Manyetizma
Manyetizma mıknatıslık manasına gelmektedir. Bu yüzden manyetizma konusunu anlamak için mıknatısları tanımamız gerekir.
Mıknatıslar
Mıknatısların M.Ö. 800'lü yıllarda bilinmekte olduğunu tarihi kaynaklara bakarak görebiliyoruz. Günümüzde ise manyetit adı verilen demir oksit (Fe3O4) bileşiği doğal bir mıknatıs olarak kullanılmaktadır. Mıknatıslar tabiatta doğal olarak bulunabildiği gibi yapay olarak da üretilir. Bunlar, çubuk, U ve at nalı şeklinde olabilir.
Mıknatıslardan etkilenebilen ve mıknatıs hâline getirilebilen maddelere manyetik maddeler denir.
Bunun dışında kalan maddelere ise manyetik olmayan maddeler denir. Mıknatıslardan kuvvetli bir şekilde etkilenen maddelere ferromanyetik maddeler denir.
Manyetik Kutuplar
Bir çubuk mıknatıs üzerine demir tozları serpilirse, demir tozlarının, çubuğun uç kısımlarında daha çok toplandığı görülür. Mıknatıslık etkisinin en şiddetli olduğu bu uçlara kutup adı verilir.
Bir mıknatıs çubuk ortasından iple asılırsa; çubuk kuzey - güney doğrultusuna yönelerek durur. Kuzeye yönelen uca kuzey kutbu (N), güneye yönelen uca ise güney kutbu (S) denir.
Bir mıknatıs başka bir mıknatısa yaklaştırıldığında;
- Aynı kutuplar birbirini iter.
- Zıt kutuplar birbirini çeker.
İtme ya da çekme kuvveti, mıknatısların kutup şiddetiyle doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Elektrik yükleri arasındaki coulomb kuvvetine benzer bir etkileşmenin, mıknatıslarda da olduğu kabul edilir. Coulomb kuvvetinde elektrik yüklerinin birbirine eşit kuvvet uygulamasına benzer şekilde mıknatısların birbirlerine uyguladığı manyetik kuvvetler de eşit büyüklükte ve birbirine zıt yöndedir.
Bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde, meydana gelen her bir parçanın yine N ve S kutuplu küçük bir mıknatıs olduğu görülür. Bölme işlemi atomik boyutlara kadar devam ettiril- se bile, yine her parça iki kutuplu bir mıknatıs olur, tek kutuplu mıknatıs elde edilemez.
Manyetik Alan Çizgileri
Bir çubuk mıknatısın üzerine yerleştirilmiş bir cam ya da bir plastik plakaya serpilen demir tozları uç uca eklenerek belli yönlere yönelir.
Demir tozlarını bu şekilde yönlendiren ve belli noktalarda sık, belli yerlerde seyrek olmasını sağlayan etki manyetik kuvvettir.
Mıknatısın çevresinde demir tozlarının üzerinde sıralandığı bu çizgilere, mıknatısın o bölgede oluşturduğu manyetik alan çizgileri denir.
Manyetik alan çizgilerinin bulunduğu yerlere pusula iğneleri konulduğunda, pusula iğneleri manyetik alan çizgilerine teğet olacak şekilde yönelir. Pusula iğnesinin N kutbu mıknatısın S kutbuna doğru yönelirken, S kutbu da mıknatısın N kutbuna doğru yönelir.
Alan çizgilerine dik olarak alınan birim yüzeyden geçen çizgi sayısı, bu yüzey üzerindeki bir noktanın manyetik alan şiddetinin bir ölçüsü olarak alınabilir. Manyetik alan şiddeti, alan çizgilerinin sık olduğu uç noktalarda daha büyük, seyrek olduğu yerlerde daha küçüktür. Manyetik alan vektörel bir büyüklük olduğundan, bir noktadaki manyetik alan, doğrultusu, yönü ve şiddetiyle belirtilir.
Manyetik alan çizgilerinin paralel olduğu yerdeki alana, düzgün manyetik alan denir. Manyetik alan çizgileri mıknatısın N kutbundan S kutbuna yönelik olur.
Geçici Mıknatıs Elde Etme Yolları
Doğal mıknatısın kolaylıkla temin edilememesi sonucu, yapay mıknatıs elde edilmesi yoluna gidilmiştir. Bu mıknatıslardan faydalanarak üç yolla geçici mıknatıs elde edilebilir.
a. Sürtünme Yoluyla Mıknatıs Elde Edilmesi
Bir demir çubuğa, mıknatısın bir kutbu, her seferinde aynı yönde olmak şartıyla sürtüldüğünde, demir çubuk mıknatıs haline gelir.
