Mıknatısın demiri çekme sebebi nedir?

Demir, nikel, çelik gibi bazı metalleri kendine çeken, bunu da manyetik kutup özelliği sayesinde yapabilen maddeye mıknatıs denmiş. Manyetik alana sahip materyale mıknatıs denir yani. O da özünde bir metaldir ve çoğunlukla “U” harfi şeklinde biçimlendirilmiştir. İki ucu, diğer bir deyişle iki kutbu, manyetik bir itme ve çekme gücüne sahiptir.
Aslında her şeyin kendine göre bir çekilme yetisi vardır. Demirinki çok yüksekken, sıvı oksijeninki çok düşüktür örneğin. Su bile manyetik alan tarafından hareketlendirilebilir.
Bahsettiğimiz bu manyetik çekiş ve itiş gücüne doğal olarak sahip bulunan tiptekilere tabii ya da doğal mıknatıs, sonradan kazandırılan güçlerle bu hale gelmiş olanlara suni ya da yapay mıknatıs, ham demirden bir parçanın çevresine sarılmış selenoit isimli geçirgen bir madde yardımıyla elektrik akımı geçiren ve bu şekilde mıknatıs özelliği kazanmış olanlara da elektromıknatıs denir. Elektromıknatıs geçici, diğer ikisi ise kalıcı mıknatıs özelliğine sahiptir.

“Magnetit” olarak bilinen ve kimyasal açılımı Fe3O4 olan demir cevheri, magnetik özellikler taşır. Mıknatıs taşı denen ve doğal olarak çekim gücüne sahip olan cevher de mıknatıs yapımında kullanılır. Ancak bunu çokça bulmak mümkün değildir.
Manyetik alanın birimi ‘tesla’, manyetik alanın çekim gücü birimi ise ‘weber’dir.
İsim kökeni ve kısa tarihi
Mıknatıs sözcüğünün kökeninin bizim topraklardan geldiğine dair bir bilgi var: İngilizce ‘magnet’ kelimesi, mıknatıs maddesinin çok bulunduğu Manisa, eski adıyla Magnesia’dan türemiş. Bir diğer bilgi de Latin kökenli ‘manyes’ kelimesinin ‘manyesia’ya dönüşmesi ve İngilizce ‘magnet’ e dönüşmüş olduğudur.
Mıknatıs kullanarak ilk kez pusula yapan millet kimilerine göre Araplar olmasına rağmen, çoğu tarihçi Çinliler üzerinde duruyor. Mıknatıs taşının tahta üzerine yerleştirilip su dolu bir kaba bırakıldığında kuzey – güney doğrultusunu işaret ettiğini nasıl buldular, onu bilemiyoruz tabii ki. Bildiğimiz, onları Yunanlıların takip ettiği. Ünlü filozof ve bilim adamı Tales, magnetizma konusunda o zamana kadarki en ciddi araştırmaları yapmış ve bulduklarını aktarmış. İngiliz bilim insanı William Gilbert de “De Magnete” isimli kitabında dünyanın küresel bir mıknatıs olduğunu açıklamış. Buna göre, elimizdeki pusula doğal olarak yerkürenin manyetik kutbunu işaret ediyor.
Elektrik ile magnetizma arasındaki ilişki tabii ki bundan çok uzun zaman sonra ortaya çıkarılabilmiş. 1819’da, Danimarkalı profesör Hans Christian Oersted, bir derste uyguladığı deneyde, elektrik devresinin açılma ve kapanması ile yakında bulunan pusulanın iğnesinin saptığını görmüş. Araştırmasını bu yönde geliştirince, bir mıknatısın yanındaki telin içinden akım geçirildiğinde mıknatısın teli hareket ettirdiğini gözlemiş. Böylece elektrik ile magnetizma arasındaki ilişki kanıtlanmış. Andre Marie Ampere, Dominique François Arago, Georg Simon Ohm, Michael Faraday gibi ünlü bilimciler, bu konudaki bulguları gitgide daha da geliştirmişler. Elektrik ve magnetizma arasındaki çalışmaları o zaman için en üst düzeye çıkaran bilim adamı ise James Clerk Maxwell olmuş.
Mıknatıs kutuplarını belirlemek için kuzey ve güney ifadeleri kullanılır. Bu aslında yerkürenin manyetik alanı ile benzeşir. Yerküreyi bir mıknatıs gibi düşünürsek, Kuzey Kutbu tarafındaki manyetik kutup güney, Güney Kutbu tarafındaki manyetik kutup ise kuzey olur. Bu tersliği özellikle vurgulayalım. Kendi haline bırakılan bir mıknatıs gidip kuzey-güney yönünü bulacaktır. Kuzey Kutbu’nu gösteren tarafı pozitif kutup, Güney Kutbu’na dönük tarafı ise negatif kutup olarak adlandırılır. Zıt kutuplar birbirini çekerken, aynı kutuplar itme eğilimi gösterirler.
Elimize bir çubuk mıknatıs alıp onu bir şekilde ikiye bölebilirsek, ayrı iki mıknatıs elde ederiz ve onun da aynı şekilde kutupları olur. Bu iki kutbun çekim gücü de birbirine eşit. Zaten kutup dediğimiz kısımlar, atomların diziliminden ötürü, manyetik alanın en güçlü olduğu yerler.

