Magnetizma Mıknatıslar ve Kullanım Alanları

Magnetizma, Mıknatıslanmış maddelere ilişkin özelliklerin tümü; mıknatıslanmış maddenin, mıknatısların özelliklerini inceleyen fizik dalı.

Mıknatıslar

Magnetik oksit denen bir demir oksi­di (Fe ₃0₄ ) içeren bazı minerallerin, demir tozunu çekme özellikleri vardır ve doğal mıknatıslar adını alırlar. Mıknatıslanmaları çok zayıftır, bu ne­denle uygulama açısından kullanışlı değildirler. Yapay mıknatıslar’sa ge­nellikle sert çelik ya da ferrittendirler. Çeşitli biçimler verilebildiği gibi mıknatıslanmaları da çok yüksek ola­bilir.

Uzun süre, bir mıknatısın kutupları­nın, kuzey kutup için pozitif, güney ku­tup için negatif, ama aynı bir mıkna­tısın kutupları için aynı mutlak değer­de olmak üzere, belirli bir miktar magnetizmaya (kutbun magnetik kütlesi) sahip oldukları düşünüldü. Bu kuram bir kutbun magnetik kütlesini ayırma olanağı bulunmadığından deneyle doğrulanmadı.Bir mıknatıs kırıldığın­da, her biri iki kutuplu mıknatıslar olan birçok parça elde edilir. Magnetik kütle kavramı, magnetizmanın gelişmesinde çok yararlı oldu, ama bu kavram gerçek bir fiziksel bü­yüklüğe değil, düşsel bir büyüklüğe denk düşmektedir. Elektromagnetizma, her magnetizmanın bir elektrik­sel yük yerdeğişiminden (atom içinde­ki elektronların yerdeğişimi, elektron­ların kendi çevresindeki dönüşü) doğ­duğunun düşünülmesine neden oldu.

Magnetik Alanlar

Bir mıknatısı çevreleyen uzayın için­de, eksene takılı mıknatıslı bir iğnenin belirli bir yönelim aldığı görülür: Mag­netik etkilerin ortaya çıktığı bu uzay parçasına magnetik alan adı verilir.Bu alanın içinde, bir cam levha ya da bir kartona (magnetik alam bozma­yan cisimler) demir tozu serpilirse, toz taneciklerinin, indükleme çizgileri adı verilen çizgileri somutlaştırdıkları gö­rülür (Çiz. 1). Bunların bütünü magne­tik bir tayf oluşturur. Levha üstüne mıknatıslı küçük iğneler konacak olur­sa, bu küçük iğnelerin sürekli olarak indükleme çizgilerine teğet durumda yer aldıkları saptanır.

Bir magnetik alanı belirlemek için, her noktada bir mıknatısın kuzey kut­buna etki yapan kuvvetle doğrudan orantılı fiziksel bir büyüklük tanımlan­mıştır; kuşkusuz bu kutbun dikkate alman noktada bulunması söz konusu­dur. Magnetik indükleme denen bu büyüklük vektörel bir büyüklüktür; ya­ni, eksiksiz tanımı, dört özellik (doğrul­tu, yön, modül ve uygulama noktası) gerektirir (Bkz. ELEKTROMAGNETİZMA). Bir P noktasında, B indükle­mesinin doğrultusu ve yönü, bu nok­taya yerleştirilen ve yönelimi serbest olan mıknatıslı bir iğnenin güney- kuzey ekseninin doğrultusu ve yönüy­le karışır. B’nin modülü (ya da şidde­ti), elektromagnetizma yasalarına da­yanılarak tanımlanır; uluslararası sis­temdeki indükleme birimi tesla (sim­ge: T), C.G.S. sistemindekiyse gauss’ tur (1 G = 0,0001 T). Bu şiddetin ölçül­mesi, bir teslametre yardımıyla yapı­labilir. Vektörel niteliğinden ötürü, in­düklemenin çizimlerde bir B vektörüy­le (indükleme vektörü) gösterildiğini belirtmek gerekir. Elde edilebilen in­düklemeler konusunda bir kamya var­mak için, çok büyük elektromıknatıs­ların demirleri arasındaki indükleme­nin 1 teslayı geçmediği bilinmelidir. Bir mıknatıs kutbunun yakınındaki indüklemeyse çok daha zayıftır (birkaç militesla).

Magnetik Uyarma

Bir noktadaki indükleme, yalnızca magnetik alam oluşturan cisme değil, bu noktayı çevreleyen ortama da bağ­lıdır. Ayrıca, ferromagnetik ya da ferrimagnetik ortamlardaki indükleme, bir başka ortam ya da boşluktakinden daha büyüktür. Bu durum, magnetik uyarma (bazen magnetik alan da de­nir) adı verilen, ortamdan bağımsız başka bir H vektörel büyüklüğünün ta­nımlanmasına neden olmuştur. Bu bü­yüklük, B indüklemesinin, ortamın fonksiyonu olan bir n sabitine bölü­müne eşittir; bu sabit (mutlak magnetik geçirgenlik), boşlukta

4* 10 ^ /m’ye, başka bir ortamda, metrede 4. jt .10 ⁷ ^ henry’ye eşit­tir; m. , ortama göre yaklaşık 1 ile 2 000 arasında bulunan bir sayıdır ve bağıl geçirgenlik adını alır. Belirli bir H uyarıcı alanı için B indüklemesi, or­tamın (i, geçirgenliğiyle artar.

