bột nam châm với cao su hoặc nhựa dẻo.

Ứng dụng phổ biến:

Nam châm dẻo quảng cáo
Dán tủ lạnh
Bảng từ tính
Đồ chơi giáo dục

Ứng dụng nam châm trong công nghiệp

Hình 3: Motor điện công nghiệp - ứng dụng phổ biến nhất của nam châm trong sản xuất

Lọc tạp chất kim loại

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của nam châm trong sản xuất là lọc tạp chất sắt khỏi nguyên liệu:

Thiết bị	Ứng dụng	Ngành công nghiệp
Thanh nam châm lọc sắt	Lọc bột, hạt trong ống dẫn	Thực phẩm, dược phẩm
Lưới nam châm lọc sắt	Lọc nguyên liệu rời	Nhựa, hóa chất
Thùng nam châm lọc sắt	Lọc với lưu lượng lớn	Gốm sứ, thủy tinh
Bộ lọc nam châm chất lỏng	Lọc dầu, nước, hóa chất	Dầu khí, hóa chất

Tuyển từ và phân loại

Các máy tuyển từ sử dụng nam châm để phân loại vật liệu dựa trên tính từ:

Tách kim loại khỏi rác thải tái chế
Tuyển quặng sắt trong khai thác mỏ
Loại bỏ tạp chất trong sản xuất thực phẩm

Motor và máy phát điện

Nam châm vĩnh cửu và nam châm điện là thành phần không thể thiếu trong:

Motor điện công nghiệp - Sử dụng trong hầu hết máy móc sản xuất
Máy phát điện - Chuyển đổi cơ năng thành điện năng
Động cơ xe điện (EV) - Mỗi xe cần 2-5kg nam châm đất hiếm
Tuabin gió - Một tuabin 3MW cần khoảng 600kg nam châm

Các tính chất quan trọng của nam châm

Lực hút (Gauss/Tesla)

Đơn vị đo cường độ từ trường:

Loại nam châm	Cường độ từ trường
Nam châm đất hiếm NdFeB	10,000 - 14,000 Gauss
Nam châm SmCo	8,000 - 11,000 Gauss
Nam châm Ferrite	1,000 - 4,000 Gauss
Nam châm Alnico	1,000 - 1,500 Gauss

Quy đổi: 1 Tesla = 10,000 Gauss

Nhiệt độ hoạt động

Mỗi loại nam châm có giới hạn nhiệt độ khác nhau:

Loại	Nhiệt độ tối đa
NdFeB thông thường (N)	80°C
NdFeB chịu nhiệt (H, SH, UH)	120-200°C
Ferrite	250°C
SmCo	350°C
Alnico	550°C

Khả năng chống ăn mòn

Nam châm NdFeB cần được mạ (Ni, Zn, Epoxy) để chống oxy hóa, trong khi Ferrite và SmCo có khả năng chống ăn mòn tự nhiên tốt hơn.

Lưu ý khi sử dụng nam châm

Cảnh báo an toàn: Nam châm mạnh (đặc biệt là NdFeB) có thể gây nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách.

Những điều cần lưu ý

An toàn: Nam châm mạnh có thể gây kẹp tay, hư hỏng thiết bị điện tử
Bảo quản: Tránh va đập mạnh, nhiệt độ cao
Thiết bị y tế: Giữ khoảng cách với máy tạo nhịp tim, thiết bị cấy ghép
Thẻ từ: Nam châm có thể xóa dữ liệu trên thẻ tín dụng, thẻ khóa

Cách bảo quản đúng cách

Để nam châm cách xa thiết bị điện tử ít nhất 30cm
Lưu trữ trong hộp bảo vệ có đệm chống va đập
Tránh môi trường ẩm ướt (đặc biệt với NdFeB)
Không đặt gần nguồn nhiệt

Kết luận

Nam châm là vật liệu có vai trò không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại và sản xuất công nghiệp. Từ những ứng dụng đơn giản như dán tủ lạnh đến công nghệ phức tạp như xe điện, MRI - nam châm đều đóng vai trò then chốt.

Bạn cần tư vấn về nam châm cho dự án của mình? Liên hệ với Nam Châm Hoàng Nam để được hỗ trợ chọn loại nam châm phù hợp nhất.

Xem thêm (liên quan):

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

Nam châm là gì và hoạt động như thế nào?

Nam châm là vật liệu có khả năng tạo ra từ trường - một trường lực vô hình có thể hút hoặc đẩy các vật liệu có tính từ như sắt, niken, cobalt. Mỗi nam châm có hai cực (Bắc-Nam), các cực cùng tên đẩy nhau, khác tên hút nhau.

Có những loại nam châm nào phổ biến trong công nghiệp?

Bốn loại chính: Nam châm đất hiếm NdFeB (mạnh nhất), Ferrite (rẻ, phổ biến), SmCo (chịu nhiệt cao), Alnico (ổn định). NdFeB mạnh gấp 10 lần Ferrite nhưng cần mạ phủ để chống ăn mòn.

Nam châm vĩnh cửu khác gì nam châm điện?

Nam châm vĩnh cửu giữ từ tính lâu dài không cần nguồn điện. Nam châm điện chỉ tạo từ trường khi có dòng điện chạy qua - ưu điểm là có thể bật/tắt và điều chỉnh cường độ theo ý muốn.

Gauss là gì và bao nhiêu Gauss là đủ mạnh?

Gauss là đơn vị đo cường độ từ trường (1 Tesla = 10,000 Gauss). Nam châm đất hiếm NdFeB đạt 10,000-14,000 Gauss. Ferrite chỉ đạt 1,000-4,000 Gauss. Lọc sắt thực phẩm cần tối thiểu 10,000 Gauss.

Nam châm có hết từ tính không?

Có, nhưng rất chậm (~1%/năm nếu sử dụng đúng cách). Từ tính giảm nhanh nếu vận hành quá nhiệt độ tối đa (NdFeB thường: 80°C, Ferrite: 250°C) hoặc bị va đập mạnh.

Ứng dụng quan trọng nhất của nam châm trong công nghiệp là gì?

Lọc tạp chất kim loại (thanh, lưới, thùng nam châm), tuyển từ phân loại vật liệu, motor và máy phát điện. Mỗi xe điện cần 2-5kg nam châm đất hiếm, một tuabin gió 3MW cần 600kg nam châm.

Nam châm mạnh có nguy hiểm không?

Có. Nam châm NdFeB lớn có thể gây kẹp tay, hư hỏng thiết bị điện tử, xóa dữ liệu thẻ từ. Người đeo máy tạo nhịp tim phải giữ khoảng cách. Cần bảo quản trong hộp chống va đập, xa thiết bị điện tử ít nhất 30cm.

Làm sao chọn loại nam châm phù hợp cho nhà máy?

Xác định: (1) Yêu cầu lực từ (Gauss), (2) Nhiệt độ làm việc, (3) Môi trường (ẩm, ăn mòn?), (4) Ngân sách. NdFeB cho lực mạnh, Ferrite cho chi phí thấp, SmCo cho nhiệt độ >200°C. Liên hệ tư vấn kỹ thuật để được hỗ trợ.