Manyetik alan

 

 

Manyetizma
  • Manyetizma
 

İçindekiler

 

Tanım

Manyetik alan hareket eden elektrik yükleri tarafından, zamanla değişen elektrik alanlardan veya temel parçacıklar tarafından içsel olarak üretilir. Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür. Yani herhangi bir noktada yönü ve şiddeti ile tanımlanır. Manyetik alan en genel şekilde hareket eden elektrik yüküne etki eden Lorentz kuvveti ile tanımlanır. Manyetik alan, elektrik alanı, akım ve onları yaratan yükler arasındaki bağlantı Maxwell denklemleri ile açıklanır. Özel görelilik kuramı'nda elektrik ve manyetik alan bir nesnenin birbiriyle alakalı iki özelliğidir. Kuantum fiziğinde ise elektromanyetik etkileşimler foton değişimi sonucunda oluşur. Manyetik alanın birçok kullanımı vardır. Dünya kendi manyetik alanını üretir ve bu manyetik alan pusulanın temel çalışma prensibini oluşturur. Dönen manyetik alan elektrik motorlarında ve jeneratörlerde kullanılır.Manyetik kuvvetler bir malzeme içerisindeki yük taşıyıcılarının sayısı hakkında bilgi verir. Mıknatıssal veya manyetik alan, bir mıknatısın mıknatıssal özelliklerini gösterebildiği alandır. Mıknatısın çevresinde oluşan çizgilere de, mıknatısın o bölgede oluşturduğu manyetik alan çizgileri denir. Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzeyden (N) güneye (S) doğrudur.

Manyetik alan B harfiyle temsil edilir. SI birimi Sırp bilim adamı Nikola Tesla'nın soyadı Tesladır. Manyetik alan Lorentz kuvveti kullanılarak ölçüldüğü için birimi coulumb-metre/saniye başına Newtondur. Saniye başına coulomba bir amper dendiği için T=N(Am)-1 olarak da geçer. Tesla günlük olaylar için çok büyük bir birim olduğundan pratikte, gauss (G) kullanılmaktadır. 1 T=104 G

Bazı Yaklaşık Manyetik Alan Büyüklükleri
Alan kaynağı Alan büyüklüğü (T)[1]
Kuvvetli süperiletken laboratuvar mıknatısı 30
Kuvvetli sıradan laboratuvar mıknatısı 0.1
Tıpta kullanılan MRI birimi 2
Güneşin yüzeyi 10−2
Dünyanın yüzeyi 0,5 x 10−4
İnsan beyninin içi (sinir atımlarından kaynaklanan) 10−13

Manyetik maddelerin sınıflandırılması

Michael Faraday, araştırmaları neticesinde maddelerin, manyetik alana tepki verdiğini ve bu tepki sonucunda etkileşimin olduğunu ortaya koydu. Verdikleri tepkiye göre maddeleri üç grupta toplanabildiğini gösterdi:

  1. Diyamanyetik maddeler: Zayıf bir şekilde etkilenenler. Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diyamanyetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır, gümüş, altın ve su diyamanyetik gruba girerler.
  2. Paramanyetik maddeler : Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr > 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana paralel şekilde kendilerini yönlendirirler. Paramanyetizma çift sayıda elektronlara sahip maddelerde görülür. Hava, alüminyum ve silisyum paramanyetik gruba girer.
  3. Ferromanyetik maddeler: Kuvvetli bir şekilde mıknatıslardan etkilenen maddelerdir,Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer.

                    

 

Tarihi

MÖ 13. asırda Çin'de pusula kullanılmaktaydı. Yunanların MÖ 800 yıllarında manyetizma hakkında bilgileri vardı. Manyetit taşının (Fe3O4) demir parçalarını çektiğini keşfettiler. Efsaneye göre Manyetit adı, sürüsünü otlatırken ayakkabısının çivileri ve sopasının ucu büyük manyetit parçalarına yapışıp kalan Magnes adlı çobandan gelmektedir.

  

1269'da Pierre de Maricourt, doğal küresel bir mıknatıs yüzeyinin çeşitli noktalarına bir iğne yerleştirerek iğnenin aldığı yönlerin haritasını elde etti. Yönlerin, kürenin çap boyunca karşılıklı iki noktasından geçen ve küreyi kuşatan çizgiler oluşturduklarını gördü. Bu noktalara mıknatısın kutupları adını verdi. Daha sonraki deneyler, şekli ne olursa olsun her mıknatısın kuzey ve güney kutup denen iki kutbu olduğunu gösterdi. Bu kutuplar, elektrik yükleri gibi birbirleri üzerine kuvvet etki ettirirler.

Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki, 1819'da Danimarkalı bilim adamı Hans Christian Oersted'in bir gösteri deneyi sırasında akım taşıyan telin yakınında duran pusulayı saptırdığını bulmasıyla keşfedildi. Bundan kısa bir süre sonra Andre Ampere akım taşıyan iletkenin diğerine uyguladığı manyetik kuvveti hesaplamak için gerekli nicel yasaları elde etti. 1820'lerde Michael Faraday ve ondan bağımsız olarak Joseph Henry elektrik akımı ile manyetizma arasındaki başka ilişkileri de gösterdiler. En sonunda Maxwell tüm bu çalışmaları ve elektrik ile manyetizmayı birleştiren Maxwell denklemlerini yayınladı.

     

Manyetik alan yoğunluğu

Birim yüzeydeki manyetik alan miktarıdır. Buna göre, manyetik alan birimi Tesla olduğu için manyetik alan yoğunluğunun birimi de Tesla/m2 dir.

 

Manyetik Kutuplar

Bir mıknatısı kütle merkezinden astığımızda bir ucunun kuzeyi diğer ucunun güneyi gösterdiğini gözleriz. Kuzeyi gösteren uca mıknatısın kuzey kutbu (N) , güneyi gösteren uca ise mıknatısın güney kutbu (S) denir.Mıknatısın aynı kutupları birbirini iter, zıt kutupları ise birbirini çeker.


Pusula bir noktadaki manyetik alanın yönünü gösterir. Pusula ince bir mıknatısın bir iğne üzerinde serbestçe dönebilmesiyle oluşur. Bir mıknatıs pusulaya yaklaştırıldığında pusula iğnesi sapma yapar. Bir mıknatısta,
 

  • Aynı işaretli kutuplar birbirini iterlerken, zıt işaretli kutuplar birbirini çekerler.
  • İtme ya da çekme kuvvetleri kutup şiddeti ile doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
  • Elektriksel yük konusundaki  coulomb kuvveti gibi kutupların birbirlerine uyguladıkları manyetik kuvvet skaler olarak birbirine eşit, fakat zıt yönlüdür.
  • Bir mıkantısın ikiye bölünmesi sonucu bölünen her bir parçanın N, S biçiminde yeniden kutuplaştığı görülür. Buradan çıkaracağımız sonuç, atomik boyutlara inildiğinde dahi tek kutuplu mıknatıs elde edilemeyeceğidir.

Manyetik Alan Çizgileri

Manyetik alan çizgilerinin N kutbundan S kutbuna doğru olduğu kabul edilir. Bir pusulayı manyetik alanın içine koyarsak pusula manyetik alan yönünde uzanır. (N'den S'ye) Manyetik alan vektörü, bu çizgilere teğet durumdadır. Çizgilerin sık geçtiği yerlerde manyetik alanın şiddeti fazladır.

Manyetik alan çizgilerinin demir tozuyla belirlenmesi

Pusulalar manyetik alan çizgileri boyunca yönelirler.

Elektrik akımı ve manyetik alan

Hareket eden elektrik yükleri (akım), manyetik alan oluşturur ve etraftaki manyetik alanlardan etkilenir.

Hareketli yükler tarafından oluşturulan manyetik alan

Akım taşıyan telin oluşturduğu manyetik alanın sağ el kuralıyla bulunması

Hareket eden yüklü parçacıklar (örn. elektron) bir manyetik alan oluşturur. Oluşan bu manyetik alan yükün etrafını dairesel olarak sarar, bunu matematiksel olarak açıklayan kişilerJean-Baptiste Biot ve Félix Savart'ın onuruna Biot-Savart yasası olarak adlandırılan yasa, manyetik alanın şiddetinin yükten uzaklaştıkça azaldığını gösterir ve sağ el kuralıyla manyetik alanın yönünü kolayca bulmamızı sağlar.

Akım taşıyan tel kıvrılırsa, oluşturduğu manyetik alan yoğunlaşmaya başlar. Kıvrımların sayısı arttırılarak manyetik alanın yoğunluğu arttırılabilir ve doğal bir mıknatıstan çok daha güçlü çekim kuvvetleri oluşturulabilir. Bu amaçla solenoitlerin içine demir çekirdek yerleştirilerek elektromıknatıs elde edilir. Akımı arttırıp azaltarak çekim kuvvetinin ayarlanabilmesi sebebiyle elektromıknatıslar günümüzde hayatımızın her alanında kullanılmaktadır.

Solenoit

Elektrik akımına ve hareketli yüklere etkiyen manyetik kuvvet

Yüklü parçacığa etkiyen kuvvet

(A)Sadece manyetik alanda yüklü parçacıkların hareketi (B)Manyetik alana ek olarak E elektrik alanı var (C)Elektromanyetizmadan bağımsız bir F kuvveti var (örn. yerçekimi)

 

B manyetik alanında, v hızıyla hareket eden q yüklü parçacığa etki eden manyetik kuvvet Lorentz kuvveti olarak bilinir:

Lorentz kuvveti; manyetik alan vektörüne ve parçacığın hız vektörüne diktir. v ve B arasındaki vektörel çarpımdan dolayı, parçacık manyetik alana paralel hareket ederse etkiyen kuvvet sıfırdır. İki vektör birbirine dik olduğunda Lorentz kuvveti en büyük değerini alır.


