Anasayfa
Manyetiklik
Mıknatıs taşı (Latince magnes) denizcilerin yeni
dünyalar keşfetmesine yardımcı oldu; ama denizciler şaşırtıcı sırlarını
uzun yıllar bilim adamlarından sakladılar. Bir mıknatısın daha küçük
mıknatıslardan oluştuğunu gösteren kırık mıknatıs adı verilen deney
1269 yılında yapılmışsa da manyetikliğin yapısı konusunda ilk
belirtiler , 1820 yılında Oersted’ın elektrik akımının mıknatıslı bir
iğneyi saptırma özelliğini gözlemesiyle ortaya çıktı. Bu saptamadan
sonra manyetikliğin akımlarla ilişkisi olduğu, Dünya, Güneş ve
Gökadamız ölçeğinde manyetik alanların akımlardan kaynaklandığı
anlaşıldı. Ne var ki, bir mıknatısta bu akımları gözlemlemek mümkün
değildir; şu halde mikroskopik bir yapıları olması gerekir.
Önce
bu akımlar elektronların çekirdek çevresinde, sonra kendi çevrelerinde
dönmesine (‘spin’) bağlandı; ancak atomun bu gezegen biçimindeki
görünümü daha sonra düzeltildi. Parçacıklar da minik mıknatıslar gibi
davranıyordu. İşte bunların manyetik özelliklerinden dolayıdır ki, NMR
(nükleer manyetik rezonans ) ile görüntüleme tekniğinde yararlanılan
protonlar dokularımızın sağlığı hakkında bize bilgi verir ve
elektronlar Güneş’in veya çok uzaklardaki pulsarların manyetik
alanlarını ölçmemizi sağlar.
Bizim ölçeğimizde bir
malzemenin mıknatıslanması, parçacık düzeyindeki bu küçük mıknatısların
bir dış manyetik alanın etkisi altında (kısmen) doğrusal dizilimiyle
açıklanır. Ama ana bileşeni demir, nikel veya kobalt olan bazı
alaşımlar en azından sıcaklık belirli bir kritik değeri aşmadıkça
kendiliğinden mıknatıslanma özelliği gösterir. Olayın kesin açıklaması
kuvantum fiziğine ve faz geçişleri kuramına (hal değişimleri) dayanır.
Kritik sıcaklık dolayında mıknatıslanmadaki önemli dalgalanmalar gibi
olaylar, tam olarak ancak 20 yıl kadar önce, yani yapılan ilk
deneylerden 700 yıl sonra anlaşıldı. Manyetik şeritlerden bilgisayar
belleklerine ve iletişim sistemleri bileşenlerinden soğutma
tekniklerine kadar pratik uygulamalarsa bu kadar uzun zaman beklemedi.
Akımlar ve Manyetik Alanlar
‘’
ELEKTRİK AKIMI MANYETİK ALAN DOĞURUR : BİR MIKNATISIN KUTUPLARI ARASINA
YERLEŞTİRİLMİŞ BİR TEL HALKADAN AKIM GEÇERSE, HALKA PUSULA GİBİ
YÖNLENİR ‘’
Elektrik akımının yarattığı manyetik alan demir
tozuyla ortaya çıkarılabilir; demir tozu mıknatıslanır ve alana doğru
yönlenir. Benzer şekilde, pusulanın iğnesi Dünya’nın çekirdeğinin sıvı
kısmında dolaşan akımların doğurduğu Dünya alanı içinde yönlenir. Hall
sondası veya SQUID’ler gibi daha modern algılayıcılar çok küçük
alanları büyük bir duyarlılıkla ölçer. Nitekim ‘manyetokardiyografi ’
tekniği ile ölçülen insan kalbinin manyetik alanı 10-10 tesladır,
yani Dünya manyetik alanının (10-4 tesla ), milyonda biridir.
B
manyetik alanı, içinden i akımı geçen l uzunluğunda geçen bir iletken
telin uyguladığı kuvvet ( i/B ), veya S yüzeyindeki bir sarımın kuvvet
çifti ISB veya M manyetik moment olduğuna göre, MB şeklinde ortaya
çıkar. İlk kuvvet karşılıklı paralel iki akımın çekimini açıklar; bu
olay elektrik akımının şiddet birimi olan amperin tanımlanmasında
kullanılır. İkinci kuvvet çifti manyetik alan içine yerleştirilen bir
sarımın dönmesiyle açıklanır; bu olay ölçüm araçlarında (ampermetre,
voltmetre ve elektrik motorlarında) kullanılır.
