Mıknatıslık

Başlığın diğer anlamları için mıknatıslık (anlam_ayrım) sayfasına bakınız.

Manyetizma veya mıknatıslık, (Fransızca magnétism), fizikte, aracılığı ile gereçlerin diğer gereçler üzerine çekici veya itici güç uyguladıkları olgulardan biridir. Kolayca saptanabilen manyetik özelliklere sahip gereçlerden bazıları, demir, çeliğin birkaç türü ve manyetit bileşikleridir; ancak, tüm gereçler, manyetik alanların varlığından farklı derecelerde etkilenirler.

Tarihçe

Aktarılanlara göre MÖ 6. yüzyılda Yunan filozof Thales, İyonya'daki Magnesia (günümüzde Manisa ili) kentinde bazı taşların demir tozlarını çektiğini görmüştür. Bir teoriye göre tür taşlara μαγνῆτις λίθος (magnêtis líthos, "magnet taşı") denmesi bu yüzdendir. Fakat Yunan anakarasında Magnesia (Μαγνησία) adlı başka bir kent daha vardır ve taşın isminin bu kentten geliyor olması da ihtimal dahilindedir.

Elektrik kelimesi de kehribarın Grek dilindeki karşılığı olan ἤλεκτρον (ḗlektron) teriminden türemiştir. Kehribar elektrik yüklendiği zaman tüy, kıl, saman, yaprak gibi hafif maddeleri kendine çeker ve bu sebeple Türkçede samankapar veya samankapan olarak da bilinir. Keza Türkçe kehribar Farsçadan (Farsça: کهربا) gelmekte olup literal olarak "saman kapan" anlamındadır.

Manyetiklik ile ilgili ilk yazılı kayıtlardan biri Çin'in MÖ 4. yüzyılına dayanır ve Şeytan ovası ustasının kitabı (鬼谷子) adlı eserdir. Bu eserde: "Manyetit demiri çekebilir veya itebilir." yazmaktadır. İğneler ile ilgili en erken deneylere ise, MS 20 ile 100 yılları arasında rastlanır, (Louen-heng): "Manyetit iğneyi çeker." 12. yüzyıla varıldığında ise, Çinlilerin manyetit tabanlı pusulayı yönleyim (navigasyon) için kullandıkları biliniyordu.

Fiziksel açıdan manyetizma

Çubuk bir mıknatısın kâğıt üzerinde demir kırıntıları ile oluşan manyetik çizgiler.

Manyetik güçler, elektriksel yüklerin hareketlerinden doğarlar. Maxwell'in denklemleri ile Biot-Savart yasası bu güçlerin kökenini ve onları yöneten alanların yasalarını açıklarlar. Bir diğer deyişle, elektriksel yükler hareket ettiğinde, manyetizma olgusu ortaya çıkar. Örneğin bu devinim veya hareket, elektrik akımı içindeki eksicikler olabilir, dolayısı ile sonucu da elektromanyetiklikdir; veya eksiciklerin yörüngesel devinimi de olabilir ki onun sonucu da doğal mıknatıslardır.

Einstein'a göre, manyetik güç, elektrik alanı içerisinde gerçekleşen bir huzursuzluğun (eksicik devinimi), yüklere dik olarak etki edip onları eski konumlarına iter. Bu yüzdendir ki, manyetizma da, Görelilik kuramı'nın doğrudan bir sonucu olarak, temelde bir elektriksel olgu olarak ele alınır...

Manyetik alanda yüklü parçacık

Elektriksel yüke sahip bir parçacık B manyetik alanında hareket ettiğinde (veya devindiğinde), ona F gücü etki eder:

${\vec {F}}=q{\vec {v}}\times {\vec {B}}$

burada $q\,$ parçacığın yükü, ${\vec {v}}\,$ parçacığın hareket (veya devinim) hızı, ivmesi ve ${\vec {B}}\,$ manyetik alandır.

Çapraz (veya yönel) çarpım olması nedeniyle, ortaya çıkan güç, hem parçacığın devinimine hem manyetik alana diktir. Dolayısıyla, bu güç, parçacık üzerine herhangi bir iş gerçekleştirmez; devinim yönünü değiştirebilir, ancak yavaşlamasına veya hızlanmasına neden olamaz.

Mıknatıslı tornavida etrafındaki demir parçacıkları.

Hareket eden bir yüklü parçacığın hız yöneyini "V", manyetik alanı "B" ve parçacığa etki eden gücü "F" bulmanın bir yolu, sağ elimizin başparmağını "F", orta parmağı "B" ve işaret parmağını "V" olarak tanımlayıp, elimizi "silah" gibi doğrulatarak her üç parmağı birbirine dik olacak biçimde konumlandırmaktır. Bu yöntem ayrıca sağ el kuralı olarak da bilinmektedir.

