Manyetizma: Tanımı, Türleri, Özellikleri ve Nasıl Çalıştıkları (Örneklerle)

Mıknatıslar. Onları buzdolabınızda bulunduruyorsunuz, onlarla çocukken oynadınız, hatta pusula iğnesi Dünya'nın manyetik kuzey kutbunu işaret ederken elinizde bir pusula tuttunuz. Ama nasıl çalışıyorlar? Bu manyetizma fenomeni nedir?

Manyetizma, temel elektromanyetik kuvvetin bir yönüdür. Mıknatıslar veya manyetik nesnelerle ilişkili fenomenleri ve kuvvetleri tanımlar.

Tüm manyetik alanlar, hareketli yük veya değişen elektrik alanları tarafından üretilir. Bu nedenle elektrik ve manyetizma fenomenlerine topluca elektromanyetizma denir. Onlar gerçekten bir ve aynı!

Tüm materyallerde, atomlar elektronlar içerir ve bu elektronlar, genel hareketleriyle minyatür bir manyetik dipol oluşturarak atom çekirdeğinin etrafında bir bulut oluşturur. Bununla birlikte, çoğu malzemede, bu mini-mıknatısların yönelimlerinin rastgele dağılımı, alanların birbirini götürmesine neden olur. Ferromanyetik malzemeler istisnadır.

Birçok malzeme, demir, manganez, manyetit ve kobalt dahil olmak üzere manyetik fenomen sergiler. Bunlar kalıcı mıknatıslar olarak var olabilir veya paramanyetik olabilir (yani, manyetik malzemelere çekilir, ancak kalıcı manyetizmayı tutmaz). Elektromıknatıslar, demir gibi bir malzemenin etrafına sarılmış bir telden elektrik akımı geçirilerek (veya hareketli elektrik yükünün olduğu herhangi bir durumla) oluşturulur.

Manyetik malzemeler, bu malzemelerin hangi kısımlarının bir araya getirildiğine bağlı olarak ya birbirini çekebilir ya da itebilir.

Elektrik kuvveti ve yerçekimi kuvvetinde olduğu gibi, birbirlerine manyetik kuvvet uygulayan cisimler de etraflarında bir alan oluşturur. Örneğin bir çubuk mıknatıs, etrafındaki boşlukta bir manyetik alan oluşturarak, bu alana getirilen diğer mıknatısların veya ferromanyetik malzemelerin sonuç olarak bir kuvvet hissetmesine neden olur.

Manyetik alanı görselleştirmenin bir yolu demir tozları kullanmaktır. Demir talaşları, bir mıknatısın etrafına serpildiğinde dış manyetik alan çizgileriyle hizalanarak onları görselleştirmenizi sağlayan küçük demir parçalarıdır.

Manyetik alan kuvveti ile ilişkili SI birimi tesla'dır.

Manyetik alan kuvveti ile ilişkili diğer bir yaygın birim gauss'tur.

1 Gauss = 1G = 10^-4 T

Birçok farklı manyetizma türü vardır:

​paramanyetizmaMıknatıslar tarafından zayıf bir şekilde çekilebilen ancak kendileri kalıcı bir manyetik alan tutmayan belirli malzemeleri tanımlar. Harici bir alanın varlığında, hizalanan dahili, indüklenmiş manyetik alanlar oluşturacaklar. Bu, genel olarak manyetik alanın geçici olarak amplifikasyonuna neden olabilir. Bazı değerli taşlar da dahil olmak üzere birçok farklı paramanyetik malzeme türü vardır.

​diamanyetizmatüm malzemeler tarafından sergilenen, ancak tipik olarak manyetik olmadığını düşündüğümüz malzemelerde en belirgin olan bir özelliktir. Diamanyetik malzemeler manyetik alanlar tarafından çok zayıf bir şekilde itilir. Kalıcı mıknatıslarda ve paramanyetik malzemelerde diamanyetizmanın etkileri ihmal edilebilir düzeydedir.

​elektromanyetizmabir telden elektrik akımı geçtiğinde meydana gelir. Bu tel, etkiyi arttırmak için bir demir çubuğun etrafına sarılabilir, çünkü demir, dış alanla hizalanan kendi manyetik alanını yaratacaktır. Bu manyetizma biçimi, elektronların hareketinin bir manyetik alan oluşturmasının doğrudan bir sonucudur. (Yine, elektrik ve manyetizma aynı temel fiziksel özelliğin iki yüzüdür!)

​ferromanyetizmaferromanyetik malzemeler olarak adlandırılan belirli malzemelerin, bir sonraki bölümde daha ayrıntılı olarak tartışılacak olan kalıcı mıknatısları nasıl oluşturduğunu açıklar.

