Manyetizma (mıknatıslanma) nedir…? (What is magnetism…?)

 8-electromagnetism

 

Manyetizma  bazı  metallerin  birbirini  çekme  özelliği… Buna,  kısaca,  “mıknatıslanma”  deniyor… Mıknatıslanma doğal bir (mineral  özelliği) olabildiği gibi, bu  özellik sonradan  da  kazanılabiliyor… Demir, nikel,  kobalt,..  doğal  mıknatıslar…   Yapay  olarak  mıknatıslanabilen   metaller  ise ”elektromıknatıslar”… Yani, elektrikle mıknatıslananlar… Doğal  olarak  mıknatıs  özelliği  göstermeyen (veya  mıknatıslanamayan)  bazı  metaller, elektrik  alanına  maruz  bırakıldığında, mıknatıs  özelliği gösterebiliyor…

Bilim  insanlarına  göre, bir  cismin  mıknatıslanma  özelliği manyetik  alan  veya   elementer  parçacığın (elementery  particle) “manyetik  momenti” (magnetic  moment) sayesinde  oluşur… Bir  manyetik  alan başka elektrik  akımına  veya manyetik  momente  yol  açabilir…

Her  malzeme  manyetik  alandan  belirli  oranda  etkilenebilir… Manyetik  alan, ferromanyetizm  denilen  olayla,  bazı  metallerde manyetik  momente  sebep  olur. Kalıcı  mıknatıslar  bu  şekilde  ortaya  çıkar…

Araştırmacılara göre, malzemenin  çoğu kalıcı  manyetik momente  sahip  değil… Bazı maddeler  manyetik  alan  tarafından  çekilirken (paramagnetism) , başka  bir  kısmı  ise itilir (diamagnetism)…

Bakır  ve    alüminyum  gibi  metallerle, cam  ve  plastik  gibi  malzemeler manyetik  alandan  çok  az  etkilendiğinden “mıknatıslanmayan” (non-magnetic)  olarak  bilinmekte…  Saf  oksijen, sıvı  durumuna  soğutulduğunda manyetik  özellik  gösterir… Su  dahi  manyetik  alandan  etkilenen  maddelerden  biri…!

Kophenag  Üniversitesi  profesörlerinden   Hans  Christian Ørsted’in (1891)  elektrik  akımının  pusula  iğnesini  saptırdığını  (tesadüfen) keşfeden   kişi  olduğu  bilinir…

André-Marie Ampère  (1820) bir  bobinden  geçen  elektrik  akımının  manyetik  alana  yol  açtığını  keşfetti…  Bir  telden  geçen  elektrik  akımının  yol  açtığı  manyetik  alanı  üzerine  Carl Friedrich Gauss  önemli  araştırmalar  yaptı… Jean-Baptiste Biot  ve   Félix Savart (1820) bu  alanın  hesaplanma yöntemini birlikte  ortaya  koydu…  Michael  Faraday, 1831’de, bir  bobin  üzerinde   zamanla-değişen  manyetik  akının voltaj  ürettiğini  belirledi…

James Clerk Maxwell elektrik,  manyetizm  ve  optiği  birleştiren  “elektromanyetizm”in formülünü  ortaya  koydu…  Einistein, 1905’te, bu denklemleri özel  görecelik teorisinde (special  relativity)  kullandı…

Elektromanyetizm   konusu   21.  Yüzyılda  da   gelişmeye  devam  etti… “Kuantum  Elektrodinamik” (Quantum  Electrodynamics)   elektromanyetizmi  kullanan  teorilerden  biridir…

Manyetik  moment, elektronların  yanında,  atom  çekirdekleri  için  de sözkonusu…Bilim  insanlarına  göre, atom  çekirdeğinin manyetik  momenti  elektronun  manyetik  momentinden  çok  daha  küçük…  Bu  sebeple,  malzemenin  manyetikleştirilmesinde “ihmal  edilebilir”  kabul  edilir… (Ancak, çekirdek  manyetik  momentinin  önem  kazandığı manyetik  rezonansla  görüntüleme  (NMR/MRI) sahaları  da  mevcut…)

Bilim  insanlarına göre, bir  malzemenin  atomlarında çok  yüksek  sayıdaki  elektro manyetik  momentleri yörüngesel ve  içkin (orbital, intrinsic) birbirini  elimine  edecek  şekilde düzenlenmiştir… Bu  durum, Pauli  “dışlama”  (exlusion)  prensibi  sebebiyle,  elektronların farklı  içkin (intrinsic)  manyetik  momentli  çiftler olarak  birleşmelerinden veya sıfır  net  yörüngesel  hareketli alt-kabukları (subshell)  doldurmalarındandır…  

Her  iki  durumda  da, elektronlar birbirinin  manyetik  momentini elimine  edecek  şekilde düzenlenirler… Bazı  durumlarda, elektron  eksikliği  sebebiyle, manyetik  moment  dengesizliğini,  manyetik  momenti  farklı  yöne  doğru  olan  başka  elektronlar  doldurabilir  ki, bu  durumda söz  konusu  malzeme  manyetik  olmayacaktır…

 Uygulanan  dış  manyetik  alan malzeme  içindeki  elektronların  manyetik  momentlerinin hizalanmasını  sağlar…Bu  durumda  sözkonusu  malzeme  kuvvetli  bir mıknatıslanma  özelliği  gösterir…

