M E R A K E T T ‹ K L E R ‹ N ‹ Z

M E R A K
?
M›knat›s, demir, kobalt vb. metalleri neden çekmektedir? Ayr›ca, m›knat›s›n çekim etkisinin, çok yüksek
s›cakl›klarda erimifl haldeki bu tür metallere karfl›
zay›flad›¤› (hatta yok oldu¤u) söylenmektedir. Neden? Erimifl haldeki bu tür metallerin m›knat›s taraf›ndan çekilebilmesi için ne yapmak laz›m? (Mesela ,
m›knat›s›n gücünü artt›rmak veya erimifl haldeki bu
metallere elektron bombard›man› uygulamak çözüm
olabilir mi?)
Ali Osman Ofraz
Maddelerin manyetik özellikleri o kadar
kar›fl›k bir konu ki, birinci sorudaki "neden" çok uzun bir yan›t gerektiriyor. Burada soruyu "bir m›knat›s neleri çeker?" olarak de¤ifltirip afla¤›daki aç›klamalarda
mümkün oldu¤u kadar, m›knat›sl›¤a neden
olan mikroskobik mekanizmalardan bahsetmemeyi uygun bulduk.
Demirle m›knat›sl›k aras›ndaki ba¤lant›
iyi bilinir. Bu nedenle m›knat›sl›k özelli¤i
gösteren maddelere "demire benzer manyetik özellikleri olan" anlam›nda ferromanyet deniyor. Bilinen ferromanyetler aras›nda tek bir elementten oluflan demir, nikel,
kobalt ve gadolinyum metalleri ve iki ya da
daha fazla elementten oluflan yüzlerce bileflik madde var. Bunlar aras›nda manyetit,
Fe3O4, en iyi bilineni. Ferromanyetlerde
manyetik alan, atomlar›n içindeki elektronlar›n çekirdek etraf›nda ve kendi etraflar›nda dönmeleri sonucu oluflur. Bu maddelerin paralel do¤rultuda yönelmifl atomik
m›knat›slar›n birleflmesinden olufltu¤unu
düflünebiliriz.
Demirden yap›lm›fl bir m›knat›sla, yine
demirden yap›lm›fl ama m›knat›sl›k özelli¤i
olmayan bir çivi aras›nda atomik ölçekte
herhangi bir fark yok. Çivinin manyetik
özelli¤ini gizleyen fley, bu maddenin binlerce küçük manyetik bölgeye bölünmüfl olmas›. Her bir bölge m›knat›sl›k do¤rultusu
ayn› yönde olan atomlardan olufluyor ve
bölgenin bildi¤imiz anlamda bir m›knat›stan fark› yok. Fakat her bölgenin yaratt›¤›
manyetik alan, di¤er bölgelerin yaratt›¤›
alanlar taraf›ndan zay›flat›ld›¤› için, çivinin
d›flar›s›nda gözlemlenebilir bir manyetik
alan oluflam›yor. Bir m›knat›s›n bu çividen
fark›, ya tek bir bölgeden oluflmas› ya da
bir do¤rultudaki bölgelerin hacminin di¤erlerinden fazla olmas›. Bu sayede d›flar›da
net bir manyetik alan oluflabiliyor.
M›knat›slanmam›fl bir çivi bir manyetik
alan içine kondu¤unda, manyetik bölgeler
bu alandan etkilenir. Do¤rultusu manyetik
alanla ayn› yönde olan bölgeler geniflleyerek büyür, z›t yönde olan bölgeler de daraB‹L‹M ve TEKN‹K 110 Temmuz 2001
S
a
???
E T T ‹ K L E R ‹ N ‹ Z
d
i
T
u
r
g
u
Solda, normal bir
demirdeki manyetik
bölgeler.
Afla¤›da, bölgeler bir
manyetik alan›n
uygulanmas›yla
de¤iflir.
l›rlar. Baz› bölgelerin do¤rultular›nda hafif
dönmeler de olur. Bunun sonucunda çivi
manyetik alanla ayn› yönde olan geçici bir
m›knat›sl›k kazan›r. Geçici, çünkü d›flar›dan uygulanan manyetik alan çekildi¤inde
bölgeler genellikle eski hallerine dönerler.
Bazen bölge s›n›rlar› rahatça hareket edemedi¤i için de¤iflim kal›c› da olabilir. Uzun
süre bir m›knat›sla temasta bulunan bir çivinin, m›knat›s çekildi¤inde hafifçe m›knat›sl›k özelli¤i kazand›¤›n› bilirsiniz.
