Tanım
Manyetik alan hareket eden elektrik yükleri tarafından, zamanla değişen elektrik alanlardan veya temel parçacıklar tarafından içsel olarak üretilir. Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür. Yani herhangi bir noktada yönü ve kuvveti ile tanımlanır. Manyetik alan en genel şekilde hareket eden elektrik yüküne etki eden Lorentz kuvveti ile tanımlanır. Manyetik alan, elektrik alanı, akım ve onları yaratan yükler arasındaki bağlantı Maxwell denklemleri ile açıklanır. Özel görelilik kuramı'nda elektrik ve manyetik alan bir nesnenin birbiriyle alakalı iki özelliğidir. Kuantum fiziğinde ise elektromanyetik etkileşimler fotondeğişimi sonucunda oluşur. Manyetik alanın bir çok kullanımı vardır. Dünya kendi manyetik alanını üretir ve bu manyetik alan pusulanın temel çalışma prensibini oluşturur. Dönen manyetik alan elektrik motorlarında ve jeneratörlerde kullanılır.Manyetik kuvvetler bir malzeme içerisindeki yük taşıyıcılarının sayısı hakkında bilgi verir. Mıknatıssal veya manyetik alan, bir mıknatısın mıknatıssal özelliklerini gösterebildiği alandır. Mıknatısın çevresinde oluşan çizgilere de, mıknatısın o bölgede oluşturduğu manyetik alan çizgileri denir. Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzeyden (N) güneye (S) doğrudur.
Manyetik alan B harfiyle temsil edilir. SI birimi Sırp bilim adamı Nikola Tesla'nın soyadı Tesladır. Manyetik alan Lorentz kuvveti kullanılarak ölçüldüğü için birimi coulumb-metre/saniye başına Newtondur. Saniye başına coulomba bir amper dendiği için T=N(Am)-1 olarak da geçer. Tesla günlük olaylar için çok büyük bir birim olduğundan pratikte, gauss (G) kullanılmaktadır. 1 T=104 G
| Alan kaynağı | Alan büyüklüğü (T) |
|---|---|
| Kuvvetli süperiletken laboratuvar mıknatısı | 30 |
| Kuvvetli sıradan laboratuvar mıknatısı | 2 |
| Tıpta kullanılan MRI birimi | 2 |
| Çubuk mıknatıs | 10−2 |
| Güneşin yüzeyi | 10−2 |
| Dünyanın yüzeyi | 0,5 x 10−4 |
| İnsan beyninin içi (sinir atımlarından kaynaklanan) | 10−13 |
Manyetik maddelerin sınıflandırılması
Michael Faraday, araştırmaları neticesinde maddelerin, manyetik alana tepki verdiğini ve bu tepki sonucunda etkileşimin olduğunu ortaya koydu. Verdikleri tepkiye göre maddeleri üç grupta toplanabildiğini gösterdi:
- Diyamanyetik maddeler: Zayıf bir şekilde etkilenenler. Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diyamanyetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır, gümüş, altın ve su diyamanyetik gruba girerler.
- Paramanyetik maddeler : Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr > 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana paralel şekilde kendilerini yönlendirirler. Paramanyetizma çift sayıda elektronlara sahip maddelerde görülür. Hava, alüminyum ve silisyum paramanyetik gruba girer.
- Ferromanyetik maddeler: Kuvvetli bir şekilde mıknatıslardan etkilenen maddelerdir, Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer.
Tarihi
MÖ 13. asırda Çin'de pusula kullanılmaktaydı. Yunanların MÖ 800 yıllarında manyetizma hakkında bilgileri vardı. Manyetit taşının (Fe3O4) demir parçalarını çektiğini keşfettiler. Efsaneye göre Manyetit adı, sürüsünü otlatırken ayakkabısının çivileri ve sopasının ucu büyük manyetit parçalarına yapışıp kalan Magnes adlı çobandan gelmektedir.1269'da Pierre de Maricourt, doğal küresel bir mıknatıs yüzeyinin çeşitli noktalarına bir iğne yerleştirerek iğnenin aldığı yönlerin haritasını elde etti. Yönlerin, kürenin çap boyunca karşılıklı iki noktasından geçen ve küreyi kuşatan çizgiler oluşturduklarını gördü. Bu noktalara mıknatısın kutupları adını verdi. Daha sonraki deneyler, şekli ne olursa olsun her mıknatısın kuzey ve güney kutup denen iki kutbu olduğunu gösterdi. Bu kutuplar, elektrik yükleri gibi birbirleri üzerine kuvvet etki ettirirler.Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki, 1819'da Danimarkalı bilim adamı Hans Christian Oersted'in bir gösteri deneyi sırasında akım taşıyan telin yakınında duran pusulayı saptırdığını bulmasıyla keşfedildi. Bundan kısa bir süre sonra Andre Ampere akım taşıyan iletkenin diğerine uyguladığı manyetik kuvveti hesaplamak için gerekli nicel yasaları elde etti. 1820'lerde Michael Faraday ve ondan bağımsız olarakJoseph Henry elektrik akımı ile manyetizma arasındaki başka ilişkileri de gösterdiler. En sonunda Maxwelltüm bu çalışmaları ve elektrik ile manyetizmayı birleştiren Maxwell denklemlerini yayınladı.
Manyetik alan yoğunluğu
Birim yüzeydeki manyetik alan miktarıdır. Buna göre, manyetik alan birimi Tesla olduğu için manyetik alan yoğunluğunun birimi de Tesla/m2 dir.
Manyetik Kutuplar
Bir mıknatısı kütle merkezinden astığımızda bir ucunun kuzeyi diğer ucunun güneyi gösterdiğini gözleriz. Kuzeyi gösteren uca mıknatısın kuzey kutbu (N) , güneyi gösteren uca ise mıknatısın güney kutbu (S) denir.Mıknatısın aynı kutupları birbirini iter, zıt kutupları ise birbirini çeker.
Pusula bir noktadaki manyetik alanın yönünü gösterir. Pusula ince bir mıknatısın bir iğne üzerinde serbestçe dönebilmesiyle oluşur. Bir mıknatıs pusulaya yaklaştırıldığında pusula iğnesi sapma yapar. Birmıknatısta,- Aynı işaretli kutuplar birbirini iterlerken, zıt işaretli kutuplar birbirini çekerler.
- İtme ya da çekme kuvvetleri kutup şiddeti ile doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
- Elektriksel yük konusundaki coulomb kuvveti gibi kutupların birbirlerine uyguladıkları manyetik kuvvet skaler olarak birbirine eşit, fakat zıt yönlüdür.
- Bir mıkantısın ikiye bölünmesi sonucu bölünen her bir parçanın N, S biçiminde yeniden kutuplaştığı görülür. Buradan çıkaracağımız sonuç, atomik boyutlara inildiğinde dahi tek kutuplu mıknatıs elde edilemeyeceğidir.
Detaylı bilgi için; http://tr.wikipedia.org/wiki/Manyetik_alan
