Manyetizma nedir, manyetizmanın kullanım alanları nelerdir?

Manyetizma nedir : 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 esasına göre çalışır. Manyetizmin hakim olduğu en mühim yerlerden birisi de, atomdur. Çekirdeğin etrafında 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 kağıda serdiğimizde, altına tutacağımız mıknatısın manyetik kuvvet çizgileri, küçük demir parçalarına tesir edecek ve kuvvet çizgilerini paralel hale getirecektir. Böylece, alanın geometrik şekli ortaya çıkacaktır.
Bir telden akım geçmesi, elektron akışına bağlıdır. anahtar kapalı iken, elektronlar belli bir momentumla kablodan akarlar. Yani, hareket yönünde akmaya devam etmek isterler. Onları durduracak kuvvet lazımdır. Süratli giden araba da böyledir.
Devre açıldığı zaman, akan elektronlar anahtara basınç yapar ve etaletle, devrenin kırık bölümünü atlamak isterler. İletkenin teli, sargı halinde olursa, aynı moment ile bu defa telin ucundan atlamak isterler. Ancak tel sargıdaki manyetiklik, düz teldeki manyetiklikten çok fazladır. Bunun sebebi şudur: Elektronlar, sadece belli bir kütleye sahip parçacıklar değildir. Aynı zamanda, hareket halinde 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. Mesela radyo anteni, enerjiyi uzaktaki bir alıcıya, arada kablo olmaksızın hava vasıtasıyla ulaştırır. Kablo, enerji için bir rehber ve istikamet vericiden başka birşey değildir. Enerji akışı, kablo etrafındaki elektrik ve manyetik alanlar cinsinden tarif edilebilir. Akım için elektriki alan, havada enerji transferi için de manyetik alan lazımdır.
Atomlar ve moleküller: Her atomda, bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlar mevcuttur. Çekirdek, atoma göre çok küçüktür. Fakat kütlenin esasını ve pozitif yükü ihtiva eder. Çekirdeğin o kadar küçük ebadına rağmen, elektronun negatif yüküne karşı gelip, onu nötr hale getirebilen bir pozitif yüke sahip 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 etrafında çok büyük bir hızla dönmelerindendir. Elektronlar, çekirdekleri etrafındaki küçücük yollarında, bir saniyede, milyarlarca defa dönmektedir. Atomun dış yüzeyinde dönen elektronlar saniyede 1000-150.000 km yol alırlar ki, bu süratle giden bir tren, bir saniyede 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 hasıl 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 hususiyetler görülür. Atomlarda manyetik hususiyetler mevcut olabildiğine göre, atomlar birbirleriyle sıkı sıkıya bağlanıp nötrol çiftler meydana getirebilirler. Mesela, bir hidrojen atomunun açısal momentumu vardır ve bu yüzden devamlı mıknatıslık hususiyeti taşıyan küçük küreler gibi davranır. Bir çift hidrojen atomu ise, H 2 molekülünü teşkil eder. H 2 molekülü olur. Açısal momentumu kalmaz. Sanki birbirine yapışmış iki mıknatısı andırır. Ancak, böyle ferdi atomlar birleşerek, daha büyük bir açısal momentum açığa da çıkabilir. Mesela iki oksijen atomu birleşince, iki atomun manyetikliği birbirini nötr hale getirmez. Manyetik eksenlerini muhafaza ederler.