Manyetik Alan
‘’OLAĞAN
BİR MADDE İÇİNDE MANYETİK ALAN ‘ DİYAMANYETİK ‘ VEYA ‘ PARAMANYETİK ‘
BİR ALAN İNDÜKLER. BİR MIKNATIS İÇİNDEYSE ‘ FERROMANYETİK ‘ ALAN
KENDİLİĞİNDEN DÜZENLENİR.’’
Bir cismin mıknatıslanmasına birçok
mekanizma katkıda bulunur. Bir atoma manyetik bir alan uygulandığında
indüklenen elektrik akımı elektronların yörünge hareketlerini
değiştirir. Bu olay alana ters bir mıknatıslanma ile ortaya çıkar:
buna diyamanyetiklik denir. Paramanyetiklik atomları önceden bir
manyetik momente sahip olan cisimlerde bulunur, bu cisimlerde manyetik
momentin varlığı, çiftleşmemiş elektronların varlığıyla açıklanır. Alan
bu momentleri kendi doğrultusuna sokmaya çalışır, ama indüklenmiş alan
termik (ısıl ) çalkalanma etkileri nedeniyle engellenir ve bu
engellenme sıcaklık yükseldikçe güçlenir. Sıcaklığın bu etkisinden
yararlanılmaktadır: daha önce iyi ‘sıralanmış’ bir malzeme üzerindeki
alan kaldırılırsa, manyetik enerji azalmasına sıcaklığın düşmesi eşlik
eder. Bu ‘çekirdek mıknatıslığını giderme olayı’ mutlak sıfıra yaklaşma
imkanı verir.
Tamamen kuvantum kaynaklı üçüncü bir etki, bir dış
alan olmasa bile bir manyetik alanın oluşturulabileceğini ortaya
çıkardı. İyonlarla (manyetik) serbest elektronlar bir arada bulunursa,
bu ortamda elektronlar komşu iyonlar arasında önemli bir eşleme
oluşturur; bu eşlemenin enerjisi momentlerin nispi yönelimine bağlıdır.
Eşlemenin işaretine göre, tam bir sıralanma için (ferromanyetiklik)
veya almaşık bir sıralanma için (antiferromanyetiklik) en düşük enerji
elde edilir. İki tür iyonun varlığından kaynaklanan bir ara durum
ferritlerde görülür. Sıcaklık arttığında ferromanyetik bir cisimde
mıknatıslanma azalır, hatta kritik bir sıcaklıkta sıfırlanır. Bu
durumda düzenli bir fazın düzensiz bir faza kesiksiz geçişi söz
konusudur. İşte bu yüzden kızıl dereceye kadar ısıtılan bir mıknatıs,
çekim özelliklerini kaybeder; tam tersine okyanus diplerinden çıkan
lavlar soğuduğu sırada geçmişin manyetik alanlarını belleğinde
saklayarak mıknatıslanır. En eski izler 200 milyon yıl öncesine iner.
Niçin her tür alandan yalıtılan bir demir parçası az mıknatıslanır? X
ışınlarıyla yapılan bir inceleme, kendiliğinden mıknatıslanmanın çok
küçük alanlarda, ama farklı yönelimler içinde oluştuğunu gösterir; söz
konusu alanların ortalaması sıfır değerini verir. Alanların yakınında
momentlerin sıralanmamasından kaynaklanan enerji fazlalığı mıknatıs
içinde alan çizgilerinin hapsolması sonucunda dengelenir. Bir demir
parçasına alan uygulandığında, alana paralel mıknatıslanma önce
tersinir, sonra tersinmez biçimde büyür; bu olay çeperlerin kristal
kusurlarını aşmasından veya başka alanların yönelim dengesini
bozmasından ileri gelir. Kuvvetli bir alanda hemen hemen genelleşen
sıralanma, mıknatıslanmanın doygunluğa girmesine yol açar. B alanı
değiştirildiğinde M mıknatıslanması bunu ancak belirli bir gecikmeyle
izler ve bu bakımdan B’nin belirli bir değeri için M aynı değerleri
almaz. Mıknatıslanmanın alana göre değişimini inceleyen bir diyagramda
mıknatıslanma histerezis çevrimini oluşturur; bu eğrinin alanının
ölçümü ısıl kayıpların değerini verir.
