Eyüp YAYLACI

Metallerin Kristal Yapılarının Manyetik Özelliklerine Etkisi

Maddelerin manyetik özellikleri o kadar karışık bir konu ki, birinci sorudaki “neden” çok uzun bir yanıt gerektiriyor. Burada soruyu “bir mıknatıs neleri çeker?” olarak değiştirip aşağıdaki açıklamalarda mümkün olduğu kadar, mıknatıslığa neden olan mikroskobik mekanizmalardan bahsetmemeyi uygun bulduk.

Demirle mıknatıslık arasındaki bağlantı iyi bilinir. Bu nedenle mıknatıslık özelliği gösteren maddelere “demire benzer manyetik özellikleri olan” anlamında “ferromanyet” deniyor. Bilinen ferromanyetler arasında tek bir elementten oluşan demir, nikel, kobalt ve gadolinyum metalleri ve iki ya da daha fazla elementten oluşan yüzlerce bileşik madde var. Bunlar arasında manyetit, Fe3O4, en iyi bilineni. Ferromanyetlerde manyetik alan, atomların içindeki elektronların çekirdek etrafında ve kendi etraflarında dönmeleri sonucu oluşur. Bu maddelerin paralel doğrultuda yönelmiş atomik mıknatısların birleşmesinden oluştuğunu düşünebiliriz.

Demirden yapılmış bir mıknatısla, yine demirden yapılmış ama mıknatıslık özelliği olmayan bir çivi arasında atomik ölçekte herhangi bir fark yok. Çivinin manyetik özelliğini gizleyen şey, bu maddenin binlerce küçük manyetik bölgeye bölünmüş olması. Her bir bölge mıknatıslık doğrultusu aynı yönde olan atomlardan oluşuyor ve bölgenin bildiğimiz anlamda bir mıknatıstan farkı yok. Fakat her bölgenin yarattığı manyetik alan, diğer bölgelerin yarattığı alanlar tarafından zayıflatıldığı için, çivinin dışarısında gözlemlenebilir bir manyetik alan oluşamıyor. Bir mıknatısın bu çividen farkı, ya tek bir bölgeden oluşması ya da bir doğrultudaki bölgelerin hacminin diğerlerinden fazla olması. Bu sayede dışarıda net bir manyetik alan oluşabiliyor.

Mıknatıslanmamış bir çivi bir manyetik alan içine konduğunda, manyetik bölgeler bu alandan etkilenir. Doğrultusu manyetik alanla aynı yönde olan bölgeler genişleyerek büyür, zıt yönde olan bölgeler de daralırlar. Bazı bölgelerin doğrultularında hafif dönmeler de olur. Bunun sonucunda çivi manyetik alanla aynı yönde olan geçici bir mıknatıslık kazanır. Geçici, çünkü dışarıdan uygulanan manyetik alan çekildiğinde bölgeler genellikle eski hallerine dönerler. Bazen bölge sınırları rahatça hareket edemediği için değişim kalıcı da olabilir. Uzun süre bir mıknatısla temasta bulunan bir çivinin, mıknatıs çekildiğinde hafifçe mıknatıslık özelliği
kazandığını bilirsiniz. Bölge sınırlarının serbestçe hareket edememesinden kaynaklanan bu olaya “histerezis” deniyor.

Bu geçici mıknatıslığın doğrultusu manyetik alana paraleldir. Örneğin, eğer mıknatısın kuzey kutbu çiviye daha yakınsa, çivinin mıknatısa yakın kısmı güney, uzak kısmı da kuzey kutbuna sahip olur. Zıt kutuplar birbirlerini çektikleri için, bu durumda çivi mıknatısa doğru çekilir.

Şimdi arkadaşımızın birinci sorusunu yanıtlayabiliriz: Mıknatıslar sadece mıknatısları çekerler. Yani sadece ferromanyet olup, bölgelere bölündüğü için net bir mıknatıslığı olmayan (bir başka deyişle “gizli” mıknatıslığı olan) maddeler, yukarıda açıkladığımız mekanizmayla manyetik alanlar tarafından çekilirler.

Bir ferromanyet ısıtıldığında, Curie noktası olarak adlandırılan bir sıcaklıkta ve üzerinde manyetik özelliğini kaybeder ve tamamen normal bir maddeye dönüşür. Saf demirin Curie noktası 770 °C’dir. Bu sıcaklığın üzerinde bir demir parçası ne bir mıknatıs olabilir, ne de bir mıknatıs tarafından çekilebilir. Curie noktasındaki değişim atomik mıknatısların paralel doğrultuda yönelebilme yeteneklerini kaybetmelerinden kaynaklanıyor. Bu değişimin erimeyle herhangi bir ilgisi yok. Örneğin demir 1538 °C’de erir. Bir uç örnek vermek gerekirse, Disprosyum metali -185 °C’de, oda sıcaklığının çok altında, mıknatıslığını kaybeder ve 1411 °C’de erir.

Son olarak, ısıtıldığı için mıknatıslığını kaybeden ve artık manyetik alanlar tarafından çekilmeyen maddeleri çekmek için ne yapabiliriz? Burada en garanti çözüm ,çok güçlü bir manyetik alan uygulamak olacak. Çünkü bütün maddeler, ferromanyet olsun ya da olmasın, manyetik alanlardan etkilenirler. Normal maddelerde bu etki çok zayıf olduğu için, evinizde kullandığınız mıknatıslarla etkiyi hissedebilmeniz olanaksız. Ancak büyük laboratuarlarda bulunan güçlü elektromıknatıslarla bu kuvveti gözlemlemek mümkün.

Maddeler kabaca üçe ayrılabilir: ferromanyetler, paramanyetler ve diamanyetler. Paramanyetler, tıpkı ferromanyetler gibi üzerlerine uygulanan manyetik alanla aynı doğrultuda, fakat çok zayıf bir biçimde, mıknatıslanırlar. Diamanyetler de tam ters yönde. Bu nedenle, mıknatıslar paramanyetleri çeker ve diamanyetleri iter. Normalde ferromanyet olan maddeler, Curie noktasının üzerinde paramanyetiktir. Yani, çok sıcak bir demir parçasını, hatta erimiş demiri bile güçlü bir mıknatısla çekmek mümkün.

Diamanyetik maddelere en iyi örnek bildiğimiz su ve canlı maddeler. Diamanyetik maddenin en ilginç özelliği, mıknatıslar tarafından boşlukta sabit tutulabilmeleri.

Kaynak:

http://www.zamandayolculuk.com/cetinbal/fiziksorular.htm