Mıknatıslar tarafından kuvvetle çekilen maddelere ferromanyetik denir. Demir, bu türün en yaygın malzemesidir. (Latince önekinden beri şaşırtıcı değildemir- "demir" anlamına gelir.)

Ferromanyetik malzemeler, manyetik alanlar denen şeye sahiptir; yani, içlerinde mıknatıs gibi olan, ancak genel etkinin ortadan kalkması ve genellikle mıknatıs gibi davranmaması için farklı yönlere yönlendirilmiş bölgeler. Bununla birlikte, bu malzemeler bir manyetik alana yerleştirilirse, bu, etki alanlarının hizalanmasına neden olabilir. hepsinin aynı yönde hizalanmış olduğunu ve bu nedenle (genellikle geçici olarak) mıknatıs gibi olduklarını kendilerini.

Ferromanyetik malzemeler arasında mıknatıs taşı, demir, nikel, kobalt ve neodimyum dahil olmak üzere çeşitli nadir toprak malzemeleri bulunur.

Bir çubuk mıknatıs, dikdörtgen veya silindirik bir manyetik malzeme çubuğudur. Bir çubuk mıknatısın uçları kuzey ve güney kutuplarıdır. Bunlar iki tip manyetik kutuptur ve pozitif ve negatif yüklerin elektrik kuvveti aracılığıyla nasıl etkileştiğine benzer bir şekilde manyetik bir kuvvet yoluyla birbirleriyle etkileşirler.

Çubuk mıknatıslar manyetik dipollerdir. Bir elektrik dipolüne benzer bir mesafeyle ayrılmış zıt kutupları vardır. Bununla birlikte, birincil farklardan biri, mıknatıslarda, yüklerde olduğu gibi bir monopole (yalıtılmış bir kutup) sahip olamamanızdır. Mıknatıs her zaman dipol olarak var olur ve asla tek başına kuzey kutbu veya tek başına güney kutbu olarak bulunmaz. (Kutupları ayırmaya çalışmak için bir çubuk mıknatısı ikiye bölerseniz, iki küçük çift kutuplu mıknatıs elde edersiniz!)

Muhtemelen bildiğiniz gibi, Dünya'nın bir manyetik alanı vardır. Bu, insanların kutuplara göre hangi yöne baktıklarını belirlemek için pusula kullanmalarını sağlar. Manyetik pusula, serbestçe hareket edebilen ve herhangi bir dış alanla hizalanabilen küçük bir mıknatıstan oluşur. Pusulanın ibresinin kırmızı ucu kuzeyi gösterir. Dünyanın manyetik alanı dev bir çubuk mıknatıs gibi davranır. Bu hayali çubuk mıknatıs, mıknatısın kuzey ucu Dünya'nın güney kutbunda ve mıknatısın güney ucu, Dünya'nın kuzey kutbunda olacak şekilde yönlendirilmiştir.

Dünyanın manyetik alanı da çoğu yerde Dünya yüzeyine paralel değildir. Bir daldırma iğnesi kullanarak Dünya'nın manyetik alanının sapmasını belirleyebilirsiniz. Önce iğneyi yatay olarak yönlendirin ve Dünya'nın manyetik kuzeyine hizalayın. Ardından dikey olarak çevirin ve eğim açısını gözlemleyin. Kutuplara yaklaştıkça açı artar.

Dünyanın manyetik alanı, manyetosfer adı verilen gezegeni çevreleyen bir uzay bölgesi oluşturur. Manyetosfer, esasen Dünya eksenine yakın hizalanmış çok büyük bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benziyor, ancak manyetosfer yüklü parçacıklarla etkileşime girdiğinde deforme olabiliyor.

Manyetosfer bizi yüklü parçacıklar içeren güneş rüzgarından korur. Bu parçacıklar ve manyetik alan çizgileri arasındaki etkileşimler, auroralara yol açan şeydir.

Manyetizma olgusu, her türlü günlük uygulamada kullanılır.

Elektromanyetizma olgusu, elektrik jeneratörlerinde mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmemizi sağlar. Elektrik jeneratörleri, tel bobinlere göre manyetik alanı değiştiren ve akımın akmasını sağlayan bir türbini (esen rüzgar veya akan su) döndürmek için mekanik araçlar kullanır.

Elektrik motorları, esasen elektrik jeneratörlerinin tam tersidir ve dönüştürmek için elektromanyetizma kullanır. elektrikli matkap, mikser veya elektrikli bir makine çalıştırmak için olsun, elektrik enerjisini mekanik enerjiye araç.

Endüstriyel elektromıknatıslar, hurdalıktaki eski araçları toplamalarını sağlayan çok güçlü manyetik alanlara sahip dev mıknatıslardır.

MRI makineleri, iç organlarınızın görüntülerini oluşturmak için güçlü manyetik alanlar kullanır ve doktorların bir dizi tıbbi durumu teşhis etmesine olanak tanır.