Yer’in Magnetik Alanı

Yer’in yakınına yerleştirilen ve birbi­rine dik iki eksenin çevresinde döne­bilen mıknatıslı küçük bir iğne, her za­man, göz önüne alman noktadaki ye­rel indüklemenin doğrul tuşunda belir­li bir yönelim alır. Konuma bağlı olan bu indüklemeyi tanımlamak için, iki açıdan yararlanılır: D sapma açısı ve İ eğim açısı (Bkz. JEOMAGNETİZMA). Yer’e ilişkin indüklemenin şiddeti, or­tama göre değişir.

Magnetik Akı

Bir S yüzeyindeki magnetik indükleme akışı, kullanımı, indüklemeninkinden daha kolay görünen skaler (yani ce­birsel bir sayıyla belirlenen) bir büyüklüktür. B magnetik indükleme vek­törü, göz önüne alınan S yüzeyine dik ve bu yüzeyin her noktasında aynı B modülüne sahip olduğu zaman, $ akı­şı BS çarpımına eşittir (B.S yüzeyine dik olmayıp, bu yüzeyin N normaliyle bir o açısı yapıyorsa [Çiz. 2], <j> akışı BS cos o ’ya eşit olur). Bu durumda B tesla, S metrekare ve <ı> weber (simge: Wb) olarak gösterilir. Maxwell (Mx) ise C.G.S. sistemindeki magnetik akı birimidir: 1 Mx = 10~⁸ Wb.

İndüklenmiş Mıknatıs Ve Mıknatıslanmamış Cisimlerin Sınıflandırılması

Hemen herkes, bir iğneyi, daha genel olarak da, demir ya da çe­likten yapılmış küçük cisimleri çek­mek için bir mıknatıs kullanmıştır. Mıknatısın oluşturduğu çekim, mıkna­tısın magnetik alanı içine konan her cismin belirli bir mıknatıslanma ka­zandığını ortaya koyar. Sivri bir uç söz konusu olduğunda, mıknatısın ku­zey kutbu karşısındaki bölüm bir gü­ney kutup olur ve karşıt kutuplar ara­sında çekim meydana gelir. Mıknatı­sın alanına, indükleyici alan adı veri­lir. Sivri ucun mıknatıslanmasınaysa indüklenmiş mıknatıslanma denir. De­mir ve çelik söz konusu olduğunda çok yüksek olan bu mıknatıslanma, mad­deden maddeye değişir. Bu yüzden ci­simler magnetik özellikleriyle ilgili olarak beş kategoriye ayrılırlar: FERROMAGNETİK CİSİMLER (ana maddesi demir, kobalt, nikel ya da bunların oksitleri [sözgelimi Fe₃0₄ magnetik oksit] olan cisimler) bir mag­netik alan içinde kuvvetle mıknatısla­narak, kendilerini mıknatıslayan ci­simler tarafından çekilirler. PARAMAGNETİK CİSİMLER (sözge­limi, alüminyum, krom, oksijen, platin) çok zayıf olarak mıknatıslanırlar ve indükleyici alanı oluşturan cisimler tarafından çekilirler.

DİAMAGNETİK CİSİMLER (gümüş, bakır, kurşun, altın ve oksijen dışın­daki ametaller), öncekiler gibi az mık­natıslanırlar, ancak kendilerini mıknatıslayan cisimler tarafından itilir­ler.

Antiferromagnetik Cisimler

(krom, MnF2 magnezyum flüorür, CoF₂ kobalt flüorür, FeO demir II ok­sit, MnS manganez sülfür) çok zayıf bir mıknatıslanma gösterirler, ama kendilerini mıknatıslayan cisimler ta­rafından çekilirler. FERRİMAGNETİK CİSİMLER (özellik­le ferritler: Bunlar demir oksitlerle bakır, manganez, çinko, nikel ya da kobalt gibi iki değerlikli bir başka me­tal karışımıdır; genel kimyasal formül­leri, Me iki değerlikli metali göster­mek üzere, Me Fe₂ 0« biçimindedir), ferromagnetik cisimlere benzer dav­ranışlar gösterirler. Bununla birlikte, atomik çapta, daha çok antiferromagnetik cisimlere benzerler. Yalnızca ferromagnetik cisimlerle ferrimagnetik cisimler magnetik özellikleri yö­nünden kullanılırlar, çünkü bunlar kuvvetle mıknatıslaştırılabildikleri gi­bi (yalnız bunlar büyük bir geçirgen­lik gösterirler), aralarından birçoğu da bu durumda kalabilirler; bu olay magnetik histerezis diye adlandırılır.

Kullanım Alanları

Yukarda sözünü ettiğimiz bu cisimler değişik alanlarda kullanılırlar: Pusu­lalar; gemi pusulaları (kompas); kapı kapama düzenekleri; kaldırma aygıt­ları; magnetik ayırıcılar; maden ya­taklarının araştırılması; magnetometreler (magnetik bir alanın ya da bir momentin ölçülmesini sağlayan aygıt­lar); elektrik motorları ve elektromagnetik üreteçler; ivmeölçerler (hareket­lerin ivmesinin ölçülmesine yarayan aygıtlar); teypler ve videolar; magnetroniar (çok yüksek frekanslı elektrik titreşimlerinin oluşturulmasında kul­lanılan, içinde elektronların çok güç­lü bir magnetik alan yardımıyla yol­larını değiştirdikleri vakumlu elektro­nik tüpler); betatron ya da siklotron gibi tanecik hızlandırıcıları.