Manyetik Maddelerin Sınıflandırılması

Maddelerin sınıflandırılmasında sıkça karşımıza çıkan manyetik maddelerinde birden fazla türü vardır. Bu yazımızda manyetik maddelerin türlerini ayrıntılı bir şekilde inceleyeceğiz.

A- A+

21.04.2021 tarihli yazı 11017 kez okunmuştur.

Manyetizma Manyetik Dipol Elektrik Dipol Diyamanyetizma Paramanyetizma Ferromanyetizma Ferrimanyetizma Antiferrimanyetizma

Binlerce yıldan beri bilinen manyetizma, temelde elektrik akımı ve temel yüklerin manyetik dipol momentleri olarak iki kaynaktan oluşur. Burada manyetik dipoller, güney ve kuzey kutuplarından oluşan mıknatıs çubuk olarak düşünülebilir. Manyetik dipoller ile elektrik dipolleri arasında benzer bir ilişki vardır. Aynı elektrik alanının etkisindeki elektrik dipolleri gibi manyetik alandaki manyetik dipoller benzer bir şekilde etkilenir.

Şekil 1: Faraday’ın tel bobinleri arasındaki indüksiyonu gösteren deneyi

► İlginizi çekebilir: Elektromanyetik Alan Gerçeği

Faraday Yasası’na göre, iletken bir maddenin üzerinden elektrik akımı geçirildiğinde manyetik alan ortaya çıkar. Aynı zamanda bir devre üzerinde manyetik alan ile oynandığında elektrik akımı oluşur. Temelinde elektronların hareketleri sonucu oluşan manyetik moment sayesinde malzemelerin manyetik özellikleri ortaya çıkar. Biraz derine indiğimizde bu manyetik momentlerin oluşma sebebi iki temel olarak karşımıza çıkar: Birincisi elektronun çekirdeğin yörüngesinde dönmesiyle oluşan manyetik momenttir. İkincisi ise elektronun kendisi etrafında dönerek oluşturduğu manyetik momenttir. İkinci olaya bu yüzden spin manyetik moment denir.

Manyetik malzemelerin manyetikliğinin temelinde yatan sebebi incelediğimize göre artık manyetizmanın türlerini aşağıda inceleyebiliriz.

Diyamanyetizma

Manyetizmanın çok zayıf bir türü olup kalıcı manyetikliği yoktur. Dışarıdan alınan bir etki (Manyetik alan olabilir) ile manyetik hale gelen ve etkinin devam ettirildiği sürece manyetikliğini koruyan bir çeşit manyetizma türüdür. Uygulanan etki sayesinde elektronların yörüngesel hareketindeki değişikliklerden meydana gelir. Bir mıknatıs tarafından etkiye uğradıklarında, mıknatısın manyetik alanı içerisindeyken manyetik alan çizgilerine zıt yönde mıknatıs özelliği kazanırlar. Bu sebepten diyamanyetizma aynı zamanda manyetik ters yönelmesi olarak ifade edilebilir. Altın, bakır, gümüş, elmas gibi maddeler diyamanyetik maddelerdir.

Şekil 2: Pirolitik karbon, neodim mıknatısların manyetik alanı etkisiyle yukarı doğru itilir.

► İlginizi çekebilir: Elektronlar | 1. Bölüm

Paramanyetizma

Diyamanyetik maddelerde olduğu gibi paramanyetik maddeler de dışarıdan bir etki ile manyetikleştirilir ve etki sürdükçe manyetikliğini korur. Paramanyetik maddelerde, her bir atom kalıcı dipole sahiptir. Bu maddelere manyetik alan uygulanmadığında, atomsal manyetik momentlerin yönleri farklıdır. Bu sebepten malzeme manyetik davranış sergilemez. Bu dipoller dönme hareketi için isteklidir ve manyetik alan uygulandığında aynı doğrultuda yönlenerek manyetik özellik kazanırlar. Magnezyum, alüminyum, krom, platin gibi maddeler paramanyatik maddelerdir.

Şekil 3: Krom

Ferromanyetizma

Manyetik alan olmadan da manyetiklik gösterebilen malzemeler ferromanyetik malzemelerdir. Bu yüzden manyetiklikleri kalıcıdır ve manyetik akı yoğunlukları fazladır. Ferromanyetik malzemeler, birbirini yok etmeyen elektron spin hareketlerine sahiptir. Bu sayede kalıcı manyetik momentler meydana gelir. Manyetik alan tarafından etkilenmese bile, spinler arasında etkileşimler bütün atomların birlikte yönlenmesine ve spin momentinin oluşmasına neden olur. Bu sayede kesin ve sürekli manyetiklik oluşur. Oda sıcaklığında demir, nikel, kobalt ferromanyetiktir. Bu maddeler kendi Curie sıcaklığını geçtikten sonra, ferromanyetik özelliğini kaybedip paramanyetik özellik kazanırlar.

Şekil 4: Ferromanyetik demir alaşımı olan Alniko mıknatısı

► İlginizi çekebilir: Sessizce Yaklaşan Tehlike | Elektromanyetik Bomba

Ferrimanyetizma

Ferrimanyetik malzemeler oda sıcaklığında manyetikleşirler ve Curie sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda ise manyetik özelliklerini kaybederler. Ferrimanyetik malzemede, manyetik momentler birbirine zıt yönlü olmasına karşın farklı büyüklüklerdedirler. Bu sayede net bir manyetikleşme gözlemlenir. Pirotin, greigit, magnezoferrit, jakopsit gibi maddeler ferrimanyetik maddelerdir.

Antiferromanyetizma

Komşu atom veya iyon çiftlerinin spin momentlerinin birbirine zıt yönde dizilmesi sonucu antiferromanyetizma oluşur. Herhangi bir manyetik alan uygulanmadığında toplam manyetizasyon sıfırdır. Belirlenen bir manyetik alanda, ferrimanyetik bir davranış antiferromanyetik bir fazda gösterilerek net manyetizasyonun sıfırdan farklı olması sağlanır. Antiferromanyetizma ancak düşük sıcaklıklarda var olabilir. Néel sıcaklığı (116K) ve üzerindeki sıcaklıklarda madde paramanyetik bir hal alır. Krom, hematit, demir manganez (FeMn), nikel oksit (NiO), mangan oksit (MnO) gibi geçiş metali ve bileşikleri antiferromanyetik maddelerdir.

Kaynak:

► surrey.ac.uk
► accessscience.com
► livescience.com
► material-properties.org
► "Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Bölüm 20 Manyetik Özellikler" William D. Callister