Mıknatıs Tipleri ve Özellikleri: Bilinmeyen Yönleri ile

Yapılarına göre mıknatıs çeşitleri; doğal, yapay ve elektro mıknatıslar olmak üzere üç gruba ayrılır.

Doğal ve yapay mıknatıslara sürekli mıknatıslar da denir. Sürekli mıknatısların manyetik özellikleri çok uzun süre devam eder, yüksek sıcaklıklar ve şiddetli darbeler mıknatıslığı olumsuz etkiler. Geçici mıknatıslar ise manyetik alan etkisi kalktıktan sonra kendiliğinden veya küçük bir fiziksel etkiyle manyetik özelliklerini kaybederler. Bu yazımızda mıknatıs çeşitleri ve özelliklerini detaylarıyla inceleyeceğiz.

Mıknatıs Tipleri

En çok karşımıza çıkan mıknatıs çeşitleri şunlardır:

1. Doğal mıknatıslar

Doğal mıknatıslar doğada, kendiliğinden oluşmuş saf mıknatıslardır. İsveç’te, Cezayir’de ve Ural dağlarında, bazı göktaşı kalıntılarında ve dağınık olarak dünyanın çeşitli yerlerinde bulunur.

Doğal mıknatısı anlamak için mıknatısın kaynağı olan demire bakmak faydalı olacaktır. Demir; periyodik cetvelin 8. grubundadır. Atom numarası (elektron sayısı) 26 olup, dört kararlı izotopu mevcuttur. Bu izotopların atom ağırlıkları 54 (% 6.04), 56 (% 91.57), 57 (% 2.11) ve 58 (% 0.28)’dir.

Demir, uzayda en çok bulunan elementlerden birisi olup, yerkabuğunda % 5,06 oranındadır. Genel olarak yerkabuğunda bulunan demir cevherleri hematit, limonit, götit, magnetit, siderit ve pirittir.

Magnetit; doğal mıknatıs özelliği sürekli olan, demir oksidi bir mineraldir. Demir cevheri halinde bazik kayalarda bulunur. Demir siyahi renktedir. Kimyasal formülü Fe3O4 olup, FeO.Fe2O3 şeklinde de yazılmaktadır. Genel kimyasal adı ferrous-ferric oxide’ dir Kimyasal formülündeki bu gösterim demirde iki farklı değerliğin aynı anda (2+ ve 3+) varlığını ortaya koyar. Bu yüzden iletkenliği Fe2O3’ten daha fazladır. Eski tarihlerde bunlar işlenerek pusula iğnesi olarak uzun süre kullanılmıştır. Doğal mıknatıs doğada çok az bulunur. Bu nedenle günlük yaşamda yapay mıknatıslar kullanılır. Dolayısıyla günümüzde yapay mıknatıs üretimi önem kazanmıştır.

2. Yapay mıknatıslar

Yapay mıknatıslar insanlar tarafından belli bir teknoloji kullanılarak elde edilen mıknatıslardır. Genellikle sert cisimlerdir, ancak son zamanlarda küçük parçaların kauçuk vb. yumuşak bir madde ile karıştırılmasıyla elastik kıvama sahip yumuşak mıknatıslar da yapılmıştır.

Bunlara polimer mıknatıslar denir. Polimer mıknatıslar diğer mıknatıslara göre daha esnektir ve manyetik alanın yön ve şekil kontrolü artmaktadır. Ancak enerjileri çok düşüktür. Görünümleri at nalı, “U”, küp, prizma, silindir, disk, küre, halka, pusula iğnesi v.b. şekillerde olabilir Kullanım yerlerine göre; hoparlör mıknatısı, vinç mıknatısı, motor mıknatısı, dolap kapağı mıknatısı, seperatör mıknatısı, pusula iğnesi v.s. gibi isimler alırlar. Yapay mıknatıslar manyetik özelliklerine göre geçici mıknatıslar ve sürekli mıknatıslar olarak sınıflandırılırlar.

a. Geçici mıknatıslar

Geçici mıknatıslar, bir manyetik alanın içerisinde kalıcı mıknatıs gibi davranan mıknatıslardır. Bunlar, herhangi bir malzeme olduğu için bileşimde değişiklik gösterebilir. Ataş gibi yumuşak demir cihazlar genellikle geçici mıknatıslardır.

Günümüzde geçici mıknatıslık üç yolla elde edilebilmektedir.

Etki ile mıknatıslanma: Sürekli bir mıknatısın etki alanına bırakılan demir parçaları geçici olarak mıknatıslanır. Mıknatısa yakın uç, mıknatıs kutbu ile zıt kutup özelliği taşır. Manyetik etki ortadan kalktığında mıknatıslanma da biter. Elektro mıknatıslardaki mıknatıslanma da, bu guruba girer. Burada manyetik etkiyi oluşturan elektrik akımıdır.

Dokunma ile mıknatıslanma: Sürekli bir mıknatısa temas ettirilen demir nikel veya kobalt elementleri (Ör: Çivi vida vb.), temas noktası farklı kutup olacak şekilde mıknatıslanır. Demir parçaları uç uca eklenirse her bir uç bir öncekine göre zıt kutupla kutuplanır. Manyetik etki ortadan kalktığında, maddelerin mıknatıslığı da ortadan kalkar.