MIKNATIS DEMİRİ ÇEKER TAHTAYI ÇEKMEZ

Mıknatıslarda yükler düzgün sıralandığı için bir ucu eksi ( - ), diğer ucu artı ( + ) yüklüdür.
Böyle olmasına rağmen mıknatıs her maddeyi çekmez.
Mıknatısı bir maddeye sürttüğünüzde o madde mıknatıslık özelliği kazanıyorsa bu maddeye mıknatısın çektiği madde, sürttüğünüzde mıknatıs özelliği kazanmıyorsa o maddeye mıknatısın çekmediği madde denir. ( Sürtünme ile elektriklenmeyi hatırlayın. )

Manyetizma ile ilgili ilk bilgiler, Manisa ilimizin bulunduğu yörede, M.Ö. 600 yıllarında bulunan siyah bir taşın bazı cisimleri çekmesi ile ilgilidir. Siyah taşı andıran ve cisimleri çeken bu maddeye magnesia adı verilmiştir. Bugün kullanılan manyetik ve mıknatıs sözcükleri buradan gelmektedir. Mıknatıs taşı ya da manyetit adı verilen doğal mıknatıs, bir tür demir oksit bileşiğidir. Yeryüzünün bazı yerlerinde bu tür doğal mıknatıslar bulunur.

Toplu iğne, çivi, ataş, anahtar gibi cisimler mıknatıs tarafından çekilir. Kurşun, alüminyum tel, lastik, cam gibi maddeler ise mıknatıs tarafından çekilmez.
Doğal mıknatıs taşının çektiği demir, nikel ve kobalt gibi maddelere manyetik maddeler denir. Bu maddeler doğal mıknatısa sürtüldüğünde ya da yakınına konulduğunda mıknatıs özelliği kazanır. Bir süre bu özelliği korurlar. Bu çeşit maddelere yapay mıknatıs adı verilir.

Bazı maddeler mıknatısla etkileşmez ve mıknatıs özelliği kazanamaz. Bu tür maddelere manyetik olmayan maddeler denir. Alüminyum, gümüş, altın, cam ve kağıt gibi maddeler manyetik olmayan maddelere örnek gösterilebilir.

Mıknatıs Şekilleri ve Kutupları
Doğal mıknatıs doğada çok az bulunur. Bu nedenle günlük yaşamda yapay mıknatıslar kullanılır. Demir, nikel, kobalt gibi maddelerden çeşitli yöntemlerle yapay mıknatıs elde edilir. Yapay mıknatıslar çubuk, yassı, silindir, iğne, U ve at nalı şeklinde olabilir.

Mıknatıs, demir tozları üzerine tutulduğunda her tarafının aynı miktarda demir tozlarını çekmediği görülür. Demir tozları mıknatısın uç kısımlarında daha fazla toplanır. Mıknatısın çekme özelliğinin fazla olduğu uç kısımlarına mıknatıs kutupları denir.

Tam ortasından asılmış bir çubuk mıknatıs kuzey-güney doğrultusunu alarak dengelenir. Mıknatısın kuzeye yönelen ucuna kuzey ( north ) anlamında N kutbu, diğer uca da güney ( south ) anlamında S kutbu denir.
Bir mıknatısta N ve S kutuplarının özellikleri farklıdır. Bu farklılıktan dolayı aynı kutuplar ( N - N, S - S ) birbirini iter, farklı ( N - S, S- N ) kutuplar birbirini çeker. Pratikte bazı mıknatısların kutupları belli olsun diye uçları farklı renklerde boyanır ya da uçlara N, S harfleri yazılır.

