Mıknatıslık

Megneteslerce kurulmuş Grek kolonisi Magnesia'da (bugünkü Manisa yakınları) M.Ö. 6. yy.da Yunan filozof Thales, mıknatıs taşlarının demir tozlarını çektiğini bulmuştur. Magnetik kelimesi, Magnesia kentinden türemiştir. Elektrik kelimesi de kehribarın Grek dilindeki karşılığı olan elektron teriminden türemiştir.[2]

Manyetiklik ile ilgili ilk yazılı kayıtlardan biri Çin'in M.Ö. 4. yüzyılına dayanır, ve Şeytan ovası ustasının kitabı (鬼谷子) adlı eserdir. Bu eserde: "Manyetit demiri çekebilir veya itebilir." yazmaktadır.[3] İğneler ile ile ilgili en erken deneylere ise, M.S. 20 ile 100 yılları arasında rastlanır, (Louen-heng): "Manyetit iğneyi çeker."[4] 12. yüzyıla varıldığında ise, Çinlilerin manyetit tabanlı pusulayı yönleyim (navigasyon) için kullandıkları biliniyordu.

Çubuk bir mıknatısın kâğıt üzerinde demir kırıntıları ile oluşan mıknatıssal çizgileri.

Mıknatıssal güçler, elektriksel yüklerin hareketlerinden doğarlar. Maxwell'in denklemleri ile Biot-Savart yasası bu güçlerin kökenini ve onları yöneten alanların yasalarını açıklarlar. Bir diğer deyişle, elektriksel yükler hareket ettiğinde, mıknatıslık olgusu ortaya çıkar. Örneğin bu devinim veya hareket, elektrik akımı içindeki eksicikler olabilir, dolayısı ile sonucu da elektromanyetiklikdir; veya eksiciklerin yörüngesel devinimi de olabilir, ki onun sonucu da doğal mıknatıslardır.

Einstein'a göre [5], mıknatıssal güç, elektrik alanı içerisinde gerçekleşen bir huzursuzluğun (eksicik devinimi), yüklere dik olarak etki edip onları eski konumlarına iter. Bu yüzdendir ki, mıknatıslık da, Görelilik kuramı'nın doğrudan bir sonucu olarak, temelde bir elektriksel olgu olarak ele alınır...

Elektriksel yüke sahip bir parçacık B mıknatıssal alanında hareket ettiğinde (veya devindiğinde), ona F gücü etki eder:

${\displaystyle {\vec {F}}=q{\vec {v}}\times {\vec {B}}}$

burada ${\displaystyle q\,}$ parçacığın yükü, ${\displaystyle {\vec {v}}\,}$ parçacığın hareket (veya devinim) hızı, ivmesi, ve ${\displaystyle {\vec {B}}\,}$ mıknatıssal alandır.

Çapraz (veya yönel) çarpım olması nedeniyle, ortaya çıkan güç, hem parçacığın devinimine hem mıknatıssal alana diktir. Dolayısıyla, bu güç, parçacık üzerine herhangi bir iş gerçekleştirmez; devinim yönünü değiştirebilir, ancak yavaşlamasına veya hızlanmasına neden olamaz.

Mıknatıslı tornavida etrafındaki demir parçacıkları.

Hareket eden bir yüklü parçacığın hız yöneyini "V", mıknatıssal alanı "B" ve parçacığa etki eden gücü "F" bulmanın bir yolu, sağ elimizin baş parmağını "F", orta parmağı "B" ve işaret parmağını "V" olarak tanımlayıp, elimizi "silah" gibi doğrulatarak her üç parmağı birbirine dik olacak biçimde konumlandırmaktır. Bu yöntem ayrıca sağ el kuralı olarak da bilinmektedir.