Manyetik kuvvet, parçacığın hızına daima dik olduğu için hızı büyüklüğünü değiştiremez yalnızca yönünü değiştirebilir. Bu yüzden hızı ve yükü olan bir parçacık manyetik alanda dairesel hareketler yapmaya başlar ve manyetik kuvvet bu dairesel harekette merkezcil kuvvet görevi görür.

Akım taşıyan tele etkiyen manyetik kuvvet

Akım taşıyan teldeki her bir elektrik yüküne qv x B kuvveti etki eder, parçacık sayısıyla kuvvet çarpılarak toplam kuvvet bulunur. Kesit alanı A, uzunluğu L olan bir tel parçasındaki parçacıkların sayısı nAL dir. (n burada birim hacimdeki yük sayısı). Dolayısıyla kuvvetin büyüklüğü F=qvBnAL olur. Akımın I=nqvA tanımı kullanılılrsa

bulunur.

Burada L akım yönünde, büyüklüğü telin boyuna eşit vektördür.

Manyetik kuvvetin yönü sağ el kuralıyla bulunur.

Manyetik alan örnekleri ve bazı önemli uygulamaları

Yerin Manyetik Alanı

 

Yerin manyetik alanı yaklaşık bir çift kutuptur. Coğrafi olarak da kuzey ve güney kutuplar olarak adlandırılırlar.

Yerin manyetik alanı, dünyanın sıvı dış çekirdeğindeki konveksiyon akımları ile oluşur. Dış çekirdekteki konveksiyon hareketleri, zaman içinde manyetik alanı oluşturur. Bu konveksiyon hareketlerinin dünyanın oluşumundan beri meydana geldiği düşünülmektedir. Yeryüzü çekirdeğinin içi katı , dışı sıvı demir termal hareketlerle kendi manyetik alanlarını oluşturur. Atomların yeterli bir güçle ve düzenli bir şekilde yer değiştirmesi ve yönlendirmesi kalıcı mıknatıslanmaya neden olduğundan dünyanın kabuğunda kalıcı mıknatıslanma yaratır. Dünyayı, etrafı manyetik alanla çevrelenmiş büyük küresel bir mıknatıs gibi düşünebiliriz.

Dünya manyetik alanı, kuzey ve güney kutupları olan, merkezde yerleşmiş bir dipol mıknatıs çubuk olarak da tanımlanır. Dünyanın dönüş ekseni ile dipolün ekseni arasında yaklaşık olarak 11 derece fark vardır. Bu kuzey ve güney coğrafi kutuplarla, manyetik kutupların üst üste gelmediğini gösterir. Herhangi bir noktadaki yer mıknatıssal alanı, ölçülen bileşen ve yön ile belirtilir. Yerin içindeki dev mıknatıs Coğrafi kuzey-güney doğrultusuyla yaklaşık 11-15 derece lik bir açı yapacak şekilde konumlandığından pusulanın gösterdiği yön tam olarak coğrafi kuzey yönü olmayıp 11-15 derece arasında sapma yapar.

Dönen manyetik alan

Dönen manyetik alan, manyetik alanın yönünün, belirli bir açısal hıza sürekli değiştiği durumdur. Bu durum, Alternatif akım motorunun temel çalışma prensibidir.

Hall etkisi

Akım taşıyan bir iletken, bir manyetik alan içine yerleştirildiğinde, hem akıma hem de manyetik alana dik yönde bir potansiyel farkı üretilir. Bu olay ilk kez 1879'da Edwin Hall tarafından gözlendi. Olay, yük taşıyıcılarının manyetik alandan ötürü gördükleri manyetik kuvvet nedeniyle, iletkenin bir tarafına doğru sapmalarından kaynaklarnır. Hall etkisi, yük taşıyıcıların işareti ve yoğunluğu hakkında bilgi verir ve manyetik alanların büyüklüklerini ölçmek için de kullanılabilir.

Manyetik alanın ortamdan geçişi

  • Yumuşak demir gibi maddeler ferromanyetiktirler; mıknatısın kutupları arasına yerleştirildiklerinde manyetik alan çizgilerini sıklaştırırlar.
  • Manyetik alan çizgilerini zayıflatan maddeler manyetik özellik göstermemektedirler.

Buna karşılık olarak;;

-273+500 oC derece üzerinde manyetik özellik kaybolmaktadır. Ve dünyanın manyetik alanı uydusu olan Ay'ın gelgit çekimlerinden etkilenerek tersi yönünde dönen dünya sayesinde oluşmaktadır.