Manyetizmanın nedeni

Fiziksel açıdan, elektrik akımlarının aksine, nesnelerin manyetizması, atom (veya öğecik) düzeyindeki eksicik deviniminden kaynaklanır (öğeciksel çift kutuplusu). Ayrıca manyetik moment olarak da bilinen atom düzeyindeki bu devinimler iki türdendir. Birincisi, eksiciklerin atom çekirdeği yörüngesindeki devinimidir, çok daha güçlü olan ikincisi ise, kendi çevrelerindeki devinimleridir (spin). Bir atomun (veya öğeciğin) toplam manyetik momenti ise, her eksiciğinin manyetik momentinin toplamına eşittir. Ancak eksiciklerin çekirdek çevresindeki konumlarına göre, birbirlerinin manyetik momentlerini etkisiz hâle getirebilmeleri söz konusudur. Dolayısıyla atomun manyetik açıdan davranışı ancak etkin olan eksicikleri tarafından belirlenir. Bunun sonucunda, eksicik yapılandırmasına göre doğada farklı manyetizma özellikleri taşıyan maddelere rastlanır:

• Diamıknatıslık (diamanyetizm)
• Paramıknatıslık (paramanyetizm)
  • Özdeciksel mıknatıs (moleküler mıknatıs)
• Feromıknatıslık (Feromanyetizm)
  • Antiferromıknatıslık (Antiferromanyetizm)
  • Ferrimıknatıslık (Ferrimanyetizm)
  • Metamıknatıslık (Metamanyetizm)
• Spin camı
• Superparamıknatıslık (Superparamanyetizm)

Manyetik çift kutuplular (dipollar)

Olağan şartlar altında manyetik alanlar, çift kutuplu (veya dipol) olarak görülürler. Bu kutuplara, uzlaşımsal olarak Güney kutbu ve Kuzey kutbu denmektedir. Bu isimler, geçmişte mıknatısların pusula olarak Dünya'nın manyetik alanı ile etkileşip kutupları göstermek için kullanılmalarına dayanır.

Manyetik bir alan, enerji içerir ve dolayısıyla bu tür düzenekler, en düşük erke düzeyinde dengeye erişmeye uğraşırlar. Böylece, "manyetik bir çift kutuplu" kendisini bulunduğu alanın kutuplarına göre ters olarak konumlandırmaya uğraşır. Bu konumlandırma sayesinde, düzeneğin toplam erkesini en aza indirir. Örneğin, iki çubuk mıknatıs olağan olarak kuzeyden güneye doğru konumlandırılırlar ve bu konumlandırmayı değiştirmek için ek güç gerekmektedir. Bu yönde harcanın güç ise ortaya çıkan düzeneğin manyetik alanında yığılıdır.

Manyetik tek kutuplular (monopollar)

Günümüz manyetizma anlayışı, tüm manyetik etkilerin aslında göreceli etkiler olduğu üzerine kuruludur. Bu görelilik, gözlemci ile yüklü parçacıkların arasındaki göreceli devinime (veya harekete) dayalıdır. Aslına bakılırsa, tüm manyetizma etkilerin devinen elektriksel yüklerden kaynaklandığını düşünürsek, tüm mıknatıslar birer elektromıknatıstır.

Atomların (veya öğeciklerin) bile kendilerine özel manyetik alanları vardır. Günümüzde geçerli olan atom kuramına göre, eksicikler çekirdeğin yörüngesinde devinirler ve dolayısıyla manyetik bir alan oluşur. Doğal mıknatısların ölçülebilir derecede güçlü manyetik alanları ise, atom ve hatta özdeciklerin (moleküllerin) alanlarının aynı doğrultuda olup, birleşip güçlenmelerinden kaynaklanır.

Paul Dirac'ın 1931 yılındaki gözlemleri, manyetik tek kutupluların varlığını öngörür. Ayrıntıya girmek gerekirse, bu öngörü iki temel olguya dayanır: a) eksicik ve artıcıkların ters ve eşit miktarda yüklü parçacıklar olarak varlığı ve b) elektrik ve manyetizma arasındaki bakışım (veya simetri). Dolayısıyla, Güney ve Kuzey olarak manyetik tek kutupluların da doğada varlığının olası olduğu iddia edilmektedir. Ancak, artıcık ve eksiciklerin tersine, tek kutupluluk savını destekleyecek herhangi bir kanıt henüz bulunamamıştır.

Ayrıca bakınız

• Mıknatıs
• Elektromıknatıs
• Manyetik alan
• Michael Faraday
• James Clerk Maxwell