Mıknatıslar pusula yapımında, telefon kulaklıklarında, telefon kulaklıklarında, radyo, zil, televizyon, oyuncak, buzdolabı, elektrik motorlarında vb. araçlarda kullanılır.
Mıknatıslara kauçuk gibi katkı maddelerinin katılması ile bükülebilen yumuşak mıknatıslar da elde edilebilir. Bu tür mıknatıslar buzdolabı kapılarında, elektronik sanayinde, tıpta ameliyat tekniklerinde kullanılmaktadır.

Mıknatıslardan yararlanılarak, yön bulmada kullanılan pusulalar yapılır.
Mıknatısın ilk kullanımı büyük olasılıkla pusula iğnesi biçiminde olmuştur. Çinli gemicilerin bin yıldır denizcilikte yön belirlemek için pusula kullanıldığı biliniyor. Pusula yardımıyla yer belirten bir işaret, hatta Güneş ve yıldızların yardımı olmaksızın doğru rotada yol alabiliyorlardı. 1600 yılında İngiliz bilim adamı William Gilbert bir mıknatısın nasıl çalıştığını açıklamak için tümüyle yeni bir fikir ortaya attı. Dünya'nın kendisinin de dev bir mıknatıs olabileceğini öne sürdü. Bugün, Dünya'nın kuzey ve güney olmak üzere iki manyetik kutbu olduğu bilinmektedir.

Kutupları belirlenmemiş bir mıknatısın hangi ucunun kuzey, hangi ucunun güney kutbu olduğu bir pusula yardımıyla belirlenebilir. Pusula içindeki iğne de bir tür mıknatıs olduğundan mıknatısın herhangi bir kutbu pusulanın N kutbuna yaklaştırıldığında pusulanın ucu itiliyorsa, mıknatısın bilinmeyen kutbu N kutbudur. Tersine, pusulanın ucu mıknatıs tarafından çekiliyorsa mıknatısın bilinmeyen kutbu S kutbudur.

Yerkürenin Manyetik Alanı
Bir mıknatıs, ortasından bir ip ile bağlanarak serbest bırakıldığında bir ucu kuzey, diğer ucu güney yönünü gösterir. Yön bulmaya yarayan bu tür mıknatıslara pusula denir. Pusula iğnesi de bir mıknatıstır. Pusulanın sürekli aynı doğrultuyu gösterecek şekilde sapması, yerin mıknatıslık özelliğinden kaynaklanır. Yerkürenin çeşitli yerlerinde yapılan deneylerde pusula iğnesinin yaklaşık hep aynı doğrultuyu gösterdiği belirlenmiştir. Bu nedenle yerkürenin daimi bir çubuk mıknatıs özelliği gösterdiği söylenebilir.

Pusula ibresinin kuzey kutbu, kuzeye yöneldiğinden yerkürenin kuzeyinde bir güney mıknatıs kutbu, güneyinde de kuzey mıknatıs kutbu vardır. Ancak Dünya'nın değişik noktalarında yapılan deneylerde pusula iğnesinin tam olarak kuzey ya da güney kutuplarını göstermediği belirlenmiştir. Bu nedenle yerkürenin coğrafi kutupları ile manyetik kutupları aynı noktalarda çakışmaz. Yerin manyetik kutupları ile coğrafi kutupları çakışık olmadığından pusula ibresi ile coğrafi kuzey - güney doğrultusu arasında bir açı vardır. Bu açıya sapma açısı denir. Sapma açısı, bulunulan konuma göre doğuya ya da batıya doğru olur Ayrıca sapma, yıllara ve mevsimlere göre de değişir.
Mıknatısınızın gösterdiği yöne, sapma açısını hesaplamadan gitmeye kalkarsanız, gitmek istediğiniz noktaya varamazsınız.

Mıknatısın Çekim Alanı
Mıknatıs, manyetik maddeleri hangi uzaklığa kadar çekim etkisi altında tutabilir? Mıknatısın manyetik maddeleri çekme özelliğini gösterdiği belirli bir bölge ( alan ) var mıdır?

