Mıknatıs Nedir- Mıknatısın Tarihçesi ve İcadı

Mıknatıs Nedir- Mıknatısın Tarihçesi ve İcadı

Binlerce yıl önce insanlar, bir çeşit siyah kaya kitlesinin demir parçalarını çektiğini gözlemişlerdir. Bu çekme kuvvetine sonraları manyetizma, kaya parçalarına da mıknatıs adı verildi. Bu sözcükler büyük bir olasılıkla Anadolu’da bu siyah kayanın bol miktarda bulunduğu yörenin adından türemiştir. Bu yöreye eski Yunanlılar Manyesia (Manisa) adını vermişlerdi. Eski Yunanlılar ve Romalılar manyetizmayı açıklayan pek çok kuram ortaya atmışlardır. Bunlardan birine göre demirin yüzeyinde küçük kancalar bulunmaktaydı; demirin kayaya yapışmasının nedeni bu kancalardı. Manyetizma ilk olarak 1100 yıllarında uzak doğuya seyahat eden gemiciler tarafından kullanılmıştır. Ancak, Vikinglerin de yaklaşık olarak 1000 yıllarında uzun deniz seyahatleri sırasında mıknatıslardan yararlandıkları bilinmektedir. Bu gemiciler küçük manyetik kaya parçalarını pusula yapımında kullanmışlardır. Gökyüzünde Güneşin I ya da yıldızların görülmeyeceği kadar bulutlu havalarda pusula yardımıyla yollarını bulmuşlardır. Pusulanın icadı önemli bir gerçeğin fark edilmesi ile ortaya çıkmıştır. Bir ipe manyetik bir çubuk bağlanıp sallanmaya bırakılırsa uçlardan biri devamlı olarak kuzeyi gösterir.

