Hepimiz zaman zaman mıknatıslarla oynadık. Aşağıda gizemli mıknatısın gizli iç işleyişinin arkasındaki temelleri açıklamak için bir girişim var.
Mıknatıs, manyetik alan üreten herhangi bir malzeme veya nesnedir. Bu manyetik alan bir mıknatısın özelliğinden sorumludur: diğer ferromanyetik malzemeleri çeken ve diğer mıknatısları çeken veya iten bir kuvvet. Kalıcı bir mıknatıs, mıknatıslanmış ve kendi kalıcı manyetik alanını yaratan bir malzemeden yapılmış bir nesnedir. Bir mıknatısa güçlü bir şekilde çekilen mıknatıslanabilir malzemelere ferromanyetik denir. Her ne kadar ferromanyetik materyaller, yaygın olarak manyetik olarak kabul edilecek kadar güçlü bir mıknatısa ilgi duyanlar olsa da, diğer tüm maddeler manyetik alana zayıf tepki verir.
Mıknatıslarla ilgili bazı gerçekler şunlardır:
- mıknatısın kuzey kutbu Kuzey Kutup Dairesi'nin üstünde Kanada'da bulunan jeomanyetik kuzey kutbunu (güney manyetik kutbu) gösterir.
- kuzey kutupları itmek kuzey kutupları
- güney direkleri güney direkleri püskürtmek
- kuzey kutupları güney kutuplarını çekiyor
- güney kutupları kuzey kutuplarını çekiyor
- çekim kuvveti veya itme kuvveti, kare mesafesi ile ters orantılı olarak değişir
- bir mıknatısın gücü mıknatısın farklı yerlerinde değişir
- mıknatıslar kutuplarında en güçlüdür
- mıknatıslar kuvvetle çelik, demir, nikel, kobalt, gadolinyum çekiyor
- mıknatıslar hafifçe sıvı oksijen ve diğer malzemeleri çeker
- mıknatıslar hafifçe su, karbon ve bor iter
Mıknatısların nasıl çalıştığı mekaniği gerçekten atom seviyesine iner. Bir telden akım geçtiğinde telin etrafında manyetik bir alan oluşur. Akım sadece hareketli elektronların bir demetidir ve hareketli elektronlar manyetik bir alan oluşturur. Elektromıknatıslar bu şekilde çalışır.
Atom çekirdeğinin etrafında elektronlar vardır. Bilim adamları, dairesel yörüngelerine sahip olduklarını düşünürlerdi, ancak işlerin çok daha karmaşık olduğunu keşfettiler. Aslında, bu yörüngelerden birindeki elektron kalıpları Schroedinger’in dalga denklemlerini dikkate alır. Elektronlar atomun çekirdeğini çevreleyen belirli kabukları işgal eder. Bu mermilere K, L, M, N, O, P, Q harf isimleri verilmiştir. Ayrıca, 1,2,3,4,5,6,7 (kuantum mekaniğini düşünün) gibi sayı isimleri verilmiştir. Kabuk içinde, s, p, d, f gibi harf adlarıyla alt kabuklar veya yörüngeler olabilir. Bu yörüngelerden bazıları küreye benziyor, bazıları kum saati gibi, bazıları da boncuk gibi. K kabuğu, 1s orbital adı verilen bir yörünge içerir. L kabuğu, 2s ve 2p orbital adı verilen bir s ve p orbital içerir. M kabuğu, 3s, 3p ve 3d orbital adı verilen bir s, p ve d orbital içerir. N, O, P ve Q mermilerin her biri 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p olarak adlandırılan bir s, p, d ve f orbital içerir, 7d ve 7f orbital. Bu orbitallerin çeşitli alt orbitalleri de vardır. Her biri sadece belirli sayıda elektron içerebilir. En fazla 2 elektron, biri yukarı doğru, diğeri aşağı doğru döndürülmüş bir alt yörüngeye sahip olabilir. Aynı alt orbitalde spinlenen iki elektron olamaz (Pauli hariç tutma prensibi). Ayrıca, bir alt orbitalde bir çift elektron varsa, bunların birleşik manyetik alanları birbirini iptal eder. Eğer kafanız karışırsa, yalnız değilsiniz. Birçok insan burada kaybolur ve daha fazla araştırma yapmak yerine mıknatısları merak eder.
Ferromanyetik metallere baktığınızda, periyodik tabloda yanlarındaki elementlerden neden bu kadar farklı olduklarını görmek zordur. Ferromanyetik elemanların dış orbitallerindeki eşlenmemiş elektronlar nedeniyle büyük manyetik momentlere sahip olduğu genel olarak kabul edilir. Elektronun dönüşünün de bir dakika manyetik alan oluşturduğu düşünülmektedir. Bu alanların birleştirme etkisi vardır, bu nedenle bu alanları bir araya getirdiğinizde daha büyük alanlara eklenirler.
‘Mıknatıslar nasıl çalışır?’ Üzerine bir şeyler sarmak için, ferromanyetik malzemelerin atomları, yörüngelerinde elektronlar tarafından oluşturulan kendi manyetik alanlarına sahip olma eğilimindedir. Küçük atom grupları kendilerini aynı yönde yönlendirme eğilimindedir. Bu grupların her birine manyetik alan adı verilir. Her alanın kendi kuzey kutbu ve güney kutbu vardır. Bir demir parçası manyetize edilmediğinde, alanlar aynı yöne işaret etmeyecek, ancak birbirlerini iptal eden ve demirin kuzey veya güney kutbuna sahip olmasını veya mıknatıs olmasını engelleyecek rastgele yönleri gösterecektir. Akım (manyetik alan) eklerseniz, alanlar harici manyetik alanla hizalanmaya başlar. Ne kadar fazla akım uygulanırsa, hizalanan alan sayısı o kadar fazla olur. Harici manyetik alan güçlendikçe, giderek daha fazla alan onunla aynı hizada olacaktır. Manyetik alan ne kadar güçlü olursa olsun, demir içindeki tüm alanların harici manyetik alanla (doygunluk) hizalandığı bir nokta olacaktır. Harici manyetik alan çıkarıldıktan sonra, yumuşak manyetik malzemeler rastgele yönlendirilmiş alanlara geri dönecektir; ancak, sert manyetik malzemeler alanlarının çoğunu hizalı tutacak ve güçlü bir kalıcı mıknatıs oluşturacaktır. Yani, işte burada.
Space Magazine için mıknatıslar hakkında birçok makale yazdık. İşte çubuk mıknatıslarla ilgili bir makale ve süper mıknatıslarla ilgili bir makale.
Mıknatıslar hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, mıknatıslarla yapılan harika denemelere göz atın ve işte Wise Geek'in süper mıknatısları hakkındaki bir makaleye bir bağlantı.
Ayrıca, Manyetizma hakkında tüm bir Astronomi Oyuncusu bölümünü de kaydettik. Burada dinle, Bölüm 42: Manyetizma Her Yerde.
Kaynaklar:
Bilge Geek
Vikipedi: Mıknatıs
Vikipedi: Ferromanyetizma