Bunun sebebi, demir içindeki mıknatıs çiftleri, önceden gelişigüzel bulunurken, mıknatıs sürülmesi sırasında belli bir düzende dizilirler. Böylece demir çubuk mıknatıs haline gelmiş olur.
b. Dokunmayla Mıknatıs Elde Edilmesi
Mıknatıs demir çivilere veya toplu iğnelere dokundurulduğunda, her bir iğne mıknatıs haline gelir. Bu iğne mıknatısların kutupları, mıknatısın dokundurulan ucuna göre değişir. Mıknatısın, N kısmına dokundurduğumuz yer S, diğer uç ise N olur.
c. Etki İle Mıknatıs Elde Edilmesi
Mıknatısın herhangi bir kutbu, demir çiviye yaklaştırılırsa, demir çivi etki ile mıknatıslanır ve demir tozlarını çeker. Yani mıknatısın manyetik alanı içinde kalan demir, nikel ve kobalt gibi maddeler etki ile mıknatıslanır.
Sürtünme, dokunma ve etki ile mıknatıslanma geçici mıknatıslanmadır ve mıknatıs haline gelen madde belli bir süre sonra mıknatıslık etkisini kaybeder.
Elektrik Alanın Manyetik Etkisi
Basit bir elektrik devresinde iletken telin altına bir pusula yerleştirelim. Anahtar açıkken devrede akım dolanmaz. Dolayısıyla ampul yanmaz. Pusula iğnesi bulunduğu konumda kalır.
Anahtarı kapattığımızda devrede akım dolanmaya başlar, ampul ışık verir. Bu sırada pusulaya dikkat edersek pusula ibresinin saptığını ve farklı bir yönü gösterdiği gözlenir.
Anahtarı kapattığımız sırada devreden elektrik akımı geçerken pusula ibresinin sapması, elektrik akımının manyetik bir etki meydana getirdiğini gösterir. Bu deneyden de görüldüğü gibi içinden elektrik akımı geçen bir iletken telin etrafında manyetik alan meydana gelir.
Akım Geçen Telin Çevresindeki Manyetik Alanlar
Mıknatıslarda manyetik alanın oluşumu atomlardaki yüklerin hareketiyle oluşan elektrik akımlarından kaynaklanır. Dolayısıyla üzerinden akım geçen telin çevresinde de manyetik alanlar meydana gelir.
Sonsuz uzunluktaki telden i akımı geçince telin etrafında ve teli çevreleyen çemberler şeklinde manyetik alan oluşur.
Mıknatısın manyetik alanı üzerine demir tozları serpilecek olursa demir tozları yoğunlaşarak çizgiler oluşturur. Bu çizgiler, varlığı kabul edilen mıknatısın manyetik alan çizgilerinin bir ifadesidir.
Mıknatısın manyetik alan çizgileri gibi iletken telin etrafında da iletkenden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan çizgileri vardır.
İletken düz telden geçen akımın etkisiyle oluşan manyetik alan çizgileri, iletkene dik düzlem içerisinde, iletkeni merkez kabul eden daireler şeklindedir. Manyetik alan çizgileri telin bulunduğu dik düzleme özdeş pusulalar yerleştirilerek pusula iğnelerinin sapmalarından gözlenebilir.
Sonsuz uzunluktaki telden geçen akımın telin çevresinde oluşturduğu manyetik alan, telden geçen akım ile doğru, tele olan uzaklık ile ters orantılı olarak değişir. Telden eşit uzaklıktaki noktalarda eşit büyüklükte manyetik alanlar oluşur.
Telin etrafında oluşan manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile bulunabilir. Sağ el kuralına göre, üzerinden akım geçen tel başparmak akım yönünü gösterecek şekilde sağ el ile kavranırsa diğer dört parmağın teli kavrama yönü manyetik alanın yönünü gösterir.
Elektromıknatıs Nedir?
Bir demir çivi üzerine üstü yalıtkan kaplı teli doladığımızda bobin sarımı elde ederiz. Bu bobin sarımının uçlarını bir pile bağladığımızda bobin içinde ve etrafında bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alanın ortasındaki bobinin üzerine sarıldığı manyetik madde, örneğin demir çivi mıknatıslık özelliği kazanır ve çevresinde bulunan diğer manyetik maddeleri çeker. Demir elektromıknatıs olmuştur. Elektrik akımı geçişi ile mıknatıs özelliği kazanan bu tür cisimlere elektromıknatıs denir.