MANYETİZMA

MANYETİZMA; Aim. Magnetismus (n), Fr.
Magnetisme (m), İng. Magnetism. Hareket eden
elektrik yüklerinin, birbirlerine tatbik etmiş oldukları
kuvvetleri inceleyen bir fizik dalı. Bir
elektron hüzmesinin yanına mıknatıs konulduğunda,
hüzme sapar, yolunu değiştirir. Elektrik
motoru da, manyetik kuvvetler esâsına göre çalışır.
Manyetizmin hâkim olduğu en mühim yerlerden
birisi de, atomdur. Çekirdeğin etrâfında dönen
elektronların hareketlerinde, manyetizm tesiri görülür.
Ele alınan iki mıknatısı birbirine yaklaştırınca
meydana gelen itiş veya çekiş gücü kolayca
hissedilir. Hareket eden yükler, manyetik alan
meydana getirir. Manyetik alan da, hareket eden
yüklere kuvvet tatbik eder.
Manyetik alan: Demir tozlarını kâğıda serdiğimizde,
altına tutacağımız mıknatısın manyetik
kuvvet çizgileri, küçük demir parçalarına tesir edecek
ve kuvvet çizgilerini paralel hâle getirecektir.
Böylece, alanın geometrik şekli ortaya çıkacaktır.
Bir telden akım geçmesi, elektron akışına bağlıdır.
Anahtar kapalı iken, elektronlar belli bir momentumla
kablodan akarlar. Yâni, hareket yönünde
akmaya devam etmek isterler. Onları durduracak
kuvvet lâzımdır. Süratli giden araba da böyledir.
Devre açıldığı zaman, akan elektronlar anahtara
basınç yapar ve etaletle, devrenin kırık bölümünü atlamak
isterler. İletkenin teli, sargı hâlinde olursa, aynı
moment ile bu defâ telin ucundan atlamak isterler.
Ancak tel sargıdaki manyetiklik, düz teldeki
manyetiklikten çok fazladır. Bunun sebebi şudur:
Elektronlar, sâdece belli bir kütleye sâhip parçacıklar
değildir. Aynı zamanda, hareket hâlinde iken,içinde bulundukları manyetik alan, elektronların
bir parçasıdır ve kütlelerine tesir eder. Sargıdan çıkan
kıvılcımın daha kuvvetli olması, akımın etrafındaki
manyetik alanın içinde bulunan elektron
kütlelerinin daha ağır olmasına bağlıdır.
Manyetik alan fikrinin sistemimize tesir eden
en enteresan yönlerinden birisi de, manyetik alanın
enerji taşımasıdır. Meselâ radyo anteni, enerjiyi
uzaktaki bir alıcıya, arada kablo olmaksızın hava
vâsıtasıyla ulaştırır. Kablo, enerji için bir rehber
ve istikamet vericiden başka birşey değildir.
Enerji akışı, kablo etrafındaki elektrik ve manyetik
alanlar cinsinden târif edilebilir. Akım için
elektrikî alan, havada enerji transferi için de manyetik
alan lâzımdır.
Atomlar ve moleküller: Her atomda, bir çekirdek
ve etrâfında dönen elektronlar mevcuttur.
Çekirdek, atoma göre çok küçüktür. Fakat kütlenin
esâsını ve pozitif yükü ihtivâ eder. Çekirdeğin o kadar
küçük ebadına rağmen, elektronun negatif yüküne
karşı gelip, onu nötr hâle getirebilen bir pozitif
yüke sâhip olması da dikkat etmeye değer
bir konudur.
Manyetiklik, elektronların dönme hareketlerinden
ileri gelir. Atomların manyetikliği, elektronlarının
dönme hareketlerine göre sınıflandırılabilir.
Eski ilim adamları, atomları katı küreler olarak
kabul ediyorlardı. Bunun sebebi, elektronların,
atom çekirdeği etrâfında çok büyük bir hızla dönmelerindendir.
Elektronlar, çekirdekleri etrafındaki
küçücük yollarında, bir sâniyede, milyarlarca
defâ dönmektedir. Atomun dış yüzeyinde dönen
elektronlar sâniyede 1000-150.000 km yol alırlar
ki, bu süratle giden bir tren, bir sâniyede Haydarpaşadan
Erzurum’a birkaç kere gidip gelebilir. Bir
atom hareketsiz ise, elektronları da hareketsizdir
denemez. Aksine çok hızla döndüğü için duruyormuş
gibidir. Açısal bir momentumu yoktur.
Açısal bir ekseni ve bu eksen etrafında dönmekten
hâsıl olan bir hareketi yoktur. Böyle bir atom, bilardo
topu gibi, kendine çarpan atomlara, katı kürelerin
göstereceği tepkiyi gösterir.
Belli bir ekseni (manyetik eksen) olup, açısal
hareketi olan atomlarda manyetik husûsiyetler görülür.
Atomlarda manyetik hususiyetler mevcut olabildiğine
göre, atomlar birbirleriyle sıkı sıkıya
bağlanıp nötral çiftler meydana getirebilirler. Meselâ,
bir hidrojen atomunun açısal momentumu
vardır ve bu yüzden devamlı mıknatıslık husûsiyeti
taşıyan küçük küreler gibi davranır. Bir çift hidrojen
atomu ise, H2 molekülünü teşkil eder. H2
molekülü olur. Açısal momentumu kalmaz. Sanki
birbirine yapışmış iki mıknatısı andırır. Ancak,
böyle ferdî atomlar birleşerek, daha büyük bir açısal
momentum açığa da çıkabilir. Meselâ iki oksijen atomu birleşince, iki atomun manyetikliği
birbirini nötr hâle getirmez. Manyetik eksenlerini
muhafaza ederler.