Kaynakça

  1. ^ Hacıfazlıoğlu, Hasan (2013). "Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme" (Türkçe). İstanbul: İstanbul Üniversitesi. http://www.academia.edu/7313559/Manyetik_Ay%C4%B1rma_Magnetic_separation_method_. Erişim tarihi: 24 Temmuz 2015. 

 

Dünyanın manyetik alanı nedir?

Dünyamızın sahip olduğu manyetik alan insanoğlunun çağlar boyunca yol göstericisi olan pusulanın da icat edilmesini sağlamıştır. Dünyanın manyetik alanı pusulaların temel çalışma prensibini oluşturarak insanlığa büyük yarar sağladığı gibi, dönen manyetik alan sayesinde günümüzde motor ve jeneratör gibi modern yaşamın vazgeçilmez icatlarının yapılmasını da sağlamıştır. Kuzey ve Güney olmak üzere kutuplarda toplanan manyetik alan, Dünyamızın merkezindeki çekirdeğinde birleşmektedir.

Evrenimizde var olan maddeler, manyetik alana verdikleri tepkilere göre de üçe ayrılmaktadır. Michael Faraday yaptığı çalışmalarla nesnelerin manyetik alana tabi tutulduğunda üç farklı şekilde davrandığını ve nesnelerin manyetik alana verdiği tepki sonucunda bir etki oluştuğunu kanıtlamıştır. Buna göre maddeler; Diyamanyetik, Paramanyetik ve Ferromanyetik olarak üçe ayrılmaktadır;

1) Diamanyetik maddeler: Zayıf bir şekilde etkilenenler; bağıl manyetik geçirgenlikleri µr < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diamanyetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır, gümüş, altın ve su diamanyetik gruba girerler.
2) Paramanyetik Maddeler: Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr > 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana paralel şekilde kendilerini yönlendirirler. Paramanyetizma çift sayıda elektronlara sahip maddelerde görülür. Hava, alüminyum ve silisyum paramanyetik gruba girer.
3) Ferromanyetik Maddeler: Kuvvetli bir şekilde mıknatıslardan etkilenen maddelerdir. Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer.

Dünyanın manyetik alanı çubuk mıknatısa benzer, dünyanın dönüş ekseninden 11 derece eğimlidir. Bu manzaradaki sorun şudur çekirdekteki demir 770 Selsius derecedir, dünyanın çekirdeği bundan daha sıcaktır yani bir manyetik alan olmaması gerekir. Peki dünyanın manyetik alanı nereden geliyor?

Manyetik alan elektrik akımlarıyla çevrelenmiştir, dünyanın erimiş metal çekirdeğindeki akımların manyetik alana sebep olduğu düşünülmektedir. Dünyanın yüzeyindeki manyetik alanın büyüklüğü ortalama yarım Gauss olarak ölçülmüştür ve dünyanın kuzey yarım küresine doğru dalışa geçer. Manyetik alanın büyüklüğü yeryüzünün tamamında ortalama 0.3′ten 0.6 Gauss olmak üzere çeşitlenmektedir.

Gauss, 10-4 Tesla’ya eşit manyetik alan birimidir. CGS sisteminin birimlerindendir. Adını Alman matematikçi ve fizikçi Johann Carl Friedrich Gauss’ tan alır.

Dünyanın manyetik alanı döngü halindeki elektrik akımının domino etkisi yaratan bir özelliğe sahiptir ama yönü sabit değildir. Farklı bölgelerden alınan farklı kaya örneklerinde farklı yönlere doğru oluşmuş kalıcı mıknatıslama görülmüştür. Geçtiğimiz 71 milyon yıl boyunca 171 defa manyetik alanın yer değiştirdiğine dair kanıtlar bulunmuştur.

 

Mıknatıs nedir, çeşitleri nelerdir?

Günümüzde birçok alanda kullandığımız mıknatısın özellikleri ve çeşitleri nelerdir?

Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren cisimlere mıknatıs denir.

Mıknatısın kullanıldığı başlıca yerlere bakacak olursak pusula, VHS videolar, kasetler, bilgisayarların içindeki floppy diskler ve hard disklerdir.

Bunun yanı sıra, kredi ve ATM kartları, televizyon ve bilgisayar monitörleri, kapı zili, hoparlör ve mikrofonlar, elektrikli motor ve jeneratörler, transformatörlerde de mıknatıs kullanılır.

Eski ve kısmen günümüzde de kullanılabilen bir kuram olan mıknatısın moleküler kuramına göre; mıknatıslanabilen cisimlerin içinde Kuzey (North) ve Güney (South) kutuplar bulunur.

Cismin içindeki kutuplar, cisim mıknatıslanmadan önce düzensiz gruplar halindedir.

Cisim manyetik hale geldiğinde, cismin içindeki bu grupların birçoğu aynı doğrultuya gelerek cismin toplam manyetik alanına katkıda bulunur.