Mıknatıslar ve Elektromıknatıslar
‘‘SERT’
MALZEMELER, MIKNATISLARDA VE BİLGİSAYAR BELLEKLERİNDE KULLANILIR;
‘YUMUŞAK’ MALZEMELERDENSE MANYETİK EKRANLARDA, TRANSFORMATÖRLERDE VEYA
ELEKTROMIKNATISLARDA YARARLANILIR’
İyi bir mıknatıs yapmak
için, manyetikleştirici alan çekildiğinde mıknatıslanmayı koruyan ve
dış alanlara az duyarlılık gösteren ‘sert’ bir malzeme kullanılır.
Bilgisayar belleği için sert malzemenin histeresiz çevriminin kare
olması zorunludur; böylece mıknatıslanma 0 ve 1 rakamlarını simgeleyen
iki değerden başkasını almaz. Tersine zayıf alanda kolaylıkla
mıknatıslanabilen ve yüksek frekanslarda alanı iyi izleyen bir malzeme
isteniyorsa, histeresiz çevriminin dar ve büyük eğimli olması gerekir.
Böyle bir malzeme içinde akımlarla alan arasındaki orantı, geçirgenlik
adını alır ve 104 veya 105 kere artar. Bir dış alan içine yerleştirilen
yumuşak malzeme güçlü bir mıknatıslanma kazanır ve alan çizgilerini
kendinden geçmeye zorlayarak hapseder. Bu malzeme bir kap çevresinde
yer alırsa manyetik ekran rolü oynar ve kabı yerçekimi alanından korur.
Bir transformatörde alan (dolayısıyla manyetik akı) metal çerçeve
içinde hapsolur. Birincil ve ikincil devreler düzeyinde alternatif
akım rejiminde akı değişimleriyle indüklenmiş elektromotor kuvvetlerle
(gerilimler) her sargının n sarım sayısı orantılıdır. Bir
elektromıknatısta manyetik devre l< kalınlığında bir çekirdek
aracılığıyla kesilmiştir. Kapalı bir devredekinden düşük olmasına
rağmen alan gene bu önemli ölçüdedir. Yaklaşık bağlantı olan B= 0
ni/e eşitliği güçlü bir alanın (1 tesla) kabul edilebilir çekirdek
aralığı içinde (=10 cm) önemli bir akım (105A) gerektirdiğini gösterir.
Bu yüzden Joule olası önemli kayıplar doğurur ve bu alanda aşırı
iletkenlere ihtiyaç duyulur. Elektromıknatıslar daha çok ferromanyetik
cisimleri çekmede kullanılır. Bu cisimler, alan tarafından tutulduğunda
manyetik devreyi kapatma eğilimi gösterir.
Mikroskopik Mıknatıslar
’MIKNATISIN
MANYETİK ALAN ÇİZGİLERİ ELEKTRİK BOBİNİNİN ÇİZGİLERİNE BENZER. BUNA
KARŞILIK MIKNATISIN HER ATOMU MİKROSKOPİK BİR HALKAYA BENZETİLEMEZ.’’
Bir
mıknatısın kuzey kutbundan ‘çıkan’ veya güney kutbuna ‘giren’ alan
çizgileri gözlemlendiğinde, bu kutuplar bir elektrik dipolünün yükleri
gibi birbirine karşıt işaretli iki manyetik ‘kütle’ye benzetilir.
