Bir çiviyi mıknatısa birkaç kez sürttüğünüzde, o çivinin artık toplu iğneleri çektiğini görürsünüz. Az önce sıradan bir metal parçası olan çivi, birkaç saniye içinde mıknatısa dönüşmüştür. Peki demir nasıl mıknatıslanır, bu dönüşüm sırasında metalin içinde neler olur? Neden demir mıknatıslanırken alüminyum veya bakır mıknatıslanmaz? Bu yazıda mıknatıslığın sırrını, demiri mıknatıslamanın yöntemlerini ve evde kolayca yapabileceğiniz deneyleri anlatıyoruz.
Mıknatısın Kısa Tarihi: Manisa’dan Gelen Bir Kelime
Mıknatıs, insanlığın binlerce yıldır tanıdığı bir doğa olayıdır. Antik çağda insanlar, demiri kendine çeken siyah renkli bir taş keşfetti. Bu taş, bugün manyetit adını verdiğimiz doğal bir demir oksit mineraliydi.
Batı dillerindeki “magnet” kelimesinin, antik çağdaki Magnesia bölgesinden geldiği kabul edilir. Bu adı taşıyan yerlerden biri de bugünkü Manisa çevresidir. Yani mıknatıs kelimesinin hikâyesi, bir ihtimal Anadolu topraklarına kadar uzanır.
Çinliler mıknatıs taşını yön bulmak için kullanarak pusulanın ilk örneklerini geliştirdi. Ancak mıknatıslığın gerçek nedeninin anlaşılması için 20. yüzyılda atom fiziğinin gelişmesini beklemek gerekti.
Mıknatıslık Nereden Gelir?
Mıknatıslığın kaynağı, atomların içindeki elektronlardır. Elektronlar, kendi eksenleri etrafında dönen minik topaçlara benzetilebilir. Bu özelliğe spin denir. Her elektron, bu spin nedeniyle adeta küçücük bir mıknatıs gibi davranır.
Çoğu maddede elektronlar çiftler hâlinde bulunur ve birbirlerinin manyetik etkisini sıfırlar. Ancak demir, nikel ve kobalt gibi bazı elementlerin atomlarında eşleşmemiş elektronlar vardır. Bu yüzden bu atomların her biri küçük bir mıknatıs gibi davranır. Bu özelliğe sahip maddelere ferromanyetik maddeler denir.
Manyetik Bölgeler: Demirin İçindeki Gizli Düzen
Peki her demir atomu küçük bir mıknatıssa, neden her demir parçası mıknatıs değildir? Cevap, manyetik bölgeler (domenler) kavramında saklıdır.
Demirin içinde, milyarlarca atomun aynı yöne baktığı mikroskobik bölgeler bulunur. Her bölge kendi başına güçlü bir mıknatıs gibidir. Ancak sıradan bir demir parçasında bu bölgeler gelişigüzel yönlere bakar. Biri kuzeyi gösterirken diğeri güneyi, bir başkası doğuyu gösterir. Sonuçta bölgelerin etkileri birbirini götürür ve demir parçası dışarıdan mıknatıs gibi davranmaz.
Bunu bir sınıf dolusu öğrenciye benzetebiliriz. Herkes farklı yöne baktığında sınıfın belirli bir yönü yoktur. Öğretmen “herkes tahtaya baksın” dediğinde ise bütün sınıf tek bir yöne döner. Demiri mıknatıslamak da tam olarak budur: Manyetik bölgeleri aynı yöne çevirmek.
Demir Nasıl Mıknatıslanır? 4 Temel Yöntem
1. Sürtme Yöntemi
Evde en kolay uygulanan yöntemdir. Bir çivi veya dikiş iğnesi alın. Güçlü bir mıknatısın tek bir kutbunu, çivinin bir ucundan diğer ucuna doğru sürtün. Uca geldiğinizde mıknatısı havaya kaldırın ve yine aynı başlangıç noktasından tekrar sürtün.
