Merhaba sevgili Bilgeyik okurları, bugün fizik yazıları serimize kaldığımız yerden devam ediyoruz. Bugün sırasıyla manyetizma ve mıknatıs kavramından bahsedip, elektromanyetizma'ya giriş yapacağız.
Bu yazının ikinci kısmına buradan üçüncü kısmına ise buradan ulaşabilirsiniz.
Manyetizma nedir?
Manyetizma kabaca "mıknatısları" ve "mıknatıslanma" eylemini inceleyen fiziğin bir alt dalıdır. Bilindiği kadarıyla Antik Yunanın Magnesia, günümüz adıyla Manisa adlı bölgesinde M.Ö 2000'li yıllarda bazı kaya parçalarının bazı metalleri çektiği gözlendi. Bazı metalleri çeken "Kaya parçalarına" "Magnetit" adı verildi. Ayrıca mıknatısın keşfi tarihin önemli anlarından biridir, denizciler mıknatısı yön bulmak amacıyla kullanmışlardır. Bu alanda ilk bilimsel çalışma ise İngiltereli doktor, fizikçi ve felsefeci; skolastik düşüncenin düşmanı William Gilbert tarafından 1600 yılında yapıldı. "De magnete" isimli kitabıyla hatırlanmaktadır. Dünyanın bir mıknatıs olduğunu ve pusulanın ibresinin buna göre şekillendiğini öne süren ilk bilim insanıdır.
Mıknatıs nedir?
Demir, Nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren ve iki kutbu bulunan maddelere "Mıknatıs", bu özelliğe "Mıknatıslık" denir. İlk keşfedilen ve magnetit olarak da bilinen madde doğal mıknatıstır ve formülü Fe3O4'tür. Mıknatıslık özelliği olmayan Demir, çelik gibi maddelere mıknatıs yaklaştırılarak veya sürtülerek mıknatıslık özelliği kazandırılabilir. Mıknatısın iki kutbu vardır, bir ucu N diğer ucu ise S'dir. Mıknatısın N ucu kuzeyi, S ucu ise Güney'i gösterir ve N ile S kısaltmaları İngilizcedeki North (Kuzey), South (Güney) kelimelerinden gelmektedir. Aşağıda çok bilinen 3 mıknatıs türünü fotoğraflarıyla paylaşıyorum.
Manyetik alan
Fizikte bazı nesnel ve idare dışı olayları anlatmak için formüller kullanıldığı gibi soyut kavramlar da kullanılır; bir mıknatısın N kutbundan çıkıp S kutbuna girdiği varsayılan çizgilere "Manyetik alan çizgileri", Manyetik alan çizgilerinin var olduğu bölgeye "Manyetik Alan" denir.
Bir mıknatısın manyetik alanında mıknatısın etki edebileceği bir metal (Demir, nikel, kobalt gibi) veya bir başka mıknatıs olduğunda bir takım olaylar gerçekleşir. Çoğumuzun bildiği gibi eğer mıknatısın manyetik alanında mıknatısın etki edebileceği bir metal varsa mıknatıs metali kendine doğru çeker. Mıknatısın çekerken uyguladığı kuvvet bazı değişkenlere bağlıdır, bunlar şöyle sıralanabilir.
- Mıknatısın mıknatıslık yeteneği
- Metalin metallik özelliği
- Aradaki uzaklık
Mıknatısın mıknatıslık yeteneği ve metalin metallik özelliği ne kadar fazla ise mıknatıs o kadar çok kuvvet uygular, yani doğru orantılıdır. Ancak uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Son iki cümleden şu çıkarımı yapabiliyor olmamız gerek; "Mıknatıs bir metali çekerken mıknatısın uyguladığı kuvvet her bir anda artar, çünkü her bir anda metal mıknatısa daha fazla yaklaşacaktır." Bu çıkarımdan sonra şunu da bilmemiz gerekir, eğer sayısal olarak bu problemlerle ilgilenmek istersek ileri seviye hız formülleri kullanmamız veyahut türev ile işlem yapabiliyor olmamız gerekir. Türev konusunda bilgi sahibi olmak isterseniz buradan ilgili yazıma ulaşabilirsiniz.
Peki bir mıknatısın başka bir mıknatısı çekme olayında bir şey değişiyor mu? Çoğu okurumuzun bileceği gibi, aynı kutuplar birbirini iterken zıt kutuplar birbirini çeker. Bunu aşağıdaki görselle görebilirsiniz.
Mıknatısların birbirini çekerken uyguladıkları kuvvet kabaca aşağıdaki 3 değişkene bağlıdır.
- Birinci mıknatısın mıknatıslık yeteneği
- İkinci mıknatısın mıknatıslık yeteneği
- Aradaki uzaklık
İlk iki değişkenimiz yine doğru orantılıyken 3. değişkenimiz olan aradaki uzaklığın karesi ters orantılıdır. Buradan yine mıknatısların birbirine yaklaştıkları her an birbirlerine uyguladıkları kuvvetin arttığını söyleyebiliriz.
Elektrik ve manyetik alan ilişkisi
1820'li yıllara kadar elektrik akımı ve manyetik alanın arasındaki ilişki bilinmiyordu. 1820 yılında Hans Christian Ørsted(Kant'ın felsefesinden etkilenmiş fizikçi, kimyager.) yaptığı deneyde bir pusulanın yakınlarında bir mıknatıs olduğunda pusula iğnesinin saptığı gibi yine bir pusulanın yanında bir telden elektrik akımı geçirildiğinde pusula iğnesinin saptığını tespit etti. Buradan elektrik akımının bir manyetik alan oluşturduğu sonucu çıkarıldı. Aslında farkında olmadan yeni bir fizik dalının açılışını yapıyordu, merhaba elektromanyetizma!
Sevgili okurlar, bu bir bakıma elektromanyetizma'ya giriş yazısıydı. Bir sonraki yazımızda görüşmek üzere, bilimle kalın!
