Mỗi cục nam châm đều có 2 mặt hoặc 2 đầu gọi là cực nam và cực bắc. Gọi như vậy là vì nếu bạn treo cục nam châm trên một sợi chỉ thì cực nam của nó sẽ hướng về phương Bắc. Hiện tượng đó xảy ra là do lõi của Trái Đất là một khối nam châm lớn và yếu. Cục nam châm nhỏ của bạn bị lõi của Trái Đất hút nên nó chỉ về phương Bắc. Đó là qui tắc nam châm quay về hướng nào.
Không phải lúc nào nam châm cũng dính vào nhau
Nếu bạn giữ 2 cục nam châm quay nhầm hướng vào nhau thì chúng sẽ đẩy nhau, nói cách khác là nếu bạn giữ hai cục nam châm quay cùng cực Nam hoặc cùng cực Bắc vào nhau thì chúng sẽ đẩy nhau ra. Hãy thử mà xem! Bạn sẽ cảm thấy như 2 cục nam châm được bọc bằng lớp đệm cao su trong suốt không cho chúng đến gần nhau. Lớp đệm vô hình đó được gọi là từ trường.
Cùng dấu thì đẩy nhau: Chúng ta có thể dùng các mũi tên cong (gọi là các đường lực trường) để vẽ hình dạng của từ trường xung quanh nam châm. Các mũi tên luôn luôn bắt đầu từ cực Bắc của nam châm và chỉ về hướng cực Nam. Khi cùng một cực hướng về nhau, các mũi tên từ hai nam châm chỉ về hai hướng ngược nhau và các đường lực trường không thể gặp nhau. Vì thế hai cục nam châm sẽ đẩy nhau.
Chỉ khi nào bạn để hai cục nam châm gần nhau và 1 cục thì cực Nam và cục kia cực Bắc hướng về nhau thì chúng mới hút nhau. Bây giờ thì bạn sẽ thấy từ trường giống như sợi dây chun kéo chúng lại với nhau.
Trái dấu thì hút nhau: Khi một cực Bắc hướng về một cực Nam thì các mũi tên chỉ về cùng một hướng, vì thế các đường lực trường có thể gặp nhau và hai cục nam châm hút nhau.
Vậy tại sao nam châm lại hút hoặc đẩy nhau?
Chắc hẳn bạn đã nghe nói về năng lượng. Phải có năng lượng thì mới có chuyển động.
Một chiếc xe máy hay ô tô đang đứng im sẽ chỉ đi được khi nổ máy, nổ máy chính là động tác để đốt xăng chứa trong xe. Xăng chứa năng lượng và năng lượng này được giải phóng khi xăng cháy. Khi năng lượng trong xăng được giải phóng, một phần sẽ biến thành năng lượng chuyển động. Các nhà khoa học gọi năng lượng cất trong xăng chưa đốt là “thế năng” và năng lượng gây ra chuyển động sau khi xăng cháy là “động năng”.
Khi bạn bắt đầu chạy, năng lượng cất trong thức ăn được giải phóng và một phần biến đổi thành năng lượng gây chuyển động chạy của bạn.
Vậy với nam châm thì sao? Từ trường xung quanh nam châm chứa “thế năng”, và có một cách để biến đổi thế năng đó, chính là cách bạn đặt 2 cục nam châm quay đầu nào vào nhau thì sẽ dẫn đến cách chúng chuyển động.
Qui tắc cần nhớ
Tất cả mọi vật trong vũ trụ này đều tuân theo một qui tắc. (Vì sao tất cả lại tuân theo một qui tắc thì lại là câu hỏi khác, mà rất khó giải thích nếu chúng ta chưa có những kiến thức toán học phức tạp).
2 cục nam châm sẽ bị đẩy theo hướng làm giảm năng lượng tích trữ.
Qui tắc đó là: ở đâu có năng lượng tích trữ trong một vật (và vật đó không bị buộc chặt hay mắc kẹt ở một nơi cố định), thì vật đó sẽ bị đẩy về phía mà ở đó năng lượng tích trữ của nó tiêu hao. Năng lượng tích trữ này sẽ giảm và được thay thế bằng năng lượng chuyển động.
Vì vậy, nếu 2 cục nam châm quay khác cực vào nhau (cực Bắc của cục này quay về cực Nam của cục kia) thì chúng sẽ tiến đến gần nhau và làm giảm năng lượng tích trữ trong từ trường. Chúng sẽ bị hút vào nhau, hay còn gọi là sự hấp dẫn.
Nếu 2 cục nam châm cùng quay cực Nam vào nhau hoặc cùng quay cực Bắc vào nhau thì năng lượng tích trữ sẽ giảm xuống khi chúng rời xa nhau hơn.
Do vậy mà qui tắc này nói rằng 2 cục nam châm sẽ bị đẩy theo hướng làm giảm năng lượng tích trữ.
Qui tắc này cũng nói rằng khi thả các vật bị hút về phía Trái Đất và rơi xuống thì đó không phải là do từ tính, mà đó là do trọng lực. Trái Đất cũng được bao bọc bởi một trọng trường có chứa năng lượng tích trữ.
Không giống như từ tính, trọng lực không bao giờ đẩy bởi vì trọng lực chỉ có một chiều. Trọng lực không có cực Bắc hay cực Nam gì cả.
Bạn có thể lấy năng lượng tích trữ trong từ trường mãi không?
Không.
Khi hai cục nam châm đã dính vào nhau, bạn cần trả lại một phần “thế năng” lại cho trường bằng cách kéo hai cục nam châm ra khỏi nhau. Bạn không thể lấy năng lượng mà không trả lại gì.
Năng lượng cần có để kéo hai cục nam châm ra xa nhau là năng lượng của bạn, và bạn có năng lượng là nhờ thức ăn. Rau quả, thịt cá bạn ăn lại lấy năng lượng từ các loại cây và con khác, hoặc lấy từ Mặt Trời. Tất cả năng lượng đều phải lấy từ đâu đó.