Mıknatıs, kendi etrafında manyetik alan oluşturabilen nesne ya da cihazdır.
Her madde atomlardan oluşur. Atomu oluşturan parçacıklardan biri de, atom çekirdeğinin etrafında dönen elektrondur. Elektronlar atomun etrafında dönerek elektrik akımı oluştururlar ve aslında her elektron küçük bir mıknatıs gibidir.
Maddelerin çoğunda eşit sayıda elektron zıt yönde hareket ettiğinde manyetizmaları zayıftır. Bunlara örnek olarak kıyafetler ve kağıt verilebilir.
Demir, kobalt ve nikelde elektronların çoğunluğu aynı yönde hareket eder. Bu yüzden bunlar oldukça manyetiktir, ama henüz mıknatıs değillerdir.
Mıknatıs olabilmeleri için bu nesnelerin, güçlü bir mıknatısın manyetik alanına girmeleri gerekir. Her mıknatısın kuzey ve güney kutbu vardır. Zıt kutuplar birbirini çekerken, aynı kutuplar birbirini iter.
Bir demir parçası güçlü bir mıknatısa sürtüldüğünde, demirdeki kuzeyi arayan atomlar bir yönde sıralanır. Bu da, demir parçasının mıknatıs özelliği göstermesine neden olur.
Bazı nesneler elektrik yoluyla da manyetik özellik kazanabilir. Örneğin, içinden elektrik geçen bir telin manyetik alanı oluşur. Ancak, elektrik kapatıldığında, tel bu özelliğini yitirir.
Mıknatısın Özellikleri
- Mıknatıslar demir, nikel, kobalt gibi ferromanyetik nesneleri çekerler.
- Her mıknatısın kuzey ve güney olmak üzere iki kutbu vardır. Tek kutuplu mıknatıs yoktur.
- Aynı kutuplar birbirini iterken, zıt kutuplar birbirini çeker.
- Mıknatısın manyetik kuvveti orta kısma göre kutuplarda daha yoğundur.
- Mıknatıslar birbirlerine yaklaştıkça, birbirlerine uyguladıkları manyetik kuvvet artar.
- Çubuk mıknatıs bir düzenekte serbest bırakıldığında, mıknatısın kuzey kutbu Dünya‘nın kuzey kutbuna doğru döner. Çünkü Dünya’nın coğrafi kuzey kutbu çok güçlüdür ve dev bir mıknatıs gibi çalışır.
- Mıknatıslar bölünseler de, yeni oluşan parçaların da kuzey ve güney kutupları oluşur ve böylece mıknatıs özelliği yitirilmez.
Mıknatıslar Nasıl Sürekli Çalışabilirler?
Kısaca söylemek gerekirse enerji ve kuvvet aynı şey değillerdir. Enerjinin aktarımı yani iş, kuvvetin ve yer değişiminin bir ürünüdür. Yani kuvvetin işleyebilmesi için bir şeyin hareket etmesi gerekir. Mıknatısa yapışmış bir tutturgaç (ataş) bir şeyi hareket ettirmez, arada bir enerji alışverişi yoktur.
Bu yanılgıyı deneyimlerinize dayanarak çözebilirsiniz. Eğer kollarınızı açıp beklerseniz, kuvvet uyguladığınız için bir süre sonra yorulursunuz. Ama bunun sebebi kaslarınızın nasıl çalıştığıdır. Durumunuzu koruyabilmeniz için enerji gerekir, enerji de ısı üretir. Kollarınız bir şey yapmasa da enerjiye ihtiyaç duyarsınız.
Newton‘cı kütleçekimi de sürekli bir kuvvet uygular, fakat sadece bir nesneyi aşağı yukarı hareket ettirdiğinizde, yani kütleçekimsel potansiyel enerjisini değiştirdiğinizde, etki eder. Mıknatıslarda da böyle olur.
Mıknatıslardaki Kuvvet Nasıl İşler?
Mıknatısın etrafında manyetik kuvvetin uygulandığı alana manyetik alan denir. İçinden akım geçen bir kablonun etrafında da manyetik alan vardır. Yani manyetik alanlar elektrik yüklerinin hareketiyle oluşurlar. Yukarıdaki resimde gördüğünüz gibi bir mıknatısın manyetik alanı üzerindeki negatif yüklerin hareketiyle oluşur.
Mıknatıslar Nasıl Yapılır?
Mıknatısları yapabilmek için asal mıknatıslı (ferromanyetik) metaller belli bir dereceye kadar ısıtılır. Isının derecesi kullanılan metale göre değişir. Bu işlem sonucunda metalin manyetik alanı tek bir yöne akım oluşturarak manyetik alan yaratır. Bu, tıpkı Dünya’nın içindeki ısı sayesinde oluşan Dünya’nın manyetik alanı gibidir.
Mıknatısların Kuvvetlerini Kaybetmeleri Mümkün Mü?
Evet, mümkün ve bunun olabilmesi için üç yol var:
- Isı Yoluyla: Curie derecesinin ötesindeki bir ısı, mıknatısların manyetik alanlarındaki akımı bozacağından mıknatısın işlemesini durdurabilir.
- Karşı-Manyetize Alanlar Yoluyla: Zıt kutbun yeterince güçlü bir manyetik alanıyla mıknatıslar özelliklerini kaybedebilirler. Bu yöntem bazen güçlü mıknatısların gücünü ayarlamada da kullanılır.
- Şok Yoluyla: Şok yoluyla mıknatıs özelliklerini kaybedenler, genellikle eski mıknatıslarda kullanılan çelik ve alniko (alüminyum-nikel-kobalt alaşımı) gibi materyallerdir. Düşmeleri veya kendilerine çekiçle vurulmaları halinde karşı-manyetize olabilir ve özelliklerini kaybedebilirler. Modern mıknatıslarda bu malzemeler tercih edilmediğinden, bunlar modern mıknatısların özelliklerini kaybetmelerine neden olmaz.
Mıknatısın Günlük Yaşamdaki Kullanım Alanları
- Elektronik Eşyalarda: Bilgisayarlar verileri sabit disklere kaydederler. Mıknatıslar sabit disk bölümlerindeki manyetik materyalin yönünü değiştirerek bilgisayar verisini oluştururlar. Ayrıca televizyonlarda, radyolarda ve bilgisayarlarda bulunan hoparlörlerdeki mıknatıs da elektrik sinyallerinin ses titreşimlerine dönüştürülmesinde kullanılır.
- Endüstride: Elektrik jeneratörlerinde mıknatıslar mekanik enerjinin elektrik enerjisine çevrilmesinde kullanılırlar. Madenlerde de değerli metallerin diğer maddelerden ayrılmasında mıknatıslardan yararlanılır. Bunların haricinde, yiyecek üretiminde kullanılan mıknatıslar da tanecikler arasındaki metalleri ayrıştırır.
- Tıp Alanında: MRI olarak bilinen cihazlardaki mıknatıslar güçlü manyetik alanlar oluşturarak bedenin görüntülenmesini sağlarlar.
- Ev Eşyalarında: Buzdolabının üzerindeki magnetler, şişe açacakları ve küçük pusulalardaki manyetik iğneler de mıknatıslardır. Süpürgeler ve çamaşır makinaları gibi eşyalarda da manyetik ilkelere göre çalışan elektrik motorlar vardır.