  

Manyetik kuvvetin etkisi ile, kendisi manyetik olmadığı halde çekilen maddelere paramanyetik, itilen maddelere diyamanyetik denir.

Paramanyetik maddelere örnek olarak alüminyum, baryum ve oksijen, diyamanyetik maddelere ise civa, altın ve benzeri maddeler verilebilir.

Doğal ve yapay olmak üzere iki çeşit mıknatıs vardır.

Doğal mıknatıs: İçerisinde manyetit adı verilen demir oksit bileşiği içeren kayaç doğal mıknatıstır.

Yapay mıknatıs: Bizim kullandığımız mıknatıslar yapay mıknatıslardır. Mıknatıslar kullanım alanlarına göre farklı şekil ve büyüklükte yapılır. Yapay mıknatısların yapımında daha çok demir ve çelikten yararlanılır.

Mıknatısın kuzeyi gösteren ucu N ve güneyi gösteren ucu S ile gösterilir. Burada N ve S harfleri kuzey (North) ve güney (South) sözcüklerinin İngilizce karşılığının ilk harflerinde gelmektedir.

Mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutupları birbirini iter. Her mıknatısın çevresinde manyetik alanı vardır. Mıknatısın manyetik alan kuvvet çizgileri kuzey kutbundan çıkar, güney kutbunda son bulur.

 

 

Mıknatısın Magnetik Alanı ve Magnetik Alan Kuvvet Çizgileri

Bir mıknatısın magnetik maddeler üzerinde çekim etkisini gösterebildiği alana magnetik alan veya çekim alanı denir.
Mıknatısın magnetik alanının şiddetini yani çekim gücünü gösteren ve mıknatısın kutupları arasında oluşan kapalı eğrilere magnetik alan kuvvet çizgileri denir.
Magnetik alan kuvvet çizgileri;
• Mıknatısın dışında daima kuzey (N) kutbundan çıkar, güney (S) kutbuna girer.
• Mıknatısın içinde daima güney (S) kutbundan çıkar, kuzey (N) kutbuna girer.
• Birbirlerini kesmezler.
• Kapalı eğriler şeklindedirler.
• Her ortamdan geçebilirler.
• Magnetik alanın şiddetini yani mıknatısın çekim gücünü gösterirler (belirlerler).
• Mıknatısın çekim gücünün (etkisinin) fazla olduğu kutuplarda sayısı daha fazladır.
• (Fazla olduğu yerde çekim gücü – magnetik alan – fazla, az olduğu yerlerde çekim gücü – magnetik alan – azdır).



 



NOT : Çubuk mıknatısın magnetik alanı oluşurken, demir tozları mıknatıs tarafından geçici mıknatıs özelliği gösterir ve demir tozlarının zıt kutupları birbirini çekerek kuvvet çizgilerini oluşturur.

 

Electromagnetism Inquiry

Physics

  1. Source
    • Magnetism is caused by moving charged electrical particles (Faraday, 1830s).  These particles can be the current of electrons through an electric wire, or the movement of charged particles (protons and electrons) within an atom.  These charged particles move much like planets in a solar system:
      • nucleus spin around its own axis, causing a very weak magnetic field.
      • electrons orbit around the nucleus, causing a weak magnetic field.
      • electrons spin around their own axis at the speed of light, causing a significant magnetic field (Goudsmit and Kronig, 1925).
    • Spinning electrons generate the bulk of the magnetism in an atom.
      • Within each orbit, electrons with opposite spins pair together, resulting in no net magnetic field.
      • Electrons in an orbit are filled up first by a + spin.  Once all the orbitals are filled with unpaired + spins, the orbitals are then filled with the – spin. (see Spin direction)
        :

 

  1. Characteristics
    • The electron configuration in an atom determines a the magnetic characteristics:
      • In diamagnetic material, such as copper (Cu), all electrons are paired together.  There is no net magnetic field from unpaired the electrons.
      • In paramagnetic material, such as magnesium (Mg), there are some unpaired electrons.  The electron paths align to an external magnetic field.  It becomes magnetized for as long as the external field is present.
      • In ferromagnetic material, such as iron (Fe) Co Ni, there are some unpaired electrons also.  But in this case, not only the electron paths align, but also the atoms orient parallel to each other.  Thus, even when the applied field is removed, the electrons maintain in a parallel orientation.
        • experiment: use a magnet to stroke a ferromagnetic bar, such as iron, several times in the same direction.  The magnetic force from the north pole of the magnet causes the unpaired electrons to align themselves.  The iron will stay magnetic.
    • See also Electron spin, How atoms work, and Goudsmit’s lecture.
    • added challenge
      • MIT lectures 8.02,
      • NDT article,
      • Relativity tells us that what looks like a pure magnetic ¯eld in one frame of reference looks like an electric ¯eld in another frame of reference.

