Merhaba, değerli arkadaşlar. Bazen sıklıkla birbirlerine karıştırılan başlıktaki iki farklı cekim gucunde, atom yapılarında her iki durumda oluşan bazı farklarıyla konuyu daha yakından incelemeye calışalım.

Paramanyetik Malzemeler: Mağnetik alanlar tarafından hafifce cekilen atomik yapıdaki malzemelerdir.

Diyamanyetik Malzemeler: Mağnetik alanlar tarafından hafifce itilen atomik yapıdaki malzemelerdir.

Ferromanyetik Malzemeler: Demir, nikel, kobalt, gadolinyum, vb. mağnetik alanlar tarafından kuvvetle cekilen ve bu mağnetik alanlara direk maruz kalındığında gecici veya kalıcı mıknatısiyetleri iclerinde oluşturabilen atomik yapıdaki malzemelerdir.

Bu 3 farklı malzeme tanımlamasını buradan yapmamızla birlikte, paramanyetik ve diyamanyetik malzeme grubu, demir-nikel-kobalt grubuna gore milyonda birden daha az etkili olduğundan muhendislik uygulamaları azdır. Bu yuzden “ferromanyetik malzemeler” veya “ferromıknatısiyet” konusu daha detaylı incelenmiş olacaktır.



Ferromıknatısiyet: Ferromıknatısiyet, ferromanyetik malzemede atomlar icindeki elektronların yapısıyla ortaya cıkar. Atomların enerji katlarında orneğin 1. yorungede en fazla 2 elektron bulunabilir. Bu şekilde sadece cift sayıda elektronu bulunan elementte, elektronlar hem cekirdek etrafındaki bir yorungede, hem de kendi eksenleri etrafında (Soldan sağa veya sağdan sola) donerler. (Dunyanın hem kendi hem guneş etrafındaki 2 ayrı donuşu gibidir) Bu donuşlerinde her donen elektron adeta cok kucuk birer mıknatıs gibidir, yani bu donuşleri nedeniyle N ve S kutuplarının bu donuşe gore oluşma şekli, kendi donuş yonlerine gore vardır, cunku bu donuşleri bir manyetik momenti oluşturur.

Cift sayıda elektronu olan bir elementte, bir elektronu sağdan sola doğru, diğeri soldan sağa doğru donerse birbirlerinin manyetik momentlerini tam olarak sıfırlarlar ve sonuc olarak hic bir manyetik ozellikleri kalmaz, bu elementler veya malzemeler bu yuzden bir mıknatıs ozelliğinde olamazlar.

Ancak ayni cift sayıdaki elektrona sahip atomda, her iki elektron ayni yonlerde donerlerse o zaman mağnetik bir momenti oluştururlar ve malzemede, elementte veya atom icinde oluşan mıknatısiyet ozelliği ancak o zaman ortaya cıkmış olur. Yani bir malzemenin (elementin veya onu oluşturan tek atomun) mıknatısiyet ozelliğini gosterebilmesi, sağdan sola veya soldan sağa doğru hızla donen (spin) bu elektronların bir kısmının sayıca azınlıkta veya coğunlukta kalması şartıyla malzeme atomundaki manyetik ozelliğin ortaya cıkmasında asıl belirleyen olur.




Orneğin alfa demiri, kobalt, ve gadolinyumda oluşan mağnetik momentler yeterince kuvvetlidir ve yandaki (komşu) atomlarda ayni mağnetik hizaya getirme etkisi yapacak kadar bu atomlar birbirlerine yakındır. İşte bu durum ferromıknatısiyeti oluşturmuş olur.

Kalıcı (Daimi) Mıknatısiyetlik: Suni veya doğal manyetik alan ortadan kalktığı halde kalıcı kalan mıknatıslık ozelliğidir. Doğada serbest (Cevher) olarak bulunan mıknatıs taşı (Mağnetit, Fe3O4) daimi bir mıknatıstır. Kuvvetli mıknatıs ozelliğini gosterdiğinden atom yorungesinde, kendi ekseni etrafında donen elektronlardan, ayni yone donenlerinin sayısı sayıca ters yone donenlerin sayısından coktur. Bu sayıar tam eşit olsaydı eğer bu malzeme de sıradan ferromanyetik malzeme olup, demir, nikel veya kobalttan daha farklı olmazdı. Sanayide ceşitli metal alaşımlarının sert, kristalik yapıdaki alaşımları (Kırıldıklarında bu ser kristal doku gozle de gorulebilir) yine kalıcı mıknatıs olarak orneğin elektrodinamik hoparlorlerde, fırcalı kucuk DC motorlarda stator veya niyobiyum mıknatısları olarak rzgar turbinlerinde alternator yapımında kullanılır.

Gecici Mıknatısiyetlik: Suni (elektromıknatıs bobini mağnetik alanı) veya doğal (kalıcı mıknatısiyetin) manyetik alanı ortadan kalktığında mıknatısiyetleri de ortadan kalkan malzemelerdir. Bu malzemelerin orneğin elektrik-elektronik endustrisinde uygulama alanı bulabilmesi malzeme ozelliğinin cok uygun secilmiş olması gerekir.




