Mıknatıslar Nasıl Oluşur?

Hemen hemen herkes temel bir mıknatısa ve onun ne yaptığına veya yapabileceğine aşinadır. Küçük bir çocuk, birkaç dakika oyun ve doğru malzeme karışımı verilirse, belirli bir şeyin kesin olduğunu çabucak anlayacaktır. (çocuğun daha sonra metal olarak tanımlayacağı) tür şeyler mıknatısa doğru çekilirken diğerleri etkilenmez. onun tarafından. Çocuğa oynaması için birden fazla mıknatıs verilirse, deneyler hızla daha da ilginç hale gelecektir.

Manyetizma, fiziksel dünyada çıplak insan gözüyle görülemeyen bir dizi bilinen etkileşimi kapsayan bir kelimedir. İki temel mıknatıs türü şunlardır: ferromıknatıslarkendi etrafında kalıcı manyetik alanlar oluşturan ve elektromıknatıslarAkım taşıyan bir tel bobini tarafından üretilenler gibi bir elektrik alanına yerleştirildiğinde manyetizmanın geçici olarak indüklenebileceği malzemelerdir.

biri sana sorarsa tehlike-stil sorusu "Bir mıknatıs hangi malzemeden oluşur?" o zaman tek bir cevap olmadığından emin olabilirsiniz - ve eldeki bilgilerle, bir mıknatısın nasıl olduğu da dahil olmak üzere, sorgulayıcınıza tüm yararlı ayrıntıları açıklayabileceksiniz. oluşturulan.

Fizikte olduğu gibi - örneğin, yerçekimi, ses ve ışık - manyetizma her zaman "oradaydı", ancak insanlığın yeteneği onu tanımlayın ve deneylere dayanarak onun hakkında tahminlerde bulunun ve sonuçta ortaya çıkan modeller ve çerçeveler, süreç boyunca ilerlemiştir. yüzyıllar. Genel olarak elektromanyetik olarak adlandırılan elektrik ve manyetizma ile ilgili kavramların etrafında bütün bir fizik dalı ortaya çıktı.

Eski kültürler bunun farkındaydılar. mıknatıs taşı, demir ve oksijen içeren mineral manyetitin nadir bir türü (kimyasal formül: Fe₃Ö₄), metal parçalarını çekebilir. 11. yüzyıla gelindiğinde Çinliler, uzun ve ince olan böyle bir taşın havada asılı kalırsa kuzey-güney ekseni boyunca yönleneceğini öğrenmiş ve pusula.

Pusulayı kullanan Avrupalı ​​seyyahlar, Atlantik ötesi yolculuklar boyunca kuzeyi gösteren yönün biraz değiştiğini fark ettiler. Bu, "manyetik kuzey" ve "gerçek kuzey"in biraz farklı olduğu ve dünya genelinde değişen miktarlarda farklı olduğu, Dünya'nın kendisinin esasen büyük bir mıknatıs olduğunun farkına varılmasına yol açtı. (Aynı gerçek ve manyetik güney için de geçerlidir.)

Demir, kobalt, nikel ve gadolinyum gibi sınırlı sayıda malzeme, kendi başlarına güçlü manyetik etkiler gösterir. Tüm manyetik alanlar birbirine göre hareket eden elektrik yüklerinden kaynaklanır. Bir elektromıknatısta, akım taşıyan bir tel bobininin yanına yerleştirerek manyetizmanın indüksiyonu, Ancak ferromıknatıslar bile sadece atomda üretilen küçük akımlar nedeniyle manyetizmaya sahiptir. seviye.

Bir ferromanyetik malzemenin yanına kalıcı bir mıknatıs getirilirse, tek tek demir, kobalt veya malzeme ne olursa olsun atomlarının bileşenleri kuzey ve güney kutuplarından yayılan mıknatısın manyetik olarak adlandırılan hayali etki çizgileri ile kendilerini hizalamaktır. alan. Madde ısıtılır ve soğutulursa, mıknatıslanma kalıcı hale gelebilir, ancak kendiliğinden de olabilir; bu manyetizasyon aşırı ısı veya fiziksel bozulma ile tersine çevrilebilir.

Manyetik monopol yoktur; yani nokta elektrik yüklerinde olduğu gibi "nokta mıknatısı" diye bir şey yoktur. Bunun yerine, mıknatısların manyetik dipolleri vardır ve manyetik alan çizgileri kuzey manyetik kutbundan kaynaklanır ve güney kutbuna dönmeden önce dışa doğru fanlanır. Unutmayın, bu "çizgiler" sadece atomların ve parçacıkların davranışlarını tanımlamak için kullanılan araçlardır!