Sürtünme ile mıknatıslanma: Bir demir çubuk, şekildeki gibi bir mıknatısın her defasında aynı kutbuna aynı yönde sürtülürse, sürtülen uç kısım mıknatısın kutbuyla aynı kutupta olacak şekilde geçici olarak mıknatıslanır. Bu yöntem sürekli mıknatıs elde edilmesinde de kullanılır. Ancak elde edilen mıknatıslık çok uzun süreli değildir.

b. Sürekli mıknatıslar

Sürekli mıknatıslar, uyarma ihtiyacı olmadan manyetik alan üreten malzemelere denir. Bunlar bir kez mıknatıslandıktan sonra bu özelliğini çok uzun süre hiç kaybetmez. Genellikle demir, nikel ve kobalt alaşımlarında yapılırlar.

Sürekli mıknatısların gelişim sürecinde farklı özelliklerde ve farklı malzemelerden birçok çeşit mıknatıs yapılmıştır. Yapılan bu mıknatısları çeşitli özelliklerine göre sınıflandırmak mümkündür. Sürekli mıknatıslar yapıldıkları malzemelere göre sınıflandırılırlarsa; metal sürekli mıknatıslar, seramik sürekli mıknatıslar ve nadir toprak mıknatısları olmak üzere üç ana sınıfa ayrılırlar.

Metal sürekli mıknatıslar

İlk sürekli mıknatıslar su verilmiş, özel çelikten yapılmıştır. Bu çelikler karbonun çözüldüğü (ostenizasyon) yaklaşık 800 santigrat dereceye kadar ısıtılır, daha sonra elde edilen ostenitin 260 santigratta bozulmayacağı biçimde, hızla soğutulur. Bu işlem sıcaklık düşürüldüğü zaman yalnızca martenstin (demir içinde demir karbür çözeltisi) elde edilmesini sağlar. Söz konusu cisimler mıknatıs yapımının temelinde yer alır. Bu özel çeliklerin kobalt bakımından zengin olduğunu (% 35) belirtmek gerekir.

Daha sonra değişik alaşımlarla Bakır-Nikel, Olatin-Kobalt, Demir-Kobalt-Vanadyum mıknatıslar yapılmıştır. Bu sınıf mıknatıslar genelde Alüminyum, Nikel ve Kobalt’in alaşımları ile yapılırlar. Bugün metal mıknatıslar içerisinde en uygun mıknatıslar Alnico mıknatıslardır.

Seramik sürekli mıknatıslar

Sürekli mıknatıs malzemesinin en çok kullanılan tipi demir oksitten (Fe2O3) oluşan Ferritlerdir. Ferrit mıknatıslar 1952 yılında bulunmuş, (kobalt ferrit ve baryum ferrit), mıknatıs teknolojisinde yerini almıştır. Bunlar yaşlanma olayı göstermedikleri için çeliğe göre avantajlı olmuştur.

Nadir toprak mıknatısları

Nadir toprak mıknatıs (REPM) ailesi son 35 yıldır gelişim göstermektedir. Bu malzemenin AlNiCo ve Ferrit mıknatıslardan 5 veya 10 kat daha fazla enerjiye sahip olmaları daha yaygın kullanılmalarına imkan sağlamıştır. Genel kullanım için oldukça ucuz olduğu halde, sert manyetik Ferritli REPM’ler sürekli mıknatıs uygulamalarında oldukça yaygın kullanılmaktadır. Bu mıknatıslar iki alt gruba ayrılabilir.

1.Kobalta dayalı toprak mıknatıslar (SmCo): SmCo (Samaryum Cobalt) mıknatıslar sinterlenerek veya sıkıştırılarak üretilirler. Neodymium mıknatıslardan ucuz olmasından dolayı kullanım alanı için yeterliyse SmCo mıknatıslar tercih edilmektedir. Pahalıdırlar ve mekanik dayanımları düşüktür.

2.Demire dayalı toprak mıknatıslar (NdFeB): NdFeB tipi sürekli mıknatıslar 1983 yılında keşfedilmiş olup, günümüzde en yaygın olarak kullanılan mıknatıs çeşididir. NdFeB mıknatıslar üretim yöntemlerine göre üç şekilde sınıflandırılabilir. Bunlar; sinterleme, polimer bağlama ve ısı deformasyonudur. Çok güçlü mıknatıslardır ve demanyetize edilmeleri zordur.

*Kobalta ve demire dayalı toprak mıknatıslar*

3. Elektro mıknatıslar

Metal çekirdekli bir bobinden elektrik akımı geçirilerek oluşturulan mıknatıslara elektromıknatıslar denir. Elektromıknatıslarda enerji verilen bobin bir manyetik alan oluşturur. Akım kesildiğinde manyetik alan kaybolur. Oluşan manyetik alanın kuzey kutbunun yönü sağ el kuralı ile tespit edilebilir.

Elektromıknatısın manyetik momenti ve manyetik alanı, telin ilmek sayısı, her bir ilmek kesiti ve telden geçen akım ile orantılıdır.

Elektromıknatıslar, demiryolu rayları, elektrik motorları, MRI makineleri ve vinçler gibi güç gerektiren uygulamalar için tercih edilir. Ayrıca bilgisayar ve televizyon donanımında da kullanılırlar.