Bu işlemi 30 ile 50 kez tekrarladığınızda çivi mıknatıslanır. Burada en önemli nokta, sürtmenin hep aynı yönde yapılmasıdır. İleri geri sürtmek, manyetik bölgeleri düzene sokmak yerine yeniden karıştırır.
2. Elektrik Akımıyla Mıknatıslama (Elektromıknatıs)
En güçlü ve kontrol edilebilir yöntemdir. 1820’de Danimarkalı bilim insanı Hans Christian Ørsted, elektrik akımı taşıyan bir telin yanındaki pusula iğnesini saptırdığını fark etti. Böylece elektrik ile manyetizma arasındaki bağlantı keşfedilmiş oldu.
Bir demir çivinin etrafına yalıtımlı bakır teli sık sık sarıp telin uçlarını bir pile bağladığınızda, çivi güçlü bir mıknatısa dönüşür. Buna elektromıknatıs denir. Teldeki akım bir manyetik alan oluşturur ve bu alan demirin içindeki bölgeleri aynı yöne çevirir. Sarım sayısı ve akım arttıkça mıknatısın gücü de artar.
Elektromıknatısın en büyük avantajı, akım kesildiğinde mıknatıslığın da büyük ölçüde ortadan kalkmasıdır. Hurdalıklarda tonlarca ağırlıktaki demiri kaldırıp istenen yere bırakan vinçler bu prensiple çalışır.
3. İndüksiyon Yoluyla Mıknatıslama
Bir demir parçasını güçlü bir mıknatısa yaklaştırdığınızda ya da ona temas ettirdiğinizde, demir de geçici olarak mıknatıslanır. Mıknatısa yapışan bir ataçın, kendisine başka bir ataçı çekebilmesi bunun en basit örneğidir. Ataçları zincir gibi arka arkaya dizebilirsiniz.
Ancak bu mıknatıslık genellikle kalıcı değildir. Mıknatıs uzaklaştırıldığında, özellikle yumuşak demirde bölgeler kısa sürede eski karışık düzenine döner.
4. Dünya’nın Manyetik Alanı ve Darbe Yöntemi
Dünya’nın kendisi de dev bir mıknatıstır. Bir demir çubuğu kuzey güney doğrultusunda tutup ucuna çekiçle birkaç kez vurursanız, zayıf da olsa mıknatıslandığını görebilirsiniz. Darbeler manyetik bölgeleri sarsarak hareketlenmelerini sağlar, Dünya’nın manyetik alanı da onları kendi yönünde hizalar. Uzun yıllar aynı yönde duran demir parmaklıkların ve aletlerin hafifçe mıknatıslanmasının bir nedeni de budur.
Yumuşak Demir ve Çelik: Hangisi Kalıcı Mıknatıs Olur?
Her demir türü aynı şekilde mıknatıslanmaz. Saf ve yumuşak demir çok kolay mıknatıslanır ama mıknatıslığını da çok kolay kaybeder. Bu nedenle elektromıknatısların, transformatörlerin ve elektrik motorlarının çekirdeklerinde yumuşak demir tercih edilir.
Çelik ise daha zor mıknatıslanır. Ancak bir kez mıknatıslandığında bu özelliğini uzun süre korur. Çeliğin içindeki karbon atomları ve yapısal düzensizlikler, manyetik bölgelerin eski hâline dönmesini zorlaştırır. Bu yüzden kalıcı mıknatıslar için çelik ve özel alaşımlar kullanılır.
Günümüzde en güçlü kalıcı mıknatıslar, neodimyum, demir ve bor alaşımından yapılan neodimyum mıknatıslardır. Elektrikli araç motorlarından kulaklıklara, sabit disklerden rüzgâr türbinlerine kadar pek çok alanda kullanılırlar.
Mıknatıs Özelliğini Neden Kaybeder?
Mıknatıslanmış bir demir, bazı durumlarda bu özelliğini yitirebilir.