Coulomb’un da belirtmiş olduğu gibi iki mıknatısın uçları, elektrik
yükleri yasasına göre birbirini çeker ve iter. Gerçekte bu kütleler
yoktur. Kutupları soyutlamak için mıknatıs ikiye bölününce, aynı
şiddette kutupları olan iki yeni mıknatıs elde edilir. Parçalar
arasındaki alanın yönü mıknatısın içinde dışarıda olup bitenin aksine
alan çizgilerinin güney kutbundan kuzey kutbuna gittiğini gösterir. Bu
iki gözlem, mıknatısı bir solenoitle (elektrik bobini) karşılaştırmanın
mümkün olduğunu gösterir; ancak bu durumda akla bir soru gelir:
mıknatıslar içinde neden akımlar algılanamıyor? Ampere, akımları
mikroskopik kaynaklı olduğu için algılayamadığımızı düşünüyordu.
Bir
atomda, yörüngesi çevresinde dönen bir elektronun içinden akım geçen
küçük bir sarıma benzediği doğrudur. Atomun kuvantum gerçeğine pek
uymayan bu klasik ‘görüntü’ mikroskopik Dünya’nın genel bir özelliğini
ortaya koyar: her kinetik momente (parçacıkların ‘spin’i dahil olmak
üzere) bir manyetik moment eşlik eder. Bu durumda, kinetik moment
Plansk değişmezi (h=10-34 J.sn) düzeyindedir; eh / m düzeyinde olan
manyetik moment, m kütlesi yerine elektronu e yükü yerleştirilerek
bulunur; e / m yaklaşık olarak 1011 ettiğinden, atom manyetik momenti
yaklaşık 10-23 A . m2 değerini bulur. Bir doğru üzerine dizilmiş olan
bir mol (6.1023) atomun manyetik momentinin değeri 1 cm2 yüzeyli,
içinden 6 amperlik bir akım geçen 10 000 sarımlı bir bobinin manyetik
momentine eşdeğerdir.
Elektronlar, protonlar, hatta nötronlar
mikroskopik ölçekli mıknatıslardır ve bunların manyetik etkileri
sayesinde, elektronun veya protonun spini gibi kinetik momentleri
bulunmuştur. Mesela protonun manyetik enerjisi iki karşıt değer
alabilir: MB. Bu iki düzey arasındaki geçişe, protonun hemen
yakınındaki çevre hakkında bilgi veren bir ışıma yayımı eşlik eder.
İşte nükleer rezonansın (NMR) ilkesi bu olaya dayanır.
Mıknatıs taşı (Latince magnes) denizcilerin yeni
dünyalar keşfetmesine yardımcı oldu; ama denizciler şaşırtıcı sırlarını
uzun yıllar bilim adamlarından sakladılar. Bir mıknatısın daha küçük
mıknatıslardan oluştuğunu gösteren kırık mıknatıs adı verilen deney
1269 yılında yapılmışsa da manyetikliğin yapısı konusunda ilk
belirtiler , 1820 yılında Oersted’ın elektrik akımının mıknatıslı bir
iğneyi saptırma özelliğini gözlemesiyle ortaya çıktı. Bu saptamadan
sonra manyetikliğin akımlarla ilişkisi olduğu, Dünya, Güneş ve
Gökadamız ölçeğinde manyetik alanların akımlardan kaynaklandığı
anlaşıldı. Ne var ki, bir mıknatısta bu akımları gözlemlemek mümkün
değildir; şu halde mikroskopik bir yapıları olması gerekir.
Önce
bu akımlar elektronların çekirdek çevresinde, sonra kendi çevrelerinde
dönmesine (‘spin’) bağlandı; ancak atomun bu gezegen biçimindeki
görünümü daha sonra düzeltildi. Parçacıklar da minik mıknatıslar gibi
davranıyordu. İşte bunların manyetik özelliklerinden dolayıdır ki, NMR
(nükleer manyetik rezonans ) ile görüntüleme tekniğinde yararlanılan
protonlar dokularımızın sağlığı hakkında bize bilgi verir ve
elektronlar Güneş’in veya çok uzaklardaki pulsarların manyetik
alanlarını ölçmemizi sağlar.
Bizim ölçeğimizde bir
malzemenin mıknatıslanması, parçacık düzeyindeki bu küçük mıknatısların
bir dış manyetik alanın etkisi altında (kısmen) doğrusal dizilimiyle
açıklanır. Ama ana bileşeni demir, nikel veya kobalt olan bazı
alaşımlar en azından sıcaklık belirli bir kritik değeri aşmadıkça
kendiliğinden mıknatıslanma özelliği gösterir. Olayın kesin açıklaması
kuvantum fiziğine ve faz geçişleri kuramına (hal değişimleri) dayanır.