Atomlardaki manyetik nötrleştirme meselesi,
ferdî atomların içindeki elektronlar arasında
da olur. Meselâ çift numaralı atomların elektronları,
açısal bir momentumu olmayacak tarzda hareket
eder.
Laboratuvarlarda bir atomun manyetik kuvvetini
tesbit etmek mümkün olabilir. Ayrıca bu
atomun bir manyetik alana göre ne durumda olduğu
da bulunabilir. Ancak alan, homojen bir manyetik
alan olmamalıdır. Şâyet atomun manyetik
kuvvet çizgileri, manyetik alanın kuvvet çizgilerine
paralel ise atom daha kuvvetli manyetik alana
doğru çekilir. Değilse kuvvetli manyetik alandan
daha kuvvetsiz manyetik alana itilir.
Atom hüzme deneyi: Atomlar bir fırından
neşredilerek, çizgi hâlinde bir delikten geçip, içinde
muhtelif oyukları, girinti ve çıkıntıları olan U
elektrikli mıknatısının manyetik alanına tâbi olurlar.
Buradan sonra da bir fotoğraf kâğıdının üzerine
düşerler. Mıknatısa elektrik verilmediği zaman,
gönderilen atomların yeri, fotoğraf kâğıdından
tesbit edilir. Mıknatısa elektrik verilip, homojen olmayan
manyetik alan hâsıl olduğu zaman ise, bu
U şeklinde fakat hüzmenin içinden geçtiği kısım,
girintili çıkıntılı olan mıknatıstan geçen atomların,
fotoğraf kâğıdındaki yeri değişir. Mıknatısın hüzmeye
yakın sivri kısmına teğet geçen atomlar;
manyetik kuvvet çizgileri, mıknatısın manyetik
alanı, kuvvet çizgilerine paralel olan atomlardır.
Diğerlerinin çizgileri ters olduğundan, daha az
kuvvetli çekim alanlarına, yâni mıknatısın geniş
oyuklu yerlerine itilirler.
Mâdem ki dönen atomlann manyetik bir ekseni
vardır, o hâlde manyetik alan içindeki atomların
eksenleri üzerinde de bir fark vardır ve bu fark, ekseni,
alana paralel hâle getirmeye çalışır. Şâyet
büyük bir mıknatıs, bir sargının etrafında döndürülürse
açığa çıkan voltajın frekansı, mıknatısın
dönme frekansına göre değişecektir. Atomik veya
nükleer manyetik endüksiyon deneyleri, katiların
ve sıvıların manyetik alanları ve burada cereyan
eden hareketler hakkında geniş bilgi verirler.
Diamanyetizma ve paramanyetizma: Demir
gibi devamlı mıknatıslanabilen ferromanyetik
maddeler hâriç, maddeler, manyetikliği bakımından
iki sınıfa ayrılabilir: Diamanyetik maddeler ve
paramanyetik maddeler. Diamanyetik maddeler
bir mıknatısın yanma getirildikleri zaman, mıknatıs
bunları iter, paramanyetik maddeleri ise çeker.
Her iki hâlde de manyetizasyon, alan kuvvetiyle
doğru orantılıdır. Diamanyetik maddelerde manyetizma,
alana antiparalel, paramanyetik maddelerde
ise paraleldir.Birçok maddelerin atomları, birbirlerini nötr
hâle getirmeye çalışır. Bu sebeple diamanyetiktir.
Meselâ su, canlı organizma, cam, tahta, plastik
cisimler, bâzı kaya ve metal çeşitleri diamanyetiktir.
Paramanyetik cisimlerin atomları, açısal
momentuma sâhiptirler.
Havadaki oksijen gazı molekülleri birbirinden
uzakta olduğu için, manyetik bir alanın olmadığı
zaman, manyetik husûsiyet göstermez, ancak,
bir mıknatısın kutupları arasındaki basıncın
arttığı müşâhade edilmiştir. Yâni, manyetik alanın
çekim gücü sebebiyle, mıknatısın uçlan arasına oksijen
gazı moleküllerinin dolduğu gözlenmiştir.
Fakat bu çok zayıftır.
Birbiriyle manyetik münasebeti çok az olan
maddelerde, meselâ, gazlarda manyetiklik, tatbik
edilen manyetik alanla doğru orantılı, mutlak sıcaklık
(-273°C) ile ters orantılıdır. Bunu Pierre
Curie bulmuştur. Sıcaklık çok düşürüldüğü zaman
manyetik hâle gelen cisimler vardır.
İçinde tuz bulunan çok seyrek sulu çözeltideki
iyonlar, birbirlerinden uzak olduklarından manyetikliği
çok azdır. Yâni çok az paramanyetikdir.
Bâzı paramanyetik tuzları, ısıyı düşürüp, yükseltmek
sûretiyle kontrol etmek mümkündür.
Bir cismin paramanyetik mi yoksa diamanyetik
mi olduğunu anlamak için, homojen olmayan
iki çubuk elektromıknatıs alınır. Aynı hatta konur.
Böylece manyetik eksenleri yatay hâle gelir.
İkisinin arasına bilinmeyen cisim, manyetik eksene
45°lik açıyla yerleştirilir. Manyetik alan husûle
getirilir. Cisim, mıknatısların istikâmetlerine dönüyorsa
yâni o da yatay hâle geliyorsa paramanyetiktir.
Dik hâle geliyorsa diamanyetiktir.
Demir bir ferromanyetik metaldir. Ferromanyetik
maddeler çok kuvvetli manyetik husûsiyete
sâhiptir. Ancak ferromanyetik cisimlerin bile mıknatıslama
özelliklerini kaybedecekleri kritik sıcaklıklar
vardır. 0°K (-273°C)’de veya çok yüksek
derecelerde manyetiklik değişebilir.