Isıtma: Her ferromanyetik maddenin Curie sıcaklığı adı verilen bir sınırı vardır. Bu sıcaklığa ulaşıldığında atomların ısıl titreşimi düzeni bozar ve madde mıknatıslığını tamamen kaybeder. Demir için bu sıcaklık yaklaşık 770 °C’dir.
Darbe ve düşürme: Mıknatıslanmış bir çivi sert bir zemine defalarca düşürüldüğünde manyetik bölgeler yeniden karışır ve mıknatıslık zayıflar.
Ters yönde manyetik alan: Mıknatısı ters yöndeki güçlü bir manyetik alana maruz bırakmak, bölgelerin düzenini bozar.
Zaman: Özellikle yumuşak demirde mıknatıslık kendiliğinden zamanla azalır.
Mıknatıslık Günlük Hayatta Nerede Kullanılır?
Mıknatıslık, modern teknolojinin her yerindedir. Elektrik santrallerindeki jeneratörlerde dönen mıknatıslar elektrik üretir. Hidroelektrik enerjinin nasıl üretildiğini anlattığımız yazımızda bu süreci ayrıntılarıyla ele almıştık. Elektrik motorları, hoparlörler, buzdolabı kapı contaları, kredi kartlarının manyetik şeritleri ve hastanelerdeki MR cihazları mıknatıslığın kullanıldığı alanlardan yalnızca birkaçıdır.
Evde Deney: Kendi Pusulanızı Yapın
Mıknatıslanmış bir dikiş iğnesiyle kolayca basit bir pusula yapabilirsiniz. İğneyi sürtme yöntemiyle mıknatıslayın. Ardından küçük bir mantar parçasına veya şişe kapağına yerleştirin ve bir kap suyun üzerinde yüzdürün.
İğne kısa süre içinde kendiliğinden kuzey güney doğrultusunda duracaktır. Bunun nedeni, mıknatıslanmış iğnenin Dünya’nın manyetik alanıyla hizalanmasıdır. Bu deney, yüzyıllar önce denizcilerin kullandığı ilk pusulaların çalışma prensibini birebir gösterir.
Sıkça Sorulan Sorular
Demir; bir mıknatısla aynı yönde sürtülerek, etrafına sarılan telden elektrik akımı geçirilerek ya da güçlü bir mıknatısa yaklaştırılarak mıknatıslanır. Bu yöntemlerin hepsi, demirin içindeki manyetik bölgeleri aynı yöne çevirir.
Mıknatıslanma, atomlarda eşleşmemiş elektronlar bulunmasına ve bunların düzenli bölgeler oluşturabilmesine bağlıdır. Demir, nikel ve kobalt bu özelliğe sahipken alüminyum, bakır, altın ve gümüş gibi metallerde bu düzen oluşmaz.
Bu, demirin türüne bağlıdır. Yumuşak demir mıknatıslığını kısa sürede kaybederken çelik uzun süre, hatta yıllarca korur. Isıtma, darbe ve ters manyetik alan mıknatıslığın kaybolmasını hızlandırır.
Mıknatıs, Curie sıcaklığı denen değere kadar ısıtıldığında mıknatıslık özelliğini tamamen kaybeder. Demir için bu sıcaklık yaklaşık 770 °C’dir.
Elektromıknatıs, demir bir çekirdeğin etrafına sarılmış telden elektrik akımı geçirilerek elde edilen mıknatıstır. Akım verildiğinde mıknatıslık oluşur, akım kesildiğinde büyük ölçüde ortadan kalkar.
Bir çiviyi güçlü bir mıknatısla 30 ile 50 kez aynı yönde sürterek ya da çivinin etrafına bakır tel sarıp uçlarını bir pile bağlayarak evde kolayca mıknatıs yapabilirsiniz. Pil bağlantısını uzun süre açık bırakmamak gerekir, çünkü tel ve pil ısınabilir.
İlgili Yazılar