Bölge s›n›rlar›n›n serbestçe hareket edememesinden kaynaklanan bu olaya histerezis deniyor.
Bu geçici m›knat›sl›¤›n
do¤rultusu manyetik alana paraleldir. Örne¤in, e¤er m›knat›s›n kuzey kutbu çiviye daha yak›nsa, çivinin m›knat›sa yak›n k›sm› güney,
uzak k›sm› da kuzey kutbuna sahip olur.
Z›t kutuplar birbirlerini çektikleri için, bu
durumda çivi m›knat›sa do¤ru çekilir.
fiimdi arkadafl›m›z›n birinci sorusunu
yan›tlayabiliriz: M›knat›slar sadece m›knat›slar› çekerler. Yani sadece ferromanyet
olup, bölgelere bölündü¤ü için net bir m›knat›sl›¤› olmayan (bir baflka deyiflle "gizli"
m›knat›sl›¤› olan) maddeler, yukar›da aç›klad›¤›m›z mekanizmayla manyetik alanlar
taraf›ndan çekilirler.
Manyetik bölgeler
t
Bir ferromanyet ›s›t›ld›¤›nda, Curie noktas› olarak adland›r›lan bir s›cakl›kta ve
üzerinde manyetik özelli¤ini kaybeder ve
tamamen normal bir maddeye dönüflür.
Saf demirin Curie noktas› 770 °C’dir. Bu
s›cakl›¤›n üzerinde bir demir parças› ne bir
m›knat›s olabilir, ne de bir m›knat›s taraf›ndan çekilebilir. Curie noktas›ndaki de¤iflim atomik m›knat›slar›n paralel do¤rultuda yönelebilme yeteneklerini kaybetmelerinden kaynaklan›yor. Bu de¤iflimin erimeyle herhangi bir ilgisi yok. Örne¤in demir 1538 °C’de erir. Bir uç örnek vermek
gerekirse, Disprosyum metali -185 °C’de,
oda s›cakl›¤›n›n çok alt›nda, m›knat›sl›¤›n›
kaybeder ve 1411 °C’de erir.
Son olarak, ›s›t›ld›¤› için m›knat›sl›¤›n›
kaybeden ve art›k manyetik alanlar taraf›ndan çekilmeyen maddeleri çekmek için ne
yapabiliriz? Burada en garanti çözüm çok
güçlü manyetik alan uygulamak olacak.
Çünkü bütün maddeler, ferromanyet olsun
ya da olmas›n, manyetik alanlardan etkilenirler. Normal maddelerde bu etki çok zay›f oldu¤u için, evinizde kulland›¤›n›z
m›knat›slarla etkiyi hissedebilmeniz olanaks›z. Ancak büyük laboratuarlarda bulunan güçlü
elektrom›knat›slarla bu kuvveti gözlemlemek mümkün.
Maddeler kabaca üçe ayr›labilir: ferromanyetler, paramanyetler ve diamanyetler. Paramanyetler, t›pk› ferromanyetler gibi üzerlerine uygulanan manyetik alanla ayn› do¤rultuda, fakat çok zay›f bir biçimde, m›knat›slan›rlar. Diamanyetler de tam ters yönde.
Bu nedenle, m›knat›slar paramanyetleri çeker ve diamanyetleri iter. Normalde ferromanyet olan maddeler, Curie noktas›n›n
üzerinde paramanyetiktir. Yani, çok s›cak
bir demir parças›n›, hatta erimifl demiri bile
güçlü bir m›knat›sla çekmek mümkün.
Diamanyetik maddelere en iyi örnek bildi¤imiz su ve canl› maddeler. Diamanyetik
maddenin en ilginç özelli¤i, m›knat›slar taraf›ndan bofllukta sabit tutulabilmeleri. Foto¤rafta Hollanda’daki Nijmegen üniversitesinde gerçeklefltirilen, z›t yönde etkiyen
yerçekimi ve manyetik kuvvetlerle havada
dengede durabilen küçük bir kurba¤a gösteriliyor. Detaylar› ve ayn› deneyin daha
de¤iflik diamanyetler için nas›l yap›ld›¤›n›
görmek istiyorsan›z
http://www.sci.kun.nl/hfml/froglev.html
adresini t›klayabilirsiniz.