Daha önce vurgulandığı gibi, manyetik alanlar akımlar tarafından üretilir. Kalıcı mıknatıslarda, bu mıknatıs atomlarındaki elektronların iki tür hareketi tarafından küçük akımlar üretilir: Atomun merkezi protonu etrafındaki yörüngeleri ve dönmeleri veya çevirmek.

Çoğu malzemede, küçük manyetik anlar Belirli bir atomun tek tek elektronlarının hareketiyle yaratılan birbirini yok eder. Olmadıklarında, atomun kendisi küçük bir mıknatıs gibi davranır. Ferromanyetik malzemelerde, manyetik momentler sadece birbirini götürmekle kalmaz, aynı zamanda kendilerini aynı hizaya getirirler. aynı yönde ve uygulanan bir harici manyetik hattın çizgileriyle aynı yönde hizalanacak şekilde kaydırma alan.

Bazı malzemeler, uygulanan bir manyetik alan tarafından değişen derecelerde manyetize edilmelerine izin verecek şekilde davranan atomlara sahiptir. (Unutmayın, bir manyetik alanın olması için her zaman bir mıknatısa ihtiyacınız yoktur; yeterince büyük bir elektrik akımı işinizi görecektir.) Göreceğiniz gibi, bu malzemelerin bazıları manyetizmanın kalıcı bir parçası olmak istemezken, diğerleri daha hüzünlü bir şekilde davranır.

Yalnızca manyetizma sergileyen metallerin adlarını veren bir manyetik malzeme listesi, bir manyetik malzeme listesi kadar kullanışlı olmayacaktır. Manyetik alanların davranışına göre sıralanan manyetik malzemelerin listesi ve mikroskobik olarak işlerin nasıl yürüdüğü seviye. Böyle bir sınıflandırma sistemi mevcuttur ve manyetik davranışı beş türe ayırır.

• Diyamanyetizma: Çoğu malzeme, bir dış manyetik alana yerleştirilen atomların manyetik momentlerinin kendilerini uygulanan alanın tersi yönde hizaladığı bu özelliği sergiler. Buna göre, ortaya çıkan manyetik alan, uygulanan alana karşı çıkar. Ancak bu "reaktif" alan çok zayıftır. Bu özelliğe sahip malzemeler herhangi bir anlamda manyetik olmadığından, manyetizmanın gücü sıcaklığa bağlı değildir.
  
• Paramanyetizma: Alüminyum gibi bu özelliğe sahip malzemeler, pozitif net dipol momentli bireysel atomlara sahiptir. Bununla birlikte, komşu atomların dipol momentleri genellikle birbirini iptal ederek malzemeyi bir bütün olarak manyetize edilmemiş halde bırakır. Bir manyetik alan uygulandığında, alana tamamen zıt olmak yerine, manyetik dipoller atomlar kendilerini uygulanan alanla eksik bir şekilde hizalarlar, bu da zayıf bir şekilde manyetize edilmiş bir malzeme.
  
• ferromanyetizma: Demir, nikel ve manyetit (lodestone) gibi malzemeler bu güçlü özelliğe sahiptir. Daha önce de değinildiği gibi, komşu atomların dipol momentleri, bir manyetik alanın yokluğunda bile kendilerini hizalarlar. Etkileşimleri, 1000'e ulaşan büyüklükte bir manyetik alanla sonuçlanabilir. tesla, veya T (manyetik alan kuvvetinin SI birimi; bir kuvvet değil, ona benzer bir şey). Karşılaştırıldığında, Dünya'nın manyetik alanı 100 milyon kat daha zayıf!
  
• Ferrimanyetizma: Önceki malzeme sınıfından tek bir sesli harfin farklılığına dikkat edin. Bu malzemeler genellikle oksitlerdir ve benzersiz manyetik etkileşimleri, bu oksitlerdeki atomların bir kristal "kafes" yapısında düzenlenmesi gerçeğinden kaynaklanır. Ferrimanyetik malzemelerin davranışı, ferromanyetik malzemelerin davranışına çok benzer, ancak uzaydaki manyetik elementler farklıdır, bu da farklı sıcaklık duyarlılığı seviyelerine ve diğer ayrımlar.
  
• Antiferromanyetizma: Bu malzeme sınıfı, özel bir sıcaklık duyarlılığı ile karakterize edilir. Belirli bir sıcaklığın üzerinde, Neel sıcaklığı veya T_N, malzeme bir paramanyetik malzeme gibi davranır. Böyle bir malzemenin bir örneği hematittir. Bu malzemeler de kristaldir, ancak adlarından da anlaşılacağı gibi, kafesler şu şekilde düzenlenmiştir: hiçbir harici manyetik alan olmadığında manyetik dipol etkileşimlerinin tamamen iptal olduğunu mevcut.