Properties

  1. Magnetics
    • The magnetic field (B) is very strong at the poles and weakens as the distance to the poles increases.
    • A magnetic field line (Faraday) is a theoretical line that loops through the north pole of a magnet, passing through surrounding space, enter the southing pole and going through the magnet back to the north pole.  A higher density of nearby field lines indicates a stronger magnetic field.  Field lines are a visual and conceptual aid only and are no more real than the contour lines (constant altitude) on a topographic map.
      • simulation: move compass and bar magnet using Faraday’s Lab.
      • experiment: visualize magnetic field using iron filings on paper/glass with bar magnet underneath.
        :
  2. Two magnets
    • Interaction
      • Opposites attract.
      • Same poles repel.
    • The force between the two poles is directly proportional to the product of the pole strengths and inversely proportional to the square of the distance between the poles.
    • A compass is tiny magnet balanced on a pivot.  It will rotate to point toward the opposite pole of a magnet.
    • Experiment: suspend a magnet from a string.  It will align with the earth’s magnetic field, so that its S-pole points to the Earth’s N-pole.
      :
  3. Induction
      • A material that is attracted by a magnet becomes a magnet itself.
      • As an iron nail is brought close to a bar magnet, some flux lines emanating from the north pole of the magnet pass through the iron nail in completing their magnetic path. Since magnetic lines of force travel inside a magnet from the south pole to the north pole, the nail will be magnetized in such a polarity that its south pole will be adjacent to the north pole of the bar magnet. There is now an attraction between the two magnets.
        • experiment: move an iron nail to a bar magnet.  Touch another nail to the end of the first nail.  The magnetic field from the bar magnet will align the unpaired spins.  First the ones closest to the bar magnet.  This process can be repeated until the strength of the magnetic field weakens with the distance from the bar magnet.  As soon as the first nail is pulled away from the bar magnet, all the nails will fall. Each nail had become a temporary magnet, but once the magnetizing force was removed, the unpaired spins once again assumed a random distribution
      • See also  …..

Electromagnetism

  1. Wire   
    • A moving charge (current) through a wire produces a magnetic field (Ørsted 1819, Ampère 1820).
    • The magnetic field lines form concentric circles around the wire.
    • The strength of the magnetic field:  |B| = μ0.|I| /2Πr, where μ0 is the permeability of free space, I is the current, r is the distance from the wire.
    • The direction of the field follows the right-hand rule convention for vectors.  In this case, the corkscrew rule, where the thumb points in the direction of the current, and the fingers point in the direction of the magnetic field lines.
    • Experiment, paper with iron filings, wire perpendicular to this paper and few seconds of strong current (100 A) through the wire.
    • See also the lecture Magnetic field and Lorentz Force, MIT.
      :
  2. Wire in magnetic field experiences force
    • A charge moving through a magnetic field experiences a force FB→ = q . (v→ × B→), where v is the speed of the charge, q is the value of the charge and B→ is the magnetic field (Lorenz, 1892).
    • The direction of FB→ is perpendicular to both the direction of the charge and the magnetic field.  The direction is the cross product of v→ and B→, and as such defined according to the right-hand rule for vectors.   With the thumb, index, and middle fingers at right angles to each other (with the index finger pointed straight), the first (index) finger represents the first vector in the product (v→); the second (middle) finger represents the second vector (B→); and the thumb represents the product (FB→).
    • Animation, Lorenz force, Univ. of Florida.
    • Experiment, current perpendicular to magnetic field.  Thin wire (50 cm) suspended in between strong magnets.  Connect wire to switch and two D-cell batteries.
    • Experiment, wire in between two poles demo as part of the lecture Magnetic field and Lorentz Force, MIT.
    • Experiment, Homopolar motor.  (see also Homopolar)
      :
  3. Coil in magnetic field
    • make one, http://science.howstuffworks.com/how-to-make-electromagnet.htm
  4. Rotor in magnetic field
    • Simple motor, using D-cell battery, magnet, 2 clothes pins, and coil. (video, video2)
  5. Eddy currents.  Two equal masses slide down two identical aluminum tubes. Since one of the masses is magnetic it will induce eddy currents according to Lenz’ Law. This damps the motion of the mass causing the magnetic mass to take much longer to fall through the tube

 

                                                        

 

     

 

   

    

A spinning charged object carries charge in circles, which is just another way of describing a current loop. Current loops create “dipole” magnetic fields.

   

  

 

  

        

  

           

             

 

   

  

VOLTAGE SURROUNDS TWO ELECTRIC CHARGES   -   MAGNETISM SURROUNDS A MAGNET'S POLES

 

Mıknatıslar Hangi Maddeleri Çeker?

Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren maddelere mıknatıs adı verilir.

Mıknatısın çekme özelliğine manyetik özellik denir.
Mıknatısın çektiği demir, nikel, kobalt gibi maddeler de manyetik madde adı alır.