Kritik sıcaklık dolayında mıknatıslanmadaki önemli dalgalanmalar gibi
olaylar, tam olarak ancak 20 yıl kadar önce, yani yapılan ilk
deneylerden 700 yıl sonra anlaşıldı. Manyetik şeritlerden bilgisayar
belleklerine ve iletişim sistemleri bileşenlerinden soğutma
tekniklerine kadar pratik uygulamalarsa bu kadar uzun zaman beklemedi.
Akımlar ve Manyetik Alanlar
‘’
ELEKTRİK AKIMI MANYETİK ALAN DOĞURUR : BİR MIKNATISIN KUTUPLARI ARASINA
YERLEŞTİRİLMİŞ BİR TEL HALKADAN AKIM GEÇERSE, HALKA PUSULA GİBİ
YÖNLENİR ‘’
Elektrik akımının yarattığı manyetik alan demir
tozuyla ortaya çıkarılabilir; demir tozu mıknatıslanır ve alana doğru
yönlenir. Benzer şekilde, pusulanın iğnesi Dünya’nın çekirdeğinin sıvı
kısmında dolaşan akımların doğurduğu Dünya alanı içinde yönlenir. Hall
sondası veya SQUID’ler gibi daha modern algılayıcılar çok küçük
alanları büyük bir duyarlılıkla ölçer. Nitekim ‘manyetokardiyografi ’
tekniği ile ölçülen insan kalbinin manyetik alanı 10-10 tesladır,
yani Dünya manyetik alanının (10-4 tesla ), milyonda biridir.
B
manyetik alanı, içinden i akımı geçen l uzunluğunda geçen bir iletken
telin uyguladığı kuvvet ( i/B ), veya S yüzeyindeki bir sarımın kuvvet
çifti ISB veya M manyetik moment olduğuna göre, MB şeklinde ortaya
çıkar. İlk kuvvet karşılıklı paralel iki akımın çekimini açıklar; bu
olay elektrik akımının şiddet birimi olan amperin tanımlanmasında
kullanılır. İkinci kuvvet çifti manyetik alan içine yerleştirilen bir
sarımın dönmesiyle açıklanır; bu olay ölçüm araçlarında (ampermetre,
voltmetre ve elektrik motorlarında) kullanılır.
Manyetik Alan
‘’OLAĞAN
BİR MADDE İÇİNDE MANYETİK ALAN ‘ DİYAMANYETİK ‘ VEYA ‘ PARAMANYETİK ‘
BİR ALAN İNDÜKLER. BİR MIKNATIS İÇİNDEYSE ‘ FERROMANYETİK ‘ ALAN
KENDİLİĞİNDEN DÜZENLENİR.’’
Bir cismin mıknatıslanmasına birçok
mekanizma katkıda bulunur. Bir atoma manyetik bir alan uygulandığında
indüklenen elektrik akımı elektronların yörünge hareketlerini
değiştirir. Bu olay alana ters bir mıknatıslanma ile ortaya çıkar:
buna diyamanyetiklik denir. Paramanyetiklik atomları önceden bir
manyetik momente sahip olan cisimlerde bulunur, bu cisimlerde manyetik
momentin varlığı, çiftleşmemiş elektronların varlığıyla açıklanır. Alan
bu momentleri kendi doğrultusuna sokmaya çalışır, ama indüklenmiş alan
termik (ısıl ) çalkalanma etkileri nedeniyle engellenir ve bu
engellenme sıcaklık yükseldikçe güçlenir. Sıcaklığın bu etkisinden
yararlanılmaktadır: daha önce iyi ‘sıralanmış’ bir malzeme üzerindeki
alan kaldırılırsa, manyetik enerji azalmasına sıcaklığın düşmesi eşlik
eder. Bu ‘çekirdek mıknatıslığını giderme olayı’ mutlak sıfıra yaklaşma
imkanı verir.