Mıknatıs Nedir- Mıknatısın Tarihçesi ve İcadı
Haçlı seferlerine katılan Fransız Petrus Maricourt 1269 yılında, günümüz pusulalarına çok benzeyen ve kendi ekseni etrafında dönen bir pusula yapmıştır. Top şeklinde kesilmiş bir mıknatıs taşının yüzeyi üzerinde değişik noktalarda pusulayı dolaştırmış, pusula ibresinin yön gösterdiği her noktayı ayrı çizgilerle belirlemiştir. Topu kaplayan çizgiler bir Dünya haritası üzerindeki güneyden kuzeye çizilmiş boylam çizgilerine benzemekteydi. Maricourt bütün çizgilerin topun iki ucunda da hep aynı iki noktadan geçmekte olduğunu fark etmiş ve bu noktalara Dünyanın kutuplarını anımsattığı için kutup adını vermiştir. Maricourt mıknatıslarla pek çok deney yapmış, kutuplarda manyetik gücün en yüksek olduğunu bulmuştur.
Günümüzde her mıknatısın iki ucunda da birer kutbu olduğu bilinmektedir. Uçlardan biri güney kutbunu diğeri de kuzey kutbunu gösterir. İki mıknatıs birbirine yaklaştırılırsa benzer mıknatıs kutuplan birbirini iter; farklı kutuplar ise birbirlerini çekerler. Tek bir kutuplu mıknatıs yapılamaz. Bir mıknatıs istenildiği kadar küçük parçalara ayrılsın, her seferinde iki kutuplu olur. Demir parçaları, demirin bir ucu mıknatıs kutuplarından biri ile, diğer ucu da mıknatısın ikinci kutbunun özellikleri kazandırılarak mıknatısa dönüştürülebilir.
300 yıl kadar önce manyetizma konusunda önemli gelişmeler olmuştur. 1600 yılında Kraliçe I. Elizabeth’in fizikçisi William Gilbert manyetik demirden büyük bir küre yapmıştır. Küre ile geliştirdiği deneyler sonunda Gilbert, Dünyanın da kendi başına büyük bir mıknatıs kitlesi gibi hareket ettiğini bulmuştur. Ayrıca, ısıtıldığı zaman demirin manyetik özelliğini kaybettiğini, soğutulduğunda da bu özelliği yeniden kazandığını da belirlemiştir.
Bundan sonraki gelişmeler XIX. yüzyıl başlarında olmuştur. Bir süre bilim adamları manyetizma ile elektrik arasında bir bağlantı olabileceğini düşünmüşlerdir. Birçok deneylerden sonra 1820 yılında Fransız fizikçisi Andreé Ampère ve Danimarkalı kimyacı Flans Oersted, içinden elektrik akımı geçirilen bir tel sarımının bir mıknatıs gibi etkidiğini bulmuşlardır.
1825 yılında İngiliz William Sturgeon, bir demir çubuk ya da halka etrafına sarılan bir telde oluşturulacak manyetik etkinin daha kuvvetli olduğunu bulmuştur. Amerikalı bilim adamı Joseph Henry ise, 1828’de çok daha etkili çalışmalarda bulunmuştur. Manyetik etki oluşturmak için elektrik akımından yararlanılan mıknatıslara elektromıknatıs adı verilmiştir.
Bundan sonraki bir buluş makine çağında önemli gelişmelerin nedeni olmuştur. Joseph Henry ve Ingiliz bilim adamı Michael Faraday, “bir elektrik akımı manyetik etki oluşturabiliyorsa, bir mıknatıs da elektrik akımı oluşturabilmelidir ” yargısı ile deneyler yapmışlardır.
Daha önce Faraday, kendisinden 500 yıl önce Maricourt tarafından açıklanmış bir özellikle ilgili olarak küçük bir deney yapmıştı. Demir tozunu bir kâğıt üzerine serpmiş, kâğıdın altına da bir mıknatıs koymuştu. Kâğıt hafifçe oynatıldığı zaman demir tozlarının kâğıt üzerinde mıknatıs etrafında belli bir şekilde dizildiğini saptamıştı. Demir tozları mıknatısın güney kutbundan kuzey kutbuna doğru kıvrılan çizgiler oluşturmuştu. Faraday bu çizgilere manyetik kuvvet çizgileri adını vermiştir. Bu çizgiler bir manyetik alan oluşturmakta ve manyetik kuvvetin yönünü göstermektedir. Çizgilerin gösterdiği yön ile mıknatıs yanında değişik noktalara konulan bir pusulanın ibresinin gösterdiği yön aynıdır.
1831 yılında. Faraday manyetik alandan elektrik akımı elde etmek için yeni bir deney yaptı. Demir bir halkanın bir kısmına bir tel sardı, diğer kısmına da ikinci bir tel sardı. Birinci sarımı bir bataryaya bağlandı. Birinci telden geçen akımın, daha önce Ampère’in gösterdiği gibi, bir mıknatıs gibi etkiyeceğini ve bir manyetik alan oluşturacağını düşünüyordu. Bu manyetik alan demir halka üzerinde yoğunlaşacak ve ikinci sarıma geçecekti. Faraday manyetik alanın ikinci sarımdan da bir akım geçmesine yol açacağına inanıyordu, ikinci sarımı akım ölçen bir alete bağlayarak, birinci sarımdan akım geçirdiğinde, ikinci sarımda düzgün bir akım oluşmadı. Ancak, Faraday birinci sarımda akım başladığı anda ikinci sarımda da çok kısa süreli bir akım meydana geldiğini gördü. Aynı şekilde akım kesilirken de kısa bir akım oluşmuştu. Bu nedenle ikinci sarımda meydana gelen akımın manyetizmadan değil, manyetik alandan ötürü meydana geldiğini buldu. Birinci sarımda akım başlatıldığı ya da kapatıldığı sırada bir manyetik alan oluşmakta ya da bozulmakta, ikinci sarımdan geçen manyetik kuvvet çizgilerindeki değişme kısa bir akıma sebep olmaktaydı. Bu ikinci akıma birinci sarımdaki akım yol açıyordu.
