Mıknatıs nedir? Mıknatıslanma çeşitleri nelerdir?

Mıknatıs nedir sorusu başlangıçta saçma gelmiş olabilir. Hepimiz mıknatıslarla oynamışızdır. Gözlemlerimizi hatırlayalım öyleyse. Öncelikle mıknatıs bazı maddeleri çeker, bazılarını çekmez. Örneğin, mıknatıs demiri ve çeliği çeker. Toplu iğnelere ya da ataşlara bir mıknatıs yaklaştırırsanız hepsinin mıknatısa doğru çekilip yapıştığını görürsünüz. İkinci olarak da iki mıknatısı birbirine yaklaştırdığınızda birbirlerini çekebildikleri gibi itebildiklerini de gözlemlemiş olmalısınız. Yani mıknatıs, demir, nikel ve kobalt gibi malzemelerden yapılmış cisimlere ve başka mıknatıslara temas gerektirmeyen bir kuvvet uygular. Temas gerektirmeyen kuvvetler alanlar aracılığıyla uygulanır. Tıpkı elektriksel kuvvetin elektrik alan ve kütle çekimi kuvvetinin kütleçekim alanı aracılığıyla uygulanması gibi, mıknatısların uyguladığı kuvvet de bir başka kuvvet alanı aracılığıyla uygulanır. Bu kuvvet alanına manyetik alan denir.

Mıknatısın kısa tarihi ve mıknatıs çeşitleri

İnsanların mıknatısı ilk kez bundan 2800 yıl önce Türkiye’de Manisa’da keşfettikleri düşünülüyor. Manisa’ya o zamanlar Magnesia deniyormuş. Burada yaşayan Eski Yunalılar bazı demir cevheri parçalarının demir parçalarını çektiğini gözlemişler. Bu taşlara da manyetit adını vermişler. Doğada kendiliğinden oluşan bu tür mıknatıslara doğal mıknatıs denir. Doğal mıknatıslar kaya gibidir ve aslında neredeyse hiç birimiz doğal mıknatıs görmemişizdir. Kullandığımız mıknatısların tamamı yapay yani insanlar tarafından üretilen mıknatıslardır.

Mıknatısları yapıldığı malzemeye ya da şekline göre adlandırıyoruz. Aşağıdaki resimde iki U mıknatıs (atnalı mıknatıs da denir) ve bir çubuk mıknatıs görülüyor. Bu mıknatıslar alnico adı verilen bir demir alaşımından üretilmiş.

Aşağıdaki resimdeki mıknatısların ise aslında tam bir şekli yok, ama hepsi seramik mıknatıs.

Son olarak aşağıdaki mıknatısların hepsi nadir metal olan Neodimium (Nd) kullanılarak üretilmiş mıknatıslar. Bu mıknatıslar diğerlerinden çok daha güçlüler.

Bu bölümde gösterdiğimiz mıknatısların tamamı kalıcı mıknatıstır, yani mıknatıslık özelliklerini kısa sürede kaybetmezler, yıllarca mıknatıs olarak kalırlar.

Her mıknatısın iki kutbu vardır

Mıknatısların birbirini çekebildikleri gibi itebildiklerini de biliyoruz. Bunu açıklamak için tıpkı elektriksel olayları açıklamakta kullandığımız gibi kutup fikrini kullanıyoruz. Bunun önemli bir sebebi pusulanın tuhaf davranışıdır. Pusulayı M.Ö. 13. yüzyılda Çinlilerin icat ettiği düşünülüyor. Eğer çubuk şekilnde bir mıknatısı iple ortasından tavana asarsanız ya da suyun üstünde bir mantarın üstünde bırakırsanız, bir ucu daima kuzeyi diğeri güneyi gösterecek şekilde hizalanır. Bu uçlar (ya da yüzeyler) mıknatısın manyetik etkisinin en güçlü olduğu kısımlarıdır. Mıknatısın kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu (N), güneyi gösteren ucuna da güney kutbu (S) denir.

Yukarıdaki resimde halka şekilindeki bir neodimyum mıknatıs kendi haline bıraktığım zaman bir yüzü kuzeyi diğeri güneyi gösteriyor. Bir çubukla mıknatısın konumunu değiştirmeye çalıştığımda mıknatısın ilk haline dönmeye meyilli olduğunu hatta bu konuda çok ısrarlı olduğunu gözlemliyorum. Çünkü mıknatısın kuzey kutubu yer kürenin kuzey kutuna yönelir.

Son olarak her mıknatısın iki kutbu vardır konusuna dönelim. Bir mıknatısı ikiye bölerseniz, elinizde iki kutbu olan iki mıknatısınız olur. İstediğiniz kadar bölmeye devam edin, hep iki kutuplu bir mıknatısla karşılaşırsınız. Yani bir mıknatısın yalnızca kuzey ya da güney kutbunu yalıtmak (kendi başına bırakmak) mümkün değil gibi görünüyor. Eğer bunu başarabilirseniz Nobel ödülünü bile kazanabilirsiniz.

Mıknatıslarda aynı kutuplar birbirini iter zıt kutuplar çeker

Bu başlık söylenmesi gereken herşeyi özetliyor bu konuda. Eğer bir mıknatısın kuzey kutbunu başka bir mıknatısın güney kutbuna yaklaştırırsanız iki mıknatısın birbirini çektiğini görürsünüz. Eğer bir mıknatısın kuzey kutbunu başka bir mıknatısın kuzey kutbuna yaklaştırırsanız, birbirlerini iterler. Güney ve güney kutbu da birbirini iter.

Mıknatısların kutupları N ve S’dir artı ve eksi değildir

Bu çok karıştırılan bir konu. Mıknatıslık elektrik yükünden farklı bir şeydir. Elektrostatik konusunda artı ve eksi yükleri öğrenmiştiniz. Aynı yükler birbirini itiyor, zıt yükler birbirini çekiyordu. Mıknatıslarda aynı durum kutuplar için geçerli ama bunlar artı ve eksi yükler değiller. Bu ayrıma dikkat etmelisiniz, iki ayrı doğa olayından bahsediyoruz. Örneğin, bir mıknatısı elektroskopa yaklaştırırsanız hiçbir şey olmaz. Bunu deneyin bence.

Mıknatıslar bazı metalleri çeker bazılarını çekmez

Mıknatısın demiri, nikeli ve kobaltı çektiğini biliyoruz. Ayrıca bunların alaşımlarını örneğin demirin bir alaşımı olan çeliği de çektiğini biliyoruz. Ama mıknatıs bazı metalleri çekmez. Örneğin alüminyum ve bakırı çekmez. Aşağıdaki resimde bir alüminyum külçeye çok güçlü bir neodimyum mıknatısı dokundurup bırakıyorum ve düştüğünü görüyoruz.

Aynısını demir külçeye yaptığımda dokundurduğum yere yapışıyor. Ayrıca çıkarmak için de epeyce uğraşmam gerekiyor.

Son olarak, mıknatısın büyük olması güçlü olması anlamına gelmez. Yukarıdaki resimdeki neodimium mıknatıs 1 cm boyunda ve çapında ama seramik mıknatıslardan da alnico mıknatıslardan da çok güçlü.

Mıknatıs nasıl çalışır?

Mıknatısların nasıl çalıştığını mıknatıslanmanın bölge kuramı (ya da bölgecik kuramı) açıklar. Bu kurama göre mıknatıslık özelliği maddenin iç yapısından kaynaklanır. Mıknatıslar birbirleriyle etkileşen küçük moleküler mıknatıslardan oluşur. Bu moleküler mıknatısların binlercesi aynı yöne yöneldiklerinde bir bölge veya bölgecik oluşturur. Mıknatıslarda bu bölgeler düzenli bir şekilde aynı yönü gösterir. Böylece milyonlarca bölgenin etkisi ile makro seviyede (yani gözümüzle gördüğümüz büyüklükte) mıknatıs meydana gelir.

Manyetik bölge kuramı ayrıca çeşitli maddelerin manyetik özelliklerini de açıklar. Ferromanyetik maddeler (demir, nikel, kobalt gibi) mıknatıslanmadan çok etkilenen maddelerdir. Diamanyetik (altın, bakır, elmas, gümüş, kurşun, silikon gibi) ve paramanyetik (sodyum, magnezyum, kalsiyum, alüminyum, platin gibi) maddeler ise mıknatıslanmadan az etkilenen veya hiç etkilenmeyen maddelerdir.

Mıknatıslanma çeşitleri

Kullandığımız mıknatısların çoğunun yapay olduğunu söylemiştik. Şimdi mıknatıslanma çeşitleri ile yapay mıknatısların nasıl elde edildiğinden bahsedelim.

Sürtünme ile mıknatıslanma

Demir gibi ferromanyetik maddeler, bir mıknatısın bir kutbuna sürekli sürtülürse kendisi de mıknatıs özelliği kazanır. Bunun nedeni mıknatısın manyetik alanının demirin içindeki bölgecikleri düzenli hale getirmesidir. Bir çiviyi alın ve bir mıknatısın bir ucuna defalarca sürtün. Mıknatıslandığını göreceksiniz.

Dokunma ile mıknatıslanma

Bir ataşı bir mıknatısın ucuna tutturun. Sonra ataşın ucuna başka bir ataş yaklaştırdığınızda ikinci ataşın ilk ataşa yapıştığını göreceksiniz. Bu işlemi defalarca yapabilirsiniz ve bir ataş zinciri elde edebilirsiniz. Çünkü, ataşlar dokunma ile mıknatıslanmıştır. Ancak, mıknatıstan ayırdığınızda ataşlar kısa sürede mıknatıslık özelliğini kaybederler.

Etki ile mıknatıslanma

Bir demir parçasını bir mıknatısın kutuplarından birine dokundurmayıp sadece yaklaştırırsanız, demir parçasının ataşları çektiğini görürsünüz. Bunun nedeni demir parçasının etki ile, yani dokunmadan uzaktan mıknatıslanmış olmasıdır. Ancak mıknatıs uzaklaştığında demir parçası mıknatıslık özelliğini kaybeder.

Mıknatıs ile ilgili kazanımlar

2017 – 10.1.3.1. Mıknatısların oluşturduğu manyetik alanı ve özelliklerini açıklar.