Mıknatısın çekmediği maddeler manyetik olmayan maddeler olarak adlandırılır.

Plâstik, kâğıt, silgi, porselen, tahta, alüminyum, bakır, taş, beton, sünger, cam manyetik olmayan maddelerden bazılarıdır.

Mıknatıslar demir, nikel gibi maddelere kuvvet uygulayarak çekmenin yanında birbirlerine de kuvvet uygular. Mıknatısların birbirlerine uyguladıkları itme-çekme kuvveti yukarıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Aynı kutuplar birbirini iter.
Zıt kutuplar birbirini çeker.

Mıknatısın çekim kuvvetine manyetik kuvvet denir. Manyetik kuvvet, mıknatıslar uzaklaştıkça azalır. Mıknatıslar yaklaştıkça artar.



Mıknatıslarda iki kutup bulunur.

Kuzeyi gösteren ucu N kutbu,
Güneyi gösteren ucu S kutbu olarak adlandırılır.
Bütün mıknatısların iki kutbu bulunur.

Mıknatısların Yapısı ve Özellikleri
Buzdolabı kapağında, hoparlarlörde, elektrik motorlarında mıknatıs kullanılır.Mıknatıslar doğal olarak bulunabildiği gibi yapay olarak da üretilir.

Araç gereçlerde kullanılan mıknatıslar yapay mıknatıstır. Yapay (sunî) mıknatıslar çeşitli şekil ve yapıda olabilir.
Yapay Mıknatıslar:
Çubuk mıknatıs, silindirik mıknatıs, at nalı mıknatıs, U mıknatıs, halka mıknatıs.

Bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde yine iki kutuplu iki küçük mıknatıs elde edilir.

Bir mıknatıs kırıldığında oluşan parçalar mıknatısın tüm özelliklerini taşır. Her bir parça demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çeker. Bu parçaları birbirine yaklaştırdığımızda aralarında itme ve çekme olur. Parçalardaki zıt kutuplar birbirini çeker, aynı kutuplar birbirini iter.

Mıknatıslanma

Metal bir cismi mıknatısa aynı yönde sürttüğümüzde cisim mıknatıslanır. O cisim de mıknatısın çektiği maddeleri çeker.
Metal kaşığı mıknatısla aynı yönde sürtelim. Sonra kaşığı toplu iğnelere yaklaştıralım. Kaşığın toplu iğneleri çektiğini görürüz.


Mıknatısların Kullanım Alanları

Hurdalıklarda büyük metal cisimleri kaldırmak için kullanılır.(elektromıknatıs)

Geri dönüşümü sağlanmak üzere toplanan kâğıtlar arasındaki metal parçalarını ayırmak için kullanılır.

Buzdolabı kapaklarında kullanılan mıknatıslar kapakların kapanmasını sağlar.

Bazı dolapların kapaklarında kullanılır. Kapaktaki demir parçası mıknatıs tarafından çekilir, kapak kapanır.

Çantaların kapaklarında da kolay kapansın diye mıknatıs kullanılır.
Fabrika bacalarından çıkan dumanlarda bulunan küçük metal parçaları mıknatıslarla tutulur. Böylece çevreye zarar vermesi önlenir.

Dikkat: Mıknatıslar, elektronik eşyalara zarar verebilir. Bu nedenle mıknatısları ve içinde mıknatıs bulunan nesneleri televizyon, bilgisayar, radyo, cep telefonu, disket, CD, banka kartlarından uzak tutmalıyız

 

Mıknatıs Kutupları(Güney-Kuzey)

Birçok bilim tarihçisi Arap ya da Hind keşfi olan manyetik bir iğneden oluşan pusulanın M.Ö 13. yüzyılda Çin’de kullanıldığına inanır. Yunanlılar Manyetit taşının(Fe3O4) demir parçalarını çektiğini keşfettiler. Efsaneye göre Manyetit adı, sürüsünü otlatırken ayakkabısının çivileri ve sopasının ucu büyük manyetit parçalarına yapışıp kalan Magnes adlı çobandan gelmektedir. Ama manyetizma isminin bu taşların bolca bulunduğu Anadolu’nun Manisa bölgesinden gelmesi akla daha yatkındır.


Mıknatısla yapılan deneyler gösterdi ki şekli ne olursa olsun her mıknatıs kuzey ve güney olmak üzere 2 kutuptan oluşmaktadır. Bu kutuplar birbirlerine kuvvet etki ettirirler. Zıt kutuplar birbirini çeker, aynı kutuplar ise birbirini iterler. Mıknatıslar birbirlerine aralarındaki uzaklıkla ters, şiddetleri ile doğru orantılı bir kuvvet uygularlar.