Atomlardaki manyetik nötrleştirme meselesi, ferdi atomların içindeki elektronlar arasında da olur. Mesela çift numaralı atomların elektronları, açısal bir momentumu olmayacak tarzda hareket eder. Laboratuvarlarda bir atomun manyetik kuvvetini tespit etmek mümkün olabilir. Ayrıca bu atomun bir manyetik alana göre ne durumda olduğu da bulunabilir. Ancak alan, homojen bir manyetik alan olmamalıdır. Şayet 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 halinde bir delikten geçip, içinde muhtelif oyukları, girinti ve çıkıntıları olan U elektrikli mıknatısının manyetik alanına tabi olurlar. Buradan sonra da bir fotoğraf kağıdının üzerine düşerler. Mıknatısa elektrik verilmediği zaman, gönderilen atomların yeri, fotoğraf kağıdından tespit edilir. Mıknatısa elektrik verilip, homojen olmayan manyetik alan hasıl olduğu zaman ise, bu U şeklinde fakat hüzmenin içinden geçtiği kısım, girintili çıkıntılı olan mıknatıstan geçen atomların, fotoğraf kağıdındaki 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, yani mıknatısın geniş oyuklu yerlerine itilirler.
Madem ki dönen atomların manyetik bir ekseni vardır, o halde manyetik alan içindeki atomların eksenleri üzerinde de bir fark vardır ve bu fark, ekseni, alana paralel hale getirmeye çalışır. Şayet büyük bir mıknatıs, bir sargının etrafında döndürülürse açığa çıkan voltajın frekansı, mıknatısın dönme frekansına göre değişecektir. Atomik veya nükleer manyetik endüksiyon deneyleri, katıların ve sıvıların manyetik alanları ve burada cereyan eden hareketler hakkında geniş bilgi verirler.
Diamanyetizma ve para manyetizma: Demir gibi devamlı mıknatıslanabilen ferromanyetik maddeler hariç, maddeler, manyetikliği bakımından iki sınıfa ayrılabilir: Diamanyetik maddeler ve paramanyetik maddeler. Diamanyetik maddeler bir mıknatısın yanına getirildikleri zaman, mıknatıs bunları iter, paramanyetik maddeleri ise çeker. Her iki halde de manyetizasyon, alan kuvvetiyle doğru orantılıdır. Diamanyetik maddelerde manyetizma, alana antiparalel, paramanyetik maddelerde ise paraleldir. Birçok maddelerin atomları, birbirlerini nötr hale getirmeye çalışır. Bu sebeple diamanyetiktir. Mesela su, canlı organizma, cam, tahta, plastik cisimler, bazı kaya ve metal çeşitleri diamanyetiktir. Paramanyetik cisimlerin atomları, açısal momentuma sahiptirler.
Havadaki oksijen gazı molekülleri birbirinden uzakta olduğu için, manyetik bir alanın olmadığı zaman, manyetik hususiyet göstermez, ancak, bir mıknatısın kutupları arasındaki basıncın arttığı müşahade edilmiştir. Yani, manyetik alanın çekim gücü sebebiyle, mıknatısın uçları arasına oksijen gazı moleküllerinin dolduğu gözlenmiştir. Fakat bu çok zayıftır.
Birbiriyle manyetik münasebeti çok az olan maddelerde, mesela, gazlarda, manyetiklik tatbik edilen manyetik alanla doğru orantılı, mutlak sıcaklık (-273°C) ile ters orantılıdır. Bunu Pierre Curie bulmuştur. Sıcaklık çok düşürüldüğü zaman manyetik hale gelen cisimler vardır.
İçinde tuz bulunan çok seyrek sulu çözeltideki iyonlar, birbirlerinden uzak olduklarından manyetikliği çok azdır. Yani çok az paramanyetikdir.
Bazı paramanyetik tuzları, ısıyı düşürüp, yükseltmek suretiyle 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 hale gelir. İkisinin arasına bilinmeyen cisim, manyetik eksene 45°lik açıyla yerleştirilir. Manyetik alan husule getirilir. Cisim, mıknatısların istikametlerine dönüyorsa yani o da yatay hale geliyorsa paramanyetiktir. Dik hale geliyorsa diamanyetiktir.
Demir bir ferromanyetik metaldir. Ferromanyetik maddeler çok kuvvetli manyetik hususiyete sahiptir. Ancak ferromanyetik cisimlerin bile mıknatıslama özelliklerini kaybedecekleri kritik sıcaklıklar vardır. O°K (-273°C)’de veya çok yüksek derecelerde manyetiklik değişebilir.