Tamamen kuvantum kaynaklı üçüncü bir etki, bir dış
alan olmasa bile bir manyetik alanın oluşturulabileceğini ortaya
çıkardı. İyonlarla (manyetik) serbest elektronlar bir arada bulunursa,
bu ortamda elektronlar komşu iyonlar arasında önemli bir eşleme
oluşturur; bu eşlemenin enerjisi momentlerin nispi yönelimine bağlıdır.
Eşlemenin işaretine göre, tam bir sıralanma için (ferromanyetiklik)
veya almaşık bir sıralanma için (antiferromanyetiklik) en düşük enerji
elde edilir. İki tür iyonun varlığından kaynaklanan bir ara durum
ferritlerde görülür. Sıcaklık arttığında ferromanyetik bir cisimde
mıknatıslanma azalır, hatta kritik bir sıcaklıkta sıfırlanır. Bu
durumda düzenli bir fazın düzensiz bir faza kesiksiz geçişi söz
konusudur. İşte bu yüzden kızıl dereceye kadar ısıtılan bir mıknatıs,
çekim özelliklerini kaybeder; tam tersine okyanus diplerinden çıkan
lavlar soğuduğu sırada geçmişin manyetik alanlarını belleğinde
saklayarak mıknatıslanır. En eski izler 200 milyon yıl öncesine iner.
Niçin her tür alandan yalıtılan bir demir parçası az mıknatıslanır? X
ışınlarıyla yapılan bir inceleme, kendiliğinden mıknatıslanmanın çok
küçük alanlarda, ama farklı yönelimler içinde oluştuğunu gösterir; söz
konusu alanların ortalaması sıfır değerini verir. Alanların yakınında
momentlerin sıralanmamasından kaynaklanan enerji fazlalığı mıknatıs
içinde alan çizgilerinin hapsolması sonucunda dengelenir. Bir demir
parçasına alan uygulandığında, alana paralel mıknatıslanma önce
tersinir, sonra tersinmez biçimde büyür; bu olay çeperlerin kristal
kusurlarını aşmasından veya başka alanların yönelim dengesini
bozmasından ileri gelir. Kuvvetli bir alanda hemen hemen genelleşen
sıralanma, mıknatıslanmanın doygunluğa girmesine yol açar. B alanı
değiştirildiğinde M mıknatıslanması bunu ancak belirli bir gecikmeyle
izler ve bu bakımdan B’nin belirli bir değeri için M aynı değerleri
almaz. Mıknatıslanmanın alana göre değişimini inceleyen bir diyagramda
mıknatıslanma histerezis çevrimini oluşturur; bu eğrinin alanının
ölçümü ısıl kayıpların değerini verir.
Mıknatıslar ve Elektromıknatıslar
‘‘SERT’
MALZEMELER, MIKNATISLARDA VE BİLGİSAYAR BELLEKLERİNDE KULLANILIR;
‘YUMUŞAK’ MALZEMELERDENSE MANYETİK EKRANLARDA, TRANSFORMATÖRLERDE VEYA
ELEKTROMIKNATISLARDA YARARLANILIR’
İyi bir mıknatıs yapmak
için, manyetikleştirici alan çekildiğinde mıknatıslanmayı koruyan ve
dış alanlara az duyarlılık gösteren ‘sert’ bir malzeme kullanılır.
Bilgisayar belleği için sert malzemenin histeresiz çevriminin kare
olması zorunludur; böylece mıknatıslanma 0 ve 1 rakamlarını simgeleyen
iki değerden başkasını almaz. Tersine zayıf alanda kolaylıkla
mıknatıslanabilen ve yüksek frekanslarda alanı iyi izleyen bir malzeme
isteniyorsa, histeresiz çevriminin dar ve büyük eğimli olması gerekir.
Böyle bir malzeme içinde akımlarla alan arasındaki orantı, geçirgenlik
adını alır ve 104 veya 105 kere artar. Bir dış alan içine yerleştirilen
yumuşak malzeme güçlü bir mıknatıslanma kazanır ve alan çizgilerini
kendinden geçmeye zorlayarak hapseder. Bu malzeme bir kap çevresinde
yer alırsa manyetik ekran rolü oynar ve kabı yerçekimi alanından korur.