Manyetik alanı eğer çizgilerle temsil edersek bu alan çizgileri N kutbundan çıkar S kutbundan girerler ve bu alan çizgileri birbirlerini kesmezler. Bir yerde çizgiler ne kadar sıksa orada manyetik alan daha şiddetlidir denir. Manyetik alanın en şiddetli olduğu yer mıknatısın uç noktalarıdır. Eğer üzerine beyaz bir kağıt koyduğumuz mıknatıs üzerine demir tozları serpersek bu çizgileri rahatlıkla görebiliriz. Aynı mıknatıs kutuplarının birbirlerini itmesini, farklı kutupların birbirlerini çekmesini manyetik alan çizgilerine bakarak anlamak çok kolaydır.

Eğer bir mıknatıs ortasından asılırsa kuzey kutbu Dünya’nın kuzey kutbuna yönelinceye kadar döner. Ama Dünya’nın kuzey kutbu coğrafik kutbu ile tam olarak çakışmamaktadır. Arada belli bir açı vardır. Bu sapma açısı bilinir ve mıknatıslarda ona göre düzeltme yapılır.

Mıknatısın kuzey kutbu (North Pole) N olarak, güney kutbu (South Pole) S olarak isimlendirilir. Eğer bir mıknatısı ortadan ikiye bölersek elimizde 2 tane yeni mıknatıs olur. Eğer onları da 2 ye bölersek 4 yeni mıknatısımız olur. Bu işlemi her tekrar edişimizde elimizde bir öncekinin iki katı mıknatıs olur ama hiçbir zaman mıknatısın kuzey ve güney kutuplarını birbirinden ayıramayız. Her zaman mıknatısın kuzey ve güney kutupları beraber bulunurlar.

Elektrik yük kaynakları olan proton(+) ve elektronu(-) ise birbirinden ayırmak mümkündür. Teorik olarak mıknatısın kuzey ve güney kutuplarını ayırmanın mümkün olduğu gösterilmiş ama deneysel olarak gösterilememiştir. Mıknatıs her zaman kuzey ve güney kutbu ile birlikte gözlenir. Hiçbir zaman bir kutup tek başına görülememiştir.

 

Elektrik Yükleri(Artı-Eksi)

Çok eskiden beri birbirine sürtülmüş bazı cisimlerin birbirini çektiği bilinir.

Yaptığı deneylerle Benjamin Franklin, artı ve eksi adını verdiği 2 çeşit elektrik yükü olduğunu bulmuştur.

Basit bir deney olarak kürke sürtüldükten sonra iletken olmayan bir iple asılmış bir plastik çubuk ele alalım. İpeğe sürtülmüş cam çubuk plastik çubuğa yaklaştırıldığında birbirlerini çekerler. Diğer taraftan kürke sürtülmüş iki plastik çubuk (ya da cam çubuk) birbirlerini iterler. Bu deneyden plastiğin ve camın farklı iki elektriklenme durumunda oldukları ve aynı yüklerin birbirlerini ittikleri, farklı yüklerin birbirlerini çektikleri sonucuna varılır.

Franklin’in önerisi benimsenerek cam çubuktaki elektrik yüküne artı(+) yük, lastik çubuktakine eksi(-) yük denir. Cisimler üzerinde her zaman artı ve eksi yükler bulunur ama bunlar sayıca birbirine eşit olduğundan cisimler nötr olarak adlandırılır.

Bu deneylerde yükün korunduğu da gösterilmiştir. Kapalı bir bölgede yükler çiftler halinde ortaya çıkarlar. Yani bir taraf (+) yüklenirken diğer taraf (-) yüklenir. Bu günkü bilgilerimizden eksi(-) yüklerin kaynağının elektron, artı(+) yüklerin kaynağının protonlar olduğu bilinmektedir.

Mıknatısta N-S kutupları ayrılamamasına rağmen elektrik yükleri birbirinden ayrılabilir.

Elektrik yükleri birbirlerine aralarındaki uzaklığın karesi ile ters, büyüklükleri ile doğru orantılı bir kuvvet uygularlar. Aynı yukarıda bahsettiğimiz gibi mıknatısların birbirine uyguladıkları kuvvet gibi.

   

 

    

The spin and angular moment in the electrons, form a very complicated arrangement of movements and magnetic fields, so that above simulated situation is perfectly possible.

 

 

        

Magnetic field lines around a bar magnet
Notice the close resemblance to the electric field lines surrounding a positive and negative charge.

     

 

 

      

Magnets and their associated magnetic field lines. A permanent magnet (such as a bar or disk magnet) possesses a magnetic field by virtue of the alignment of all the magnetic particles it is composed of. An electromagnet is generated by a current flowing through a wire loop at the center of the field.

 

      

 

 

 

 

 

Hiçbir yazı/ resim  izinsiz olarak kullanılamaz!!  Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla  siteden alıntı yapılabilir.

 © 1998 Cetin BAL - GSM: +90  05366063183 - Turkiye / Denizli