PowerPoint Sunusu

Manyetik Özellikler
Manyetik momentin
okla gösterimi
TARİHÇE
Mt. Olympus
Greece
Troy
Magnesia, Manisa
Turkey
The Stone from Magnesia - Magnetite
Magnetite (or lodestone): opaque, black, ceramic crystal. Magnetite (FeO · Fe2O3) is
an oxide of iron which, unlike Fe2O3, is strongly magnetic.
• Magnetizma olgusu üzerine ilk
önemli yapıtın yazarı İngiliz
bilim adamı William Gilbert
(1544-1600)’dir.
• 1600 yılında yayınlanan “De
Magnet” adlı yapıtında Gilbert
dünyanın de bir mıknatıs
olduğunu ve pusulanın ibresinin
dünyanın manyetik kutbunu
gösterdiğini söylemiştir.
• Manyetizmanın, elektrik ile ilgisi
1820 yılına kadar anlaşılamamıştır.
• 1820 yılında Hans Christian Oersted (1775-1851)
pusula iğnesinin yakınındaki bir telden akım
geçtiğinde pusula iğnesinin saptığını görmüş ve bir
telin içinden akım geçirildiğinde telin çevresinde
manyetik alan oluştuğu sonucuna da varmıştır.
• Yine aynı yıl Fransız matematikçi
ve fizikçi Andre Marie Ampere
(1775-1836) üzerinden akım geçen
iki telin birbirlerine kuvvet etki
gözlemlemiştir.
ettirdiğini
• Tellerden geçen akımlar aynı yönlü iken teller
birbirini itiyor, zıt yönlü iken çekiyordu.
• Ampere, manyetik alan ile bu alanı doğuran akım
arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak formülize
etmeyi başardı.
• Oersted, elektrik akımının manyetik
alan doğurduğunu bulmuştu.
• İngiliz kimyacı ve fizikçi Michael
Faraday (1791-1867) mıknatısların
elektrik akımı yarattığını ve değişen
manyetik
alanın
elektrik
alanı
doğurduğunu buldu.
• Magnetik tek-kutup yoktur..!
S
N
Magnetik tek-kutup yani manyetik yük
(monopol) yoktur.
Bir
mıknatısı
2’ye
bölünürse
iki
yeni
mıknatıs elde edilir.
Dünyanın Manyetik Alanı
•Dünyanın çekirdek kısmındaki
bazı akımların oluşması, dünyanın
manyetik alanının kaynağı olarak
düşünülmektedir.
•Bunu daha iyi anlayabilmek için
dünyanın merkezinde bir çubuk
mıknatıs olduğu düşünülür.
•Coğrafi kutup ekseni ile manyetik
kutup ekseni arasında bir açı
vardır.
•Coğrafi kuzey kutup, manyetik
güney kutuptur.
•Ekvator dışında kalan bölgelerde
yerin manyetik alanının yüzeye dik
bileşeni vardır.
Şekil a. Yörünge elektronu ve b. Dönen elektron ile ilişkili
manyetik moment gösterimi
En temel manyetik moment Bohr
manyetonu μB (MB)’dir ve 9,27 × 10-24
A ∙ m2 değerine eşittir. Bir atomdaki her
bir elektronun spin manyetik momenti
±μB (+ işareti yukarı doğru, – işareti ise
aşağı doğru spin hareketi) ile gösterilir.
Dışarıdan uygulanan manyetik alan bazen
manyetik alan şiddeti olarak adlandırılır ve H
ile gösterilir. Manyetik alan birbirine yakın
mesafeli N çevrimli, l uzunluğunda ve I kadar
akım taşıyan bir silindirik sargı (veya selenoid)
tarafından üretilmesi durumunda,
Bir H manyetik alanına maruz bırakılan bir
maddedeki manyetik alan şiddetinin büyüklüğü,
manyetik
indükleme
veya
manyetik
akı
yoğunluğu ile ifade edilir ve B ile gösterilir.
• χm manyetik hassasiyet olarak adlandırılır ve
birimsizdir. Manyetik hassasiyet ile bağıl
geçirgenlik arasında aşağıdaki ilişki vardır:
Magnetiklik türleri
Bir malzemeye magnetik alan uygulandığı zaman aşağıdaki
davranışlardan birini sergiler.
Diamanyetizma, manyetizmanın çok zayıf bir türüdür, kalıcı
nitelikte olmayıp manyetiklik davranışını sadece dışarıdan bir
alan uygulanması durumunda koruyabilir. Bu, uygulanan
manyetik alanın etkisiyle elektronların yörünge hareketindeki
değişiklikten kaynaklanır.
Diamanyetizma
Bir malzemenin atomlarını etkileyen bir dış manyetik alanı,
yörüngede dönen elektronların dengesini hafifçe bozar ve
atomların içinde uygulanan alana zıt, küçük mıknatıs çift
kutupları yaratır. Bu olay eksi duyarlık diye adlandırılan eksi
bir mıknatıs etki yaratır.
