Tüm dizüstü ve masaüstü bilgisayarların sabit disklerin temel parçaları oldukları gibi, kasetçalarlarda ve tabi ki de buzdolabımıza bir şeyler yapıştırmak istediğimizde mıknatısları kullanıyoruz. Düz ekranların ortaya çıkmasından önce de televizyonlar ve monitörlerimiz evlerimizdeki en büyük mıknatısları içlerinde barındırıyorlardı.

Mıknatıslar yüzyıllardır hayatımızın içerisinde ve bizi sürprizleriyle şaşırtmışlardır. Bu şaşırtıcı özelliklerinden  bazılarından bahsedebiliriz…

1. Dört Çeşit Mıknatıs Vardır

Demir ve nikel gibi maddeler içeren ferromanyetik malzemeler, dönüşleri hizalı, eşleşmemiş elektronlu atomlardan oluşurlar. Kalıcı ve güçlü mıknatıslar için kullanılırlar.

Bir diğer materyal çeşidi de ferromanyetiklerdir, sadece bazı elektron dönüşleri hizalanmıştır. Bununla birlikte, çoğu kimyasal element paramanyetik olarak kabul edilir, yani yalnızca başka bir manyetik alanın içindeyken mıknatıslanırlar.

Paramanyetikler eşlenmemiş elektronlara sahiptir. Eğer ki nesneleri havaya kaldırmak istiyorsanız da diamanyetik malzemeler bunu yapmanıza olanak sağlayabilirler. Bu malzemeler bir alandayken mıknatıslanırlar, ancak bulundukları yerin karşısına zıt alanlar oluştururlar. Dünyanın en hızlı trenleri olan Maglev trenleri bu ilke üzerinde çalışmaktadırlar.

2. Manyetizma Işıktır

Mıknatıslar neden yapışırlar ?

Mıknatıslar birbirlerini çekerler çünkü ışığı oluşturan parçalar olarak bildiğimiz fotonları aralarında takas ederler. Fakat etrafımızdaki her şeyi, bir masa lambasının ışığını görünür yapıp yansıtan fotonların aksine bu fotonlar varsayımsaldır ve gözlerimiz veya herhangi bir parçacık dedektörü bu fotonları göremez.

Bununla birlikte aralarında momentum değiş tokuşu yapabilirler ve bu da birbirlerini itmelerine ya da çekmelerine neden olur.

Örnek vermemiz gerekirse, bir çocuk elinden topu birisine attığında topla momentum takası yapar ve hafif bir geri çekilme hisseder. Topun hedefi kişi top isabet ederse topun gücünü hisseder ve itilir.

Fotonlardaysa bu olay tam tersi şekilde de işleyebilmektedir, tıpkı bir çocuk elinde topu tutarken diğerinin de topu tutup asılması gibi. Fotonlar yalnızca mıknatıslar için değil aynı zamanda statik elektrik gibi elektrostatik olaylar için de bir güç taşıyıcısıdır.

Bu nedenle elektromanyetizma fotonların bu özelliği tarafından üretilen güç için kullandığımız bir terimdir ve buna elektromanyetik bir dalga olan ışık da dahildir.

3. Manyetizma görecelidir

Buzdolabınıza bir magnet yapıştırdığınız her seferde aslında göreliliği kanıtlıyorsunuzdur.

Peki bu nasıl oluyor?

Özel görelilik teorisine göre , belli bir gözlemciye göre sabit hızda giden cismin gittiği yön doğrultusunda boyu kısalır.

Hızlı hareket eden bir arabada, arabadaki kişi farkında olmasa da, dışarıdan arabaya bakan kişiye önden ve arkadan araba kısalmış –gittiği ve geldiği yön doğrultusunda sıkıştırılmış- gibi görünür. Bu göreliliğin tellerdeki yüklü parçacıklar için de sonuçları mevcuttur.

Normalde, negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlar bir tel üzerinde birbirlerini nötrlerler. Ancak akım bir telden geçtiğinde, elektronlar hareket eder. Telin dışındaki sabit yüklü herhangi bir parçacığın bakış açısından, elektronlar arasındaki mesafe küçülür.

