Mıknatıslar demir gibi cisimleri çeken manyetik alanlara sahiptir ve buzdolabı kapılarından hızlı lunapark trenlerine kadar çeşitli kullanım alanları bulmuştur. Mekaniksel enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinde (alternatörlerde örneğin) mıknatısların kullanıldığını söyleyebiliriz. Ayrıca oyuncaklarda bile mıknatısları görmek mümkün.
Mıknatısların nasıl çalıştığını anlamak bir manyetik alanın dinamiklerini çözmekle olur. Bir mıknatısı çevreleyen uzayı göz önünde bulunduralım. Bu uzay veya alan bir manyetik kuvveti ile işgal edilir ve buna manyetik alan denir. Eğer bir mıknatıs bu alan içerisine yerleştirilirse, mıknatıs manyetik kuvvetlerin etkisiyle hareket edecektir.
Bir at nalı mıknatısında kutuplar.
Bir manyetik alan ise hareketli yüklerin bir sonucu olarak oluşur. Buna iyi bir örnek olarak bir tel boyunca akan elektrik akımı gösterilebilir. Tel içinden geçen elektrik akımı elektronlar adı verilen negatif yüklü atom altı parçacıkların tel boyunca akmasıyla oluşur. Bu yük taşıyıcıları hareket ettikçe, tel etrafında bir manyetik alan oluşur. Benzer bir şekilde, bir mıknatısın manyetik alanı elektronların hareketi ile oluşur.
Bir mıknatısın manyetik alanı belirli metalleri ya çeker ya da iter. Aynı şekilde diğer mıknatıslar için de bunu söyleyebiliriz. Bir mıknatıs kutup olarak ifade edilen iki uca sahiptir. Kutuplardan biri kuzey diğeri de güney olarak isimlendirilir. Birbirini çeken mıknatıslar için iki mıknatısın birbirine yakın uçlarının zıt kutuplara sahip olduğunu söyleyebiliriz. İki mıknatısın birbirine yakın uçları aynı kutup ise bu defa iki mıknatıs birbirini iter. Manyetik alan ve mıknatıslarla ilgili söyleyeceğimiz şeylerden birisi de, alan çizgileridir. Manyetik alanın kuvvet çizgileri mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güney kutbuna doğru gider. Bununla ilgili olarak HowStuffWorks sitesinden şu görsel manyetik alan çizgilerini tasavvur etmemizde yardımcı olabilir. Bir silindirik neodimyum mıknatısın manyetik alan çizgileri boyunca yerleşen demir dolgularını sağ kısımda görebilirsiniz.
Dünya’nın manyetik kutupları. Dünya’nın manyetik kuzey kutbu coğrafik olarak Güney Kutbu’na doğrudur. Bir pusuladaki okun N ile işaretlenmiş kısmı, farklı kutuplar birbirini çeker ilkesinden dolayı Dünya’nın manyetik güney kutbunu yani coğrafik Kuzey Kutbu’nu gösterir.
İlginç olarak, Dünya çekirdeğinde doğal bir manyetik alana sahiptir. Eğer siz bir pusulaya bakacak olursanız, bir tarafı N ile işaretlidir ve bu kısım Dünya’nın güney manyetik kutbuna doğru dönük olduğunu görürsünüz. Bu nedenle, pusulanın bu kısmı mıknatısın kuzeyi gösteren kutbu olarak adlandırılır. Ancak Dünya’nın kuzey manyetik kutbu ile coğrafik Kuzey Kutbu birbirine karıştırılmamalıdır. Coğrafik olarak Kuzey Kutbu mıknatısın kuzeyi gösteren kutbundan yüzlerce kilometre uzakta olabilir.
Çoğu kişi basit buzdolabı mıknatıslarına aşina olmasına rağmen çok sayıda mıknatıs türü vardır. Bu mıknatıs türleri kalıcı, geçici ve elektromanyetik olarak sınıflandırılır. Kalıcı mıknatıslar uzun bir süre manyetik özelliklerini koruyan mıknatıslar iken geçici mıknatıslar zamanla hızlı bir şekilde manyetizma özelliklerini kaybederler. Diğer taraftan bir elektromıknatıs elektrik kullanılarak yapılır. Bu elektromıknatısın dayanıklılığı üzerinden üzerinden geçen elektrik akımına bağlı olarak değiştirilebilir.
Bir elektromıknatıs.
Yakın bir zamana kadar tüm mıknatıslar metal elementlerden veya alaşımlardan yapılıyordu. Farklı malzemeler ile farklı dayanıklığa sahip mıknatıslar üretilebilir.
- Seramik mıknatıslar, buzdolabı mıknatıslarında ve ilköğretim fen deneylerinde kullanılanlara benzer olarak bir seramik kompozit içerisinde demir oksit içermektedir. Çoğu seramik mıknatıs ki bunlar demir mıknatıs olarak da adlandırılırlar çok güçlü değildir.
- Alniko mıknatıslar alüminyum, nikel ve kobalttan yapılırlar. Seramik mıknatıslardan çok daha güçlüdürler ama nadir toprak metalleri olarak bilinen bir element sınıfı kadar güçlü değildirler.
- Neodimyum mıknatıslar demir, bor ve nadir toprak elementi olan neodimyumdan oluşur.
- Samaryum kobalt mıknatıslar kobalt ile nadir toprak elementi olan samaryumun birleşimi ile oluşur.
Son birkaç yıl içinde bilim insanları manyetik polimerleri veya plastik mıknatısları da keşfettiler. Bunlardan bazıları esnek ve kalıplanabilirdir. Ancak bazıları çok çok düşük sıcaklıklarda sadece çalışabiliyor ve içlerinden bazıları da demir dolguları kadar çok çok hafif malzemelerdir.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Kaynaklar:
http://www.wisegeek.com/how-do-magnets-work.htm
http://science.howstuffworks.com/magnet.htm