Mıknatısın büyüklüğüne bağlı olarak değişik uzaklıklardaki toplu iğneleri çekebilir. Mıknatıs büyüdükçe daha uzaktaki toplu iğneleri çekebilir. Bir mıknatısın etkisini gösterebildiği bölgeye mıknatısın çekim alanı ya da manyetik alanı denir. Her mıknatısın belirli bir çekim alanı vardır. Mıknatıs büyüdükçe çekim alanı da büyür.
Bir mıknatısın çekim alanı içine giren demir tozları mıknatıslanır ve her biri pusula iğnesi gibi davranarak manyetik alanda sıralanır. Manyetik alan ne denli güçlüyse manyetik alan çizgileri de o denli belirgin ve birbirine yakındır. Bu nedenle kutuplara yakın bölgelerdeki manyetik alan çizgileri, kutuplardan uzaktaki alan çizgilerinden daha belirgindir.

Bir mıknatısın manyetik alan çizgileri, mıknatısın uçlarına yakın bölgelerde daha sık, uzak bölgelerde zayıf ve seyrektir.
İki mıknatısın aynı ya da farklı kutupları karşı karşıya gelecek şekilde tutularak demir tozlarına yaklaştırıldığında da manyetik alan çizgileri oluşur.
Manyetik alan çizgileri N kutbundan S kutbuna doğru uzanır.

Sürekli ve Geçici Mıknatıslar
Mıknatıslanma özelliği manyetik maddede kalıcı ya da geçici olabilir. Manyetik alan ortadan kalkınca maddenin mıknatıslık özelliği kaybolursa buna geçici mıknatıslanma denir. Geçici mıknatıslar sanayide, elektrik zillerinde, transformatör çekirdeklerinde, telefon kulaklıklarında, dinamo ve motor armatürlerinde kullanılır.

Manyetik özelliklerini uzun bir süre sürdürebilen mıknatısa kalıcı mıknatıs adı verilir. Kalıcı mıknatıslar, kobalt ve nikelden yapılır. Bu metaller kolayca mıknatıslanabilir ve manyetik özelliklerini uzun süre koruyabilir.

Demir çubuk ( çivi ), çelik çubuk ve bir mıknatıs alarak bazı işlemler yapalım.
Mıknatısınızı önce demir çubuğa sürtelim. Buradaki sürtme iki elinizi birbirine sürtme gibi olmayacak. Elimizi birbirine sürterken yukarı aşağı sürteriz. Mıknatısı demir çubuğa sürterken ise tek yönlü sürtmemiz gerekir. Ya sadece aşağıya ya da yukarıya doğru olmalı. Sağa ve sola sürtmek içinde bu geçerlidir.

Mıknatısa sürttüğümüz demir çubuğu toplu iğnelere yaklaştırdığınızda, toplu iğneleri çektiğini göreceksiniz. Fakat bir süre sonra demir çubuğunuz iğneleri çekmeyecektir. Burada oluşturduğunuz mıknatıs geçici mıknatıs olmuştur.

Aynı işlemleri çelik çubuk içinde yaptığınızda çelik çubuğun toplu iğneleri çekmeye devam ettiğini göreceksiniz. Yaptığınız mıknatıs kalıcı mıknatıs olmuştur.
Bir mıknatısın kalıcı olabilmesi, etkilenme süresine ve ortam koşulları gibi bazı faktörlere bağlıdır.

Sürtünme ile mıknatıslanmış manyetik maddeler çekiçleme, ısınma gibi etkenler karşısında mıknatıslık özelliğini kaybeder. Bu sonuç, maddeyi oluşturan atomların sıralanış düzeninin, maddenin mıknatıslanmasında etkili olduğunu kanıtlar.
Mıknatıs bölündüğünde, her parça mıknatıs özelliğini devam ettirir. Böldüğünüz mıknatısı tekrar ikiye bölerek daha küçük mıknatıslar elde edebilirsiniz.
Manyetik etki altında olmayan demir ve çelik çubukta manyetik özellik gösteren bölgeler düzensizdir. Bu çubuklar manyetik alan içine konduklarında, düzensiz bölgeler düzenli hale gelerek mıknatıslık özelliği kazanır.

BAKINIZ Mıknatıs