Bu belirli alanda protonlardan daha çok elektron varmış gibi gözükür bu da orada negatif bir yük olduğunu gösterir. Pozitif yüklü herhangi bir parçacığı veya teli bu negatif yüklü tele yaklaştırırsak manyetik bir çekim gücü hissederiz. Aynı şekilde negatif yüklü bir parçacık yaklaştırdığımızda da bir manyetik itiş meydana gelir.

Benzer bir olay yüklü bir parçacık manyetik bir alanda hareket ettirildiğinde de meydana gelir, mesela doğal bir mıknatısın yanında. Bu alanda parçacık kuvvete maruz kalır. Fakat görelilik teorisine göre parçacığın hareket edip de mıknatısın sabit kaldığı söylenemez.

Parçacığın bakış açısından bakıldığında mıknatıs hareket etmektedir. Söylediklerimize ek olarak da Maxwell’in elektromanyetik dalgaları ve kuvvetleri tanımlayan denklemleri, hangi referans çerçevesini seçtiğinize bağlı olarak farklı kuvvetler göreceğinizi göstermektedir.

Örneğin sabit duran dışarıdan bir gözlemci mıknatısın yüklü parçayı ittiğini ve çektiğini, parçanın elektrostatik bir güç içinde hareket ettiğini gözlemler. Fakat sabit yüklü parçacık açısından bakıldığında bir görecelilik ortaya çıkmaktadır.

4. Dünyanın en güçlü mıknatısları

Dünyadaki en büyük iki mıknatısların biri New Mexico Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda diğeri Florida Eyalet Üniversitesi’nde bulunmaktadır. Sırasıyla bu mıknatıslar 100 ve 45 Tesla ‘ya ulaşabilmektedir.

Bir arabayı rahatça kaldıran hurda mıknatısları yaklaşık olarak 2 Tesla’dır, buna göre bu mıknatısların gücü sınırları zorlamaktadır. Los Alamos mıknatısı, sadece birkaç saniye süren alanlar üretecek şekilde tasarlanırken, FSU mıknatısı güç açık olduğu sürece alanlarını koruyabilir.

Los Alamos’ta çalışan bir bilim insanı olan Ross McDonald, her mıknatısın farklı deneyler yapması için tasarlandığını belirtmektedir. FSU mıknatısının etrafında alüminyum kutu gibi diamanyetik materyaller olduğunda ilginç etkiler ortaya çıkmaktadır.

Diamanyetizma mıknatısın tersi yönde alanlar yaratmaktadır ve mıknatıs açıldığında malzemeler mıknatısın aksi yönüne doğru sıkışmaktadır. Los Alamos mıknatısının yanında ise alüminyumla oynamak ve elinizde bir teneke kutulu içecek ile durmak güvenli değildir. Aynı nedenden dolayı mıknatısın bulunduğu odada durmak da tehlikelidir.

Mc Donald “darbeli her mıknatıs eninde sonunda kendisini yok edecektir” demekte ve “ çünkü bobinler üzerindeki manyetizma çok fazla baskıya neden olmaktadır, eğer bir hata olursa bu hata bir felakete neden olabilir. Elimizdeki mıknatısın enerjisi neredeyse 100 dinamite eş değer” diye eklemektedir. Bu nedenle mıknatıs açıldığında bina tahliye edilmektedir.

5. Mıknatıslar kuantum mekaniğinin işe yaradığını göstermektedirler

Kuantum mekaniğinin temel taşlarından biri olan spin parçalarının keşfi de mıknatıslar aracılığıyla geliştirilmiştir. OttoStern ve WalterGerlach’ın 1922’de yaptığı sonrasında da Stern-Gerlach deneyi olarak adlandırılan bu deneye bakacak olursak; o zamanki yeni kuantum mekaniği teorileri hakkındaki fikirleri test etmek için deneyi yapmıştılar.

Her biri uzun, asimetrik bir manyetik alan oluşturmak üzere şekillendirilmiş iki mıknatıs kullandılar. Ardından hedef alandaki yüksüz parçacıkları – gümüş atomlarını – ateşlediler. Asimetrik alanın, gümüş atomlarının yörüngesini biraz değiştireceğini öngördüler.

Atomların rastgele yönlere yönleneceği ve açısal momentumları da rastgele olacağı için, yörünge her gümüş atomu için farklı olