Magnetizma
Magnetizma ya da manyetizma sözcüğü mıknatısları ve magnetik alanları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Bu terimin kökeni, Türkiye'de Aydın yakınlarında kurulmuş olan ve magnetit (mıknatıstaşı) mineralinin ilk bulunduğu yer olarak tanınan antik Magnesia kentine dayanır. Demir oksit yapısındaki magnetit doğal mıknatıstır. Oysa kullandığımız mıknatısların çoğu, sonradan kalıcı mıknatıslık özelliği kazandırılmış çeşitli alaşımlardan yapılır. Eski Yunanlılar, bir magnetit kütlesinin demir parçalarını çektiğini, hatta kaldırabildiğini biliyorlardı. Ama mıknatısların demiri ya da bazı metalleri çekmekten başka önemli özellikleri de vardır. Eğer bir demir ya da çelik parçası art arda birkaç kez bir mıknatısa hep aynı yönde sürtülürse, sonunda bu parça da mıknatıslanır, yani bir mıknatıs haline gelir. Mıknatısların bir başka özelliği de kutup'larının olmasıdır; bunlar mıknatıslık özelliğinin en güçlü olduğu noktalardır. Düz çubuk biçimindeki bir mıknatıs demir tozuna batırılıp çıkarılacak olursa, demir tozunun mıknatısın uçlarına yapıştığı, çubuğun ortasında hiç toz toplanmadığı görülür. İşte bu uçlar çubuk mıknatısın kutuplarıdır. Mıknatısların çok önemli özelliklerinden biri de, serbestçe dönebilecek biçimde asıldıklarında ya da bir sıvının üzerinde yüzdürüldüklerinde her zaman kuzey-güney doğrultusunu göstermeleridir.
Serbestçe dönebilecek biçimde asılmış iki mıknatıs birbirine yaklaştırılırsa, kuzeyi gösteren kutupları (kısaca “kuzey kutupları”) birbirinden uzaklaşır ve her birinin kuzey kutbu öbürünün güney kutbuna yaklaşacak biçimde döner. Fizikte bu olguyu tanımlamak için “karşıt kutuplar birbirini çeker, benzer kutuplar birbirini iter” denir. Mıknatısların ilginç bir özelliği daha vardır: Bir mıknatıs parçalara ayrıldığında, bu parçalardan her biri kuzey ve güney kutupları olan küçük bir mıknatıs haline gelir.
Kraliçe I. Elizabeth’in saray hekimi olan İngiliz bilim adamı William Gilbert, 1600’de yazdığı bir kitapta Dünya’nın dev bir mıknatıs olduğunu, kutuplarının da kuzey ve güney uçlarda bulunduğunu öne sürmüştü. Dünya’nın magnetik kutuplarının gerçek (coğrafi) Kuzey ve Güney Kutup noktalarıyla aynı yerde olmaması dışında bu savı tümüyle doğruydu.
Magnetik Alanlar
Bir defter yaprağı bir çubuk mıknatısın üzerine yerleştirilir ve yüzeyine demir tozu serpilirse, bu tozlar çizgiler halinde dizilerek özel bir dağılım deseni oluşturur. “Kuvvet çizgileri” denen ve hiçbir zaman birbirini kesmeyen bu çizgilerin herhangi bir noktadaki doğrultusu, uygulanan magnetik kuvvetin doğrultusunu gösterir. Eğer kâğıdın üstüne küçük bir magnetik pusula yerleştirilirse, pusulanın iğnesi de altındaki kuvvet çizgisiyle aynı doğrultuya yönelir. Kuvvet çizgileri arasındaki uzaklığa bakılarak magnetik kuvvetin büyüklüğü anlaşılabilir; çizgilerin sık ve birbirine yakın olduğu yerde magnetik kuvvet daha güçlüdür. Kuvvet çizgilerinin geçtiği bölgenin tümüne “magnetik alan” denir. Kâğıdın üstüne yumuşak (katışıksız) bir demir parçası konulursa, çevresindeki kuvvet çizgileri sanki bu demirin içinden geçiyormuş gibi bir araya toplanır. Çünkü kuvvet çizgilerinin demirden geçmesi havadan geçmesinden çok daha kolaydır. Bu nedenle, bazı duyarlı aygıtları magnetik etkiden korumak için yumuşak demirden paravanlar kullanılır.
Magnetizma ve Elektrik
Yukarıda anlatılan bütün magnetizma olayları bir magnetit parçasıyla da gözlemlenebilirdi. Ama bu demir minerali bugün mıknatıs olarak hiç kullanılmaz. Geçen yüzyıla kadar, mıknatıs yapmak için bir demir ya da çelik parçası magnetite sürtülerek mıknatıslanırdı. 1820’de DanimarkalI fizikçi Hans Christian Örsted, bir rastlantı sonucunda, serbestçe asılmış mıknatıslı bir iğnenin, içinden elektrik akımı geçen bir tele yaklaştırıldığında sallandığını gördü. Magnetizma ile elektrik arasında bir ilişki olduğunu gösteren bu olay elektromıknatısların çıkış noktası oldu. Bir demir ya da çelik çubuğun çevresine iletken tel sarılıp, telin uçlarını bir pile bağlayarak elektromıknatıs yapılabilir. Telden elektrik akımı geçirildiğinde demir ya da çelik çubuk mıknatıslık özelliği kazanır. Bu mıknatısın gücü, tel bobindeki sarım sayısına ve bobinden geçen elektrik akımı miktarına bağlıdır.
Elektromıknatısta çekirdek olarak sert çelikten bir çubuk kullanılırsa, elektrik akımı kesildikten sonra da çubuk mıknatıslığını korur; ama, yumuşak demirden yapılmış çekirdekler akım kesilir kesilmez bu özelliğini yitirir. Bu nedenle, elektromıknatıs olmayan bildiğimiz kalıcı mıknatıslar ya sert çelikten ya da kalıcı mıknatıslanma özelliği taşıyan başka alaşımlardan yapılır. Bu alaşımlardan biri, kobalt, nikel, alüminyum ve bakırdan oluşan alniko'dur. Kalıcı mıknatıslar, manyeto denen küçük elektrik üreteçlerinin temel öğesidir; hızla döndüğünde yüksek gerilimli elektrik akımı üreterek kıvılcım oluşturan manyetolar, bazı benzin motorlarında ateşlemeyi sağlamak için indükleme bobinlerinin yerine kullanılır.
Magnetizma olayının temelini açıklamak için bir çubuk mıknatısı ele alalım. Bu mıknatısın her molekülü minicik bir mıknatıstır; ama bu moleküller mıknatısın içinde rastgele yönlenmiş olduğundan hepsi birbirinin magnetik etkisini yok eder. Oysa çubuk mıknatıslandığında moleküller tıpkı geçit törenlerindeki askerler gibi sıraya dizildiğinden birinin kuzey kutbu öbürünün güney kutbuna döner. Böylece bütün moleküllerin magnetik etkisi birbirine ekleneceğinden, çelik çubuk güçlü bir mıknatısa dönüşür. Eğer bu çubuk çekiçle dövülür ya da iyice ısıtılırsa, moleküllerin düzeni yeniden bozulacağı için çelik çubuk da mıknatıslığını yitirir. Bilim adamları Dünya’nın magnetik alanının yaklaşık yüzde 90’ının, bol demir içeren yerçekirdeğindeki elektrik akımlarından kaynaklandığını düşünüyorlar.
