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
.