İc malzeme ozelliklerinden en onemlisi “histerezis ozelliği” veya “histerezis eğrisi” nin bu malzeme icin optimum uygunluğudur. Secilen her malzeme (veya demir karbon alaşımı olan celik, dokum veya ince, yumuşak, tavlanmış saclar icin) histerezis eğrisi farklıdır. Orneğin elektrik muhendisleri veya endustriyel trafo, elektrik motoru, kontaktor, vb. ureticileri bu eğrinin kalıcı mıknatısiyeti en az bırakanını, alternatif akımın (AC) her iki yonunde bu gecici mıknatısığı suratle (Ve en az gecikmeyle) yon değiştirebilen yumuşak ve tavlanmış sac (celik) malzemeyi motor veya şebeke trafosu nuvesi olarak endustriyel uygulamalarda kullanırlar. Histerezis eğrisi uygun olmayan malzemeyle bu nuveler oluşturulduğunda, AC akımdaki yon değişimlerinde, bu artık mıknatısiyet tam olarak ortadan kalkamadığı icin nuvede “histerezis kaybı” olarak acığa cıkan atıl ısı enerjisi (veya istenmeyen bir enerji kaybı) cok daha fazla olur. En uygun malzemeyi secebilmek bu yuzden cok onemlidir.

Manyetik malzeme olarak “sert veya “yumuşak” malzeme ifadesi ise ; uygulanan manyetizmanın (mağnetik alanın) kalıcı olup olmadığını gosterir.

Mekanik olarak sert malzemelerde; manyetizma icten daha kalıcı olduğundan daimi mıknatıs yapılmak istenilen “mıknatıs celikleri” bu yuzden sert kristalli malzeme olarak secilmiş ve ısıl işlem olarak tavlanmamışlardır.

Mekanik olarak yumuşak malzemelerde ise; bu malzemelerde bulunan ve ayni yone mıknatıslanan ic (atomik) bolmeler ısıl tavlamayla yok edilmiştir. Bu malzemeler bu nedenle kalıcı mıknatıs olarak değil sadece trafo, elektrik motoru, kontaktor, vb. nuvesi olarak gecici (akımın ters yonlerinde ve cok hızlı değişimle) mıknatıslanmaya cok daha uygundur. Yani bir malzemenin kalıcı (daimi mi) mı yoksa gecici mıknatıs malzemesi olarak nasıl secileceği, aslında mekanik bakımdan sert veya yumuşak malzemeyle birlikte onun tavlanmış veya tavlanmamış olarak secilebilmesi bunun asıl belirleyicisidir.

Elektromıknatıs: Histerezis eğrisi olarak uygun malzeme secilmiş bir nuveye (cekirdeğe) sarılı bobinlerden uygun bir elektrik akımı (AC/DC) gecirildiğinde gecici bir mıknatıs ozelliğini gosteren, akımı kesildiğinde ise bu mıknatıslığı kaybolan gecici (mıknatıslığı kendi bobininden gecen akıma bağlı olan) olan mıknatıslardır, Elektrik- elektronik sanayisi bunların en fazla uygulamalarının bulunduğu bolumudur.

Bir Elektromıknatıs Nasıl Mıknatıs Olur? Elektromıknatıs malzemesi olarak secilen malzeme atomlarında, uzerlerindeki selenoide AC/DC akımı uygulanmadığında aslında cok sıradan bir ferromanyetik malzeme (mağnetik alanı icinden kuvvetli geciren ve kalıcı mıknatıslarla da kolayca cekilen) ozelliğindedir. Elektrik akımının ortaya cıkardğı bu mağnetik alan nuve icinden gecerken, kendi ekseni etrafında ayni ve ters yone donuşu eşit olan bu elektronların sayıca dengesi, bu selenoidden gecen akımın oluşturduğu mağnetik etkiyle değişir. Bu defa bir yonde donenlerin sayısı diğer yone doğru hızla donen elektronların sayısından cok daha fazla olur ve o anda bu malzeme aslında doğal bir mıknatısın atomik yapısına da gelebilmiş olur. Akım kesildiğinde ise ayni ve ters yonde atom yorungesinde, kendi ekseni etrafında donen bu elektronlar sayıca eşitlenir,mağnetik momentleri sıfırlanır ve manyetik momentleri sıfırlandığından elektromknatısiyetleri de tam olarak kaybolmuş olur.

Elektrostatik Cekim Gucu: Cok iyi bildiğimiz gibi kuru sacları tararken surtunen plastik bir tarak veya tuplu TV'nin ekran camı toz, tuy, hafif kağıt parcacıklarını, vb. cok yakınında kolayca kendisine doğru ceker. Buradaki cekim gucu tarakta veya tuplu TV ekranında yuksek gerilimle atomdan (en dış yorungesinden) ayrılan elektronların oluşturduğu bir cekim gucudur. Halbuki elektromıknatıslarda veya daimi mıknatıslarda ise cekim gucu ise buradaki gibi atomdan ayrılmış serbest elektronlar veya artı yuklu (cekirdek) parcacıklarıyla değil atom icindeki elektronların kendi eksenlerindeki donuşlerinin sayıca ustunluğuyle veya daha fazla olmasıyla oluşan manyetik momentlerle oluşmaktadır.

Elektrostatik Cekme Gucu Nasıl Oluşur? Elektrostatik cekimde elektrik yukleri cok yakın oldukları cisimlerin on tarafını ters, arka yuzlerini ise ayni yukle etkiyle (yakın mesafelerden etkileyerek) elektriklendirir. Boylece ters işaretli yukler birbirlerini kolayca cekeceklerinden, ağırlık olarak yercekimine karşı koyamayan cok hafif malzemeler, elektrostatik yuklerin varlığında bu kaynağa doğru hızla cekilerek yapışırlar.

"Ferromıknatısiyet" Kısmı Bir Derlemedir. Kaynak: Malzeme Bilimine Giriş, Lawrance H. Van VLACK, Michigan Universitesi, Ceviren: Recep A. SAFOĞLU, İTU Maden Fakultesi, Kipaş 1981, Teşvikiye/İstanbul