Bir transformatörde alan (dolayısıyla manyetik akı) metal çerçeve
içinde hapsolur. Birincil ve ikincil devreler düzeyinde alternatif
akım rejiminde akı değişimleriyle indüklenmiş elektromotor kuvvetlerle
(gerilimler) her sargının n sarım sayısı orantılıdır. Bir
elektromıknatısta manyetik devre l< kalınlığında bir çekirdek
aracılığıyla kesilmiştir. Kapalı bir devredekinden düşük olmasına
rağmen alan gene bu önemli ölçüdedir. Yaklaşık bağlantı olan B= 0
ni/e eşitliği güçlü bir alanın (1 tesla) kabul edilebilir çekirdek
aralığı içinde (=10 cm) önemli bir akım (105A) gerektirdiğini gösterir.
Bu yüzden Joule olası önemli kayıplar doğurur ve bu alanda aşırı
iletkenlere ihtiyaç duyulur. Elektromıknatıslar daha çok ferromanyetik
cisimleri çekmede kullanılır. Bu cisimler, alan tarafından tutulduğunda
manyetik devreyi kapatma eğilimi gösterir.
Mikroskopik Mıknatıslar
’MIKNATISIN
MANYETİK ALAN ÇİZGİLERİ ELEKTRİK BOBİNİNİN ÇİZGİLERİNE BENZER. BUNA
KARŞILIK MIKNATISIN HER ATOMU MİKROSKOPİK BİR HALKAYA BENZETİLEMEZ.’’
Bir
mıknatısın kuzey kutbundan ‘çıkan’ veya güney kutbuna ‘giren’ alan
çizgileri gözlemlendiğinde, bu kutuplar bir elektrik dipolünün yükleri
gibi birbirine karşıt işaretli iki manyetik ‘kütle’ye benzetilir.
Coulomb’un da belirtmiş olduğu gibi iki mıknatısın uçları, elektrik
yükleri yasasına göre birbirini çeker ve iter. Gerçekte bu kütleler
yoktur. Kutupları soyutlamak için mıknatıs ikiye bölününce, aynı
şiddette kutupları olan iki yeni mıknatıs elde edilir. Parçalar
arasındaki alanın yönü mıknatısın içinde dışarıda olup bitenin aksine
alan çizgilerinin güney kutbundan kuzey kutbuna gittiğini gösterir. Bu
iki gözlem, mıknatısı bir solenoitle (elektrik bobini) karşılaştırmanın
mümkün olduğunu gösterir; ancak bu durumda akla bir soru gelir:
mıknatıslar içinde neden akımlar algılanamıyor? Ampere, akımları
mikroskopik kaynaklı olduğu için algılayamadığımızı düşünüyordu.
Bir
atomda, yörüngesi çevresinde dönen bir elektronun içinden akım geçen
küçük bir sarıma benzediği doğrudur. Atomun kuvantum gerçeğine pek
uymayan bu klasik ‘görüntü’ mikroskopik Dünya’nın genel bir özelliğini
ortaya koyar: her kinetik momente (parçacıkların ‘spin’i dahil olmak
üzere) bir manyetik moment eşlik eder. Bu durumda, kinetik moment
Plansk değişmezi (h=10-34 J.sn) düzeyindedir; eh / m düzeyinde olan
manyetik moment, m kütlesi yerine elektronu e yükü yerleştirilerek
bulunur; e / m yaklaşık olarak 1011 ettiğinden, atom manyetik momenti
yaklaşık 10-23 A . m2 değerini bulur. Bir doğru üzerine dizilmiş olan
bir mol (6.1023) atomun manyetik momentinin değeri 1 cm2 yüzeyli,
içinden 6 amperlik bir akım geçen 10 000 sarımlı bir bobinin manyetik
momentine eşdeğerdir.
Elektronlar, protonlar, hatta nötronlar
mikroskopik ölçekli mıknatıslardır ve bunların manyetik etkileri
sayesinde, elektronun veya protonun spini gibi kinetik momentleri
bulunmuştur. Mesela protonun manyetik enerjisi iki karşıt değer
alabilir: MB. Bu iki düzey arasındaki geçişe, protonun hemen
yakınındaki çevre hakkında bilgi veren bir ışıma yayımı eşlik eder.
İşte nükleer rezonansın (NMR) ilkesi bu olaya dayanır.