Bir  malzemenin  manyetik  davranışı özellikle onun  elektron  konfigürasyonuna  bağlıdır…

Bir  malzeme  manyetik  alana  konulduğunda, çekirdeğin  etrafında  dolanan  elektronlar çekirdek  tarafından  uygulanan “Coulomb  Kuvveti”ne  ilave  olarak, manyetik  alan  tarafından “Lorentz  Kuvveti”ne  de  maruz  kalır…  Elektronun dolandığı  yöne  de  bağlı  olarak, bu  kuvvet  elektron  üzerindeki  “merkezcil” (centripetal)  kuvveti  de  artırır  ve  onu  çekirdeğe  doğru  çeker  veya  tersi  gerçekleşir… Bu  etki  manyetik  alanın  zıt  yönünde hizalanan manyetik  momentleri sistematik  olarak  artırırken, (Lorenz  Kanununa  göre) manyetik  alana  paralel  olanları  azaltır…Bu  durum,  manyetik  alana  zıt  yönde,  küçük manyetik  momente (bulk  moment)   sebep  olur…

“Paramanyetik” (paramagnetic) malzemelerde, atomik  veya  moleküler yörüngelerinde bir  elektron  mevcut  olan,  “çiftine  ayrılmamış” (unpaired) elektronlar  mevcuttur… Tekil  elektronun manyetik  momenti herhangi  bir  yöne  doğru  olabilir…Dışarıdan  bir  manyetik  alan  uygulandığında, bu  manyetik  momentler uygulanan  alanla  hizalanacak  şekilde konumlanarak onu  güçlendirir…

Bir  demir esaslı  mıknatısta (ferromagnet)  tekil  elektron  mevcuttur… Ancak, elektronların uygulanan  manyetik  alanla  paralel  konuma  gelmeye  meyilli “intrinsic”  manyetik  mometlerine  ilave  olarak, bu  malzemelerde bu  momentin daha  düşük  enerji  seviyesini  sürdürmek  için, birbirine  paralel  konuma  gelme eğilimi  de  mevcuttur…Bu  sebeple, uygulanmış  bir  manyetik  alanın  mevcut  olmadığı  durumda  bile, malzeme  içindeki  elektronların  manyetik  momenti   tesadüfi  olarak (spontaneously) birbirine  paralel  konuma  gelebilir…

Her  bir  ferromanyetik  malzemenin bu  özelliğini  kaybettiği  bir sıcaklık  sınırı (Curie  Temperature/ Curie  Point)  mevcuttur… Ferromanyetizm  özelliği  demir, nikel, kobalt, bunların  alaşımları  ve  bazı  nadir  metallerde  mevcuttur…

Ferromanyetik  bir  maddedeki atomların manyetik  momentleri bunların çok  küçük sürekli  mıknatıslar  gibi  davranmalarına  yol  açar… Bir  araya  gelerek, kendilerini  “manyetik  domain”ler  veya   “Weiss domainleri”  adı  verilen,  üniform  şekilde  hizalanmış,  küçük  bölgeler  oluştururlar…Bu  bölgeler manyetik  güç  mikroskoplarıyla  gözlenebilir…

Manyetik  alana  maruz  kaldığında, bu  “domain”ler  manyetik  alana  uygun  şekilde  konumlanır…Manyetik  alan  kaldırıldığında, “domain”ler mıknatıslanma  öncesi  konumlarına dönmeyebilirler… Ferromanyetik malzemenin sürekli (kalıcı)  mıknatıslanması  bu  şekilde  oluşur…

Einistein’in  “özel  görecelik  kuramı”nın bir  sonucu  olarak, elektrik  ve manyetizm ilişkili  özelliklerdir… İçinde  elektriğin mevcut  olmadığı  bir  manyetizma  veya manyetizmanın  mevcut  olmadığı  bir  elektrik, “boy  kısalması” (length  contraction),  zaman  yavaşlaması (time  dilation) ve  manyetik  kuvvetin hıza-bağımlı  olması  sebebiyle, “özel  görecelik  kuramı”  ile  uyumlu  olamaz…  Kısaca, elektromanyetizma,  uzay  ve  zaman  ilişkisinde  (spacetime)  olduğu  gibi  ilişkilidir…

Manyetik  alandaki  değişimlere (perturbations) değeri sıfır  olmayan  bir  elektrik  alan tarafından  eşlik  edilir…Bu  değişim  ışık  hızı  ile  yayılır…

Bir  elektrik  akımı  veya manyetik “çift  kutup” (dipol) manyetik  alan  yaratır…Bu  alan, bu  alan  içindeki parçacıklara manyetik  kuvvet  uygular…

Elektrik  yüklü  parçacıklar, elektrik  akımı  içindeki  elektronların  hareketi  veya atom  çekirdeği  etrafında  dolanan  elektronların  belirli  durumu  gibi,  her ne  zaman  hareket  ettiğinde,  manyetik  alan  ortaya  çıkar… Manyetik  alanlar, “kuantum-mekanik  spin”  tarafından  tetiklenen   içkin (intrinsic) manyetik  dipollerden de ortaya  çıkar…

  

Yararlanılan  Kaynaklar:

https://www.youtube.com/watch?v=1TKSfAkWWN0

https://www.youtube.com/watch?v=Ht5iQyqoors

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetism

http://www.livescience.com/38059-magnetism.html

 

.

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s