Viên nam châm bé bằng viên kẹo dính vào cánh cửa sắt chặt tới mức bạn phải lựa mép mà lẩy nó ra. Kẹp một tấm danh thiếp vào giữa: vẫn dính, nhưng lỏng thấy rõ. Cả hai cảm giác đều đúng, và khoảng cách giữa chúng là ba phần mười milimét:
Lực không nằm trong nam châm, nó nằm trong khe hở
Chỗ nam châm bám vào thép, thứ đang kéo hai vật lại không phải “chất nam châm” nào cả — đó là áp suất của từ trường trong khe:
F = B² · A / (2µ₀)B là từ trường trong khe, A là diện tích mặt cực. Chỉ có thế, và hãy nhìn kỹ số mũ: từ trường tụt một nửa thì lực tụt bốn lần.
B lại bị chặn trên bởi từ dư của vật liệu. Neodymium loại N42 có Br = 1,32 T, nên áp suất hút không bao giờ vượt Br²/2µ₀ = 693 kPa, tức 7,07 kg trên mỗi centimét vuông mặt cực. Viên trong demo là trụ Ø10 × 10 mm, mặt cực 0,785 cm²: kịch trần là 5,55 kg. Nó đạt 4,67 kg — 84% trần.
Lên gần trần được như thế là nhờ một chi tiết dễ bỏ sót: một nửa từ trường trong khe do chính tấm thép sinh ra. Thép dẫn từ tốt gấp hàng nghìn lần không khí, nên với nam châm nó là tấm gương — bên kia mặt phân cách hiện lên một “nam châm ảnh” hút ngược lại, và 1,18 T trong khe là tổng của hai nguồn. Thép chỉ đóng vai ấy chừng nào còn từ tính: nung qua điểm Curie, nó thành một miếng nhôm.
Tờ giấy ăn mất 12%, một milimét ăn mất quá nửa
Kéo thanh trượt khe hở và đọc dọc xuống. Một tờ giấy in 0,1 mm — thứ đầu ngón tay bạn không cảm thấy — lấy đi 12% lực, còn 4,09 kg. Tấm danh thiếp 0,3 mm: còn 3,40 kg. Ở 0,8 mm lực rụng đúng một nửa. Chiếc ốp lưng điện thoại 1,5 mm chỉ để lại một phần ba: 1,50 kg. Khe 5 mm: 275 gam. Và ở 1 cm: 53 gam — bằng 1/88 lúc chạm sát.
Sự tàn nhẫn ấy là hai phép nhân chồng nhau: rời mặt thép, từ thông loe ngay ra hai bên nên phần xuyên đúng vào mặt cực rụng rất nhanh — rồi số mũ 2 nhân đôi mức thiệt hại. Miếng đệm cao su chống xước bán kèm giá đỡ điện thoại nam châm dày 1 mm, và nó lấy đi hơn một nửa lực giữ; chiếc ốp nhựa lấy nốt phần lớn chỗ còn lại. Còn miếng nam châm dẻo in hình trên tủ lạnh tắt dữ hơn nữa — mất nửa lực chỉ sau 0,22 mm, vì các sọc cực xen kẽ bên trong triệt tiêu nhau ngay khi vừa rời mặt thép.
Muốn khoẻ ở xa thì phải bè ra, không phải dày lên
Lấy viên Ø10 × 10 mm và dày gấp đôi thành Ø10 × 20 mm: lực chạm sát chỉ nhích từ 4,67 lên 5,28 kg — thêm 13% cho gấp đôi vật liệu, vì B trong khe đã ở 89% của Br rồi, mà Br là trần tuyệt đối. Bây giờ rộng gấp đôi thay vì dày gấp đôi — Ø20 × 10 mm: chạm sát lên 13,97 kg, gấp ba; còn ở khe 1 cm, viên bé giữ 53 gam mà viên to giữ 581 gam, gấp mười một lần. Bán kính không chỉ nhân diện tích lên bốn, nó còn là chiều dài đặc trưng của sự loe từ thông: khe làm mất nửa lực dịch từ 0,80 mm lên 1,32 mm. Muốn hút xuyên qua một lớp vỏ dày, người ta không đặt nam châm dài hơn — người ta đặt nam châm to ngang hơn.
Trường hợp biên: cánh cửa tủ lạnh quá mỏng để chở hết từ thông
Mọi con số trên đều giả định tấm thép dày vô hạn, tha hồ nhận từ thông. Cửa tủ lạnh thì không. Viên Ø10 × 10 mm đẩy vào mặt thép chừng 93 µWb; đến mép nam châm, chỗ từ thông phải chảy ngang ra trong lớp tôn, tiết diện chỉ còn vành 2πR × 0,5 mm = 15,7 mm² — muốn tải hết, tôn phải mang 5,9 T. Thép bão hoà ở 1,5–2 T, nên cửa tủ chở nổi chừng một phần ba, phần dư tràn ra ngoài và lực thực thấp hơn hẳn công thức; phải dày 2 mm mới đủ. Vì thế mẹo cũ vẫn đúng: úp thêm một miếng thép dày sau lưng chỗ dán, nam châm khoẻ lên thấy rõ.
Đi về phía kia thì công thức không sai, nó biến mất. Đặt nam châm lên nhôm hay lên inox 304 của bồn rửa — mặt kim loại sáng loáng y hệt thép, độ từ thẩm bằng đúng không khí, không có nam châm ảnh, lực bằng 0 ở mọi khe hở. Trừ đúng một khoảnh khắc: lúc bạn cho nó trượt. Từ thông quét qua tấm kim loại sinh ra dòng điện xoáy chống lại chính chuyển động ấy — lực cản tỉ lệ với tốc độ, không phải với khoảng cách. Thả viên nam châm dọc một ống nhôm, nó rơi chậm như trong mật ong, dù ống nhôm chẳng hút nó lấy một gam.