Doğabilimsel açıdan, elektrik akımlarının aksine, nesnelerin mıknatıslılığı, atom (veya öğecik) düzeyindeki eksicik deviniminden kaynaklanır (öğeciksel çift kutuplusu). Ayrıca mıknatıssal moment olarak da bilinen atom düzeyindeki bu devinimler iki türdendir. Birincisi, eksiciklerin atom çekirdeği yörüngesindeki devinimidir, çok daha güçlü olan ikincisi ise, kendi çevrelerindeki devinimleridir (spin). Bir atomun (veya öğeciğin) toplam mıknatıssal momenti ise, her eksiciğinin mıknatıssal momentinin toplamına eşittir. Ancak eksiciklerin çekirdek çevresindeki konumlarına göre, birbirlerinin mıknatıssal momentlerini etkisiz hâle getirebilmeleri söz konusudur. Dolayısıyla atomun mıknatıssal açıdan davranışı ancak etkin olan eksicikleri tarafından belirlenir. Bunun sonucunda, eksicik yapılandırmasına göre doğada farklı mıknatıslık özellikleri taşıyan maddelere rastlanır:

• Diamıknatıslık (diamanyetizm)
• Paramıknatıslık (paramanyetizm)
  • Özdeciksel mıknatıs (moleküler mıknatıs)
• Feromıknatıslık (Feromanyetizm)
  • Antiferromıknatıslık (Antiferromanyetizm)
  • Ferrimıknatıslık (Ferrimanyetizm)
  • Metamıknatıslık (Metamanyetizm)
• Spin camı
• Superparamıknatıslık (Superparamanyetizm)

Olağan şartlar altında mıknatıssal alanlar, çift kutuplu (veya dipol) olarak görülürler. Bu kutuplara, uzlaşımsal olarak Güney kutbu ve Kuzey kutbu denmektedir. Bu isimler, geçmişte mıknatısların pusula olarak Dünya'nın mıknatıssal alanı ile etkileşip kutupları göstermek için kullanılmalarına dayanır.

Mıknatıssal bir alan, enerji içerir, ve dolayısıyla bu tür düzenekler, en düşük erke düzeyinde dengeye erişmeye uğraşırlar. Böylece, "mıknatıssal bir çift kutuplu" kendisini bulunduğu alanın kutuplarına göre ters olarak konumladırmaya uğraşır. Bu konumlandırma sayesinde, düzeneğin toplam erkesini en aza indirir. Örneğin, iki çubuk mıknatıs olağan olarak kuzeyden güneye doğru konumlandırılırlar, ve bu konumlandırmayı değiştirmek için ek güç gerekmektedir. Bu yönde harcanın güç ise ortaya çıkan düzeneğin mıknatıssal alanında yığılıdır.

Günümüz mıknatıslık anlayışı, tüm mıknatıssal etkilerin aslında göreceli etkiler olduğu üzerine kuruludur.[5] Bu görelilik, gözlemci ile yüklü parçacıkların arasındaki göreceli devinime (veya harekete) dayalıdır. Aslına bakılırsa, tüm mıknatıslık etkilerin devinen elektriksel yüklerden kaynaklandığını düşünürsek, tüm mıknatıslar birer elektromıknatıstır.

Atomların (veya öğeciklerin) bile kendilerine özel mıknatıssal alanları vardır. Günümüzde geçerli olan atom kuramına göre, eksicikler çekirdeğin yörüngesinde devinirler, ve dolayısıyla mıknatıssal bir alan oluşur. Doğal mıknatısların ölçülebilir derecede güçlü mıknatıssal alanları ise, atom ve hatta özdeciklerin (moleküllerin) alanlarının aynı doğrultuda olup, birleşip güçlenmelerinden kaynaklanır.

Paul Dirac'ın 1931 yılındaki gözlemleri, mıknatıssal tek kutupluların varlığını öngürür. Ayrıntıya girmek gerekirse, bu öngörü iki temel olguya dayanır: a) eksicik ve artıcıkların ters ve eşit miktarda yüklü parçacıklar olarak varlığı ve b) elektrik ve mıknatıslılık arasındaki bakışım (veya simetri). Dolayısıyla, Güney ve Kuzey olarak mıknatıssal tek kutupluların da doğada varlığının olası olduğu iddia edilmektedir. Ancak, artıcık ve eksiciklerin tersine, tek kutupluluk savını destekleyecek herhangi bir kanıt henüz bulunamamıştır.

• Mıknatıs
• Elektromıknatıs
• Mıknatıssal alan
• Michael Faraday
• James Clerk Maxwell