Bu buluş dinamonun, elektrik üretiminin ve makinelerde kullanılan elektrik motorunun geliştirilmesini sağladı. Faraday çeşitli elektrik motorları ve dinamolar yaptı.
Bu buluşlar, elektrikten büyük çapta yararlanılmasını sağlamıştır. O zamana kadar bataryalar ve sürtünme kuvveti ile işleyen kaba makineler kullanılarak çok az oranda elektrik üretilebilinmekteydi.
Bazı maddelerin neden daha iyi mıknatıslar oluşturduğu düşünülebilir. Mıknatıslar genellikle çok küçük birimlerden meydana gelmektedir. Her birim bir ucunda güney, diğer ucunda kuzey kutbu bulunan bir mıknatıs gibi etkir. Manyetik bir madde, mıknatıslanmamış durumdayken bu küçük birimler çeşitli yönleri gösterir, manyetik alanları kaybolur ve madde mıknatıs gibi etkimez. Ancak, madde kuvvetli bir manyetik alana sokulursa, küçük birimlerin hepsi düzene girecek, kuzey kutuplan bir yönü gösterirken, güney kutupları da karşı yönü gösterecektir. Böylece madde bir mıknatıs gibi etkiyecek ve bir ucunda kuzey kutbu, diğer ucunda da güney kutbu bulunacaktır. Bir demir parçasında, bu kuvvetli manyetik alan kaldırılsa bile düzenleniş aynı kalır ve demir mıknatısa dönüşür.
Bu birim mıknatısların nedenini 1820 yıllarında André Ampère açıklamıştır. Ampère’e göre bunların nedeni maddeyi oluşturan taneciklerin içinde bulunan küçük elektrik akımlarıydı. Ampère’ in düşüncesi doğruydu ancak günümüz fizikçileri daha yeterli bir açıklama ileri sürmektedir. Madde, atom adı verilen çok küçük taneciklerden oluşmaktadır. Her atom da daha küçük parçaları içermektedir. Bu parçaların en küçüğü elektronlardır. Elektronlar, negatif yüklü çok hafif taneciklerdir. Elektronların atom içindeki hareketleri küçük bir elektrik akımı oluşturur ve Ampère’e göre elektrik akımı manyetik kuvvete sebep olur. Bu nedenle manyetizmanın nedeni elektronların atom içindeki hareketleridir. Manyetizmanın bir kısmı elektronların atom merkezi etrafındaki dönme hareketlerinden doğmaktadır. Bir kısmı da elektronların kendi eksenleri etrafında dönmelerinin sonucudur. Çoğu madde manyetik kuvvetin zayıf olduğu atomlardan oluşmuştur. Bu maddeler çok az manyetik olup, genel olarak manyetik olmayan maddeler diye tanımlanır. Ancak bazı maddeler kuvvetli manyetik etki içeren atomlardan oluşmuştur. Manyetik olarak tanımlanan bu maddelerin başlıcaları demir, kobalt ve nikeldir.
Manyetik alanın kuvveti gaus adı verilen birimle ölçülür. Dünyanın manyetik alanının kuvveti sadece yarım gaustur. At nalı şeklindeki bir mıknatıs ise birkaç yüz gausluk bir alan oluşturabilir. Bir daimi mıknatıs tarafından oluşturulabilecek en kuvvetli alan 9 000 gausdur. Elektromıknatıslar daha da kuvvetli manyetik alanlar oluşturur, örneğin dev bir elektromıknatıs 225 000 gausluk bir alan oluşturabilmektedir. Gereksinilen büyük akımlar için çok yüksek ısılar kullanıldığından erimenin önlenmesi için mıknatıs soğutulmalı-dır.
Üstün iletkenlerden faydalanılarak kuvvetli alanlar oluşturulabilir. Bu maddelerde yüksek akımlar kolaylıkla iletilir. Zirkonyum ya da niobiyum gibi metaller eh düşük sıcaklık olarak kabul edilen -273°C’ye soğutulduğunda süperiletken özellik kazanırlar. Bu metallerden yapılan bir tel sarımdan büyük bir akım geçirilirse, düşük ısılarda çok güçlü bir elektromıknatıs elde edilmiş olur.
Her yıl milyonlarca ton demir, mıknatıs yapımında kullanılmaktadır. Günümüzün daimi mıknatısları genellikle alaşımlardan ya da çelik gibi bazı metallerin karışımlarından yapılmaktadır. Alniko bir başka manyetik alaşım olup alüminyum, kobalt, nikel ve demir içerir. Daimi mıknatıslar mikrofon, telefon, küçük motor ve ölçme aletleri gibi gereçlerde kullanılır. Geçici mıknatıslar ve elektromıknatıslar ise manyetik alanının sık sık kapatılıp açıldığı yerlerde kullanılır. Bunlardan elektrik zillerinde, motorlarda ve jeneratörlerde yararlanılır.

Etiketler:

Yorum yazın