Eksi duyarlık, χm ≈ -10-6 değerinde, çok küçük bir eksi mıknatıs
duyarlığı oluşturur. Tüm malzemelerde eksi duyarlık
bulunmakta, fakat çoğunda artı mıknatıs etkiler tarafından yok
edilir. Bu olay mühendislik açısından önemsizdir.
31
Paramanyetizma
Bir mıknatıs alanı altında, küçük bir artı mıknatıs
duyarlığı gösteren malzemeler artı duyarlı malzemeler,
gösterdikleri mıknatıs etki ise artı duyarlık diye
adlandırılır.
Artı duyarlılık, atomların ya da moleküllerin mıknatıslı çift
kutup momentlerinin uygulanan alanla aynı yönde dizilmeleri
sonucudur. Uygulanan alan kaldırıldığında malzemedeki artı
duyarlık etkisi yok olur. Artı duyarlık, malzemede, 10-6 – 10-2
arasında bir mıknatıs duyarlığı oluşturur ve pek çok
malzemede görülür.
34
Dışarıdan bir manyetik alan uygulanmaması durumunda,
atomsal manyetik momentlerin yönleri gelişigüzeldir ve bu
nedenle, malzemenin küçük bir parçası bile makro ölçekte
manyetik davranış sergilemez. Bu atomsal dipoller dönme
hareketi için serbesttir ve bir dış alan etkisinde dönme ile
tercihli olarak yönlenmeleri neticesinde paramanyetik özellik
kazanırlar.
Ferromanyetik metalik malzemeler bir dış alana ihtiyaç
duymaksızın, kalıcı manyetik momente sahiptirler ve manyetik
davranışları kalıcıdır ve akı yoğunlukları büyüktür. Fe (HMK, αferrit), Co, Ni geçiş elementlerinde ve nadir toprak
elementlerinde, örneğin gadolinyum (Gd)’da görülür.
Şekil. Bir ferromanyetik malzemede,
manyetik
alanın
bulunmaması
durumunda atomsal dipollere ait
yönlenmenin şematik gösterimi
Bir ferromanyetik malzemede mümkün olan maksimum
manyetikleşme veya doyma manyetikleşmesi Ms, bir dış
alan etkisinde bir katı içerisindeki bütün dipollerin ortak
olarak dizilmiş olduğuna işaret eder ve ayrıca buna karşılık
gelen bir doyma manyetik akı yoğunluğu Bs söz konusudur.
Bazı seramik malzemelerin de kalıcı manyetikleşme
göstermesi ferrimanyetizma olarak adlandırılır.
o
Uygulamada diamanyetik ve paramanyetik malzemeler
manyetik olmayan, ferromanyetikler ise manyetik malzeme
kabul edilmektedir. Diamanyetiklerde enerji bandları tam
doludur ve manyetik kutup yoktur.
Manyetik kuvvetin etkisi ile, kendisi manyetik olmadığı halde
çekilen
maddelere
paramanyetik,
itilen
maddelere
diamanyetik denir. Paramanyetik maddelere örnek olarak
alüminyum, baryum ve oksijen, diyamanyetik maddelere ise
civa, altın ve bizmut ve benzeri maddeler verilebilir.
Ferromanyetik
malzemelerde
elektron
yapıları
paramanyetiklere benzer boş alt enerji düzeylerinde tek olan
e’lar manyetik alan oluşturur. Gruplar halinde komşu
atomların manyetik kutupları paralel olarak yönlenirler ve
manyetik alanlar meydana gelir.
40
Komşu
atom
veya
iyon
çiftlerinin spin momentlerinin
tamamen birbirine zıt yönde
dizilmesi antiferromanyetizma
olarak adlandırılır.
MnO is antiferromagnetic
43
Magnet Types Summarized
Magnetism
Susceptibility
Example /
Susceptibility
Atomic / Magnetic Behavior
Small & negative.
Atoms have no
magnetic moment
Au
Cu
-2.74x10-6
-0.77x10-6
Paramagnetism
Small & positive.
Atoms have
randomly oriented
magnetic moments
β-Sn
Pt
Mn
0.19x10-6
21.04x10-6
66.10x10-6
Ferromagnetism
Large & positive,
function of applied Atoms have parallel
field,
aligned magnetic
microstructure
moments
dependent.
Fe
~100,000
Cr
3.6x10-6
Ba
ferrite
~3
Diamagnetism
Antiferromagnetism Small & positive.
Ferrimagnetism
Atoms have mixed
parallel and antiparallel aligned
magnetic moments
Large & positive,
function of applied Atoms have antifield,
parallel aligned
microstructure
magnetic moments
dependent
Örnek 1: 5000 nispi (relatif) geçirgenlikli bir malzemeye
2387 A/m bir manyetik alan uygulandığında manyetikleşme
ve indüktansı (manyetik akı yoğunluğu, B) hesaplayınız?
Örnek 2: Fe-%80 Ni alaşımının max. 300.000 relatif
geçirgenliğe sahip olması için manyetik akı yoğunluğu 0.35
T uygulanıyor. Alaşım 20 sarımlı 20 mm uzunluğunda bir
bobine yerleştiriliyor. İletken içinden geçmesi gereken akımı
hesaplayınız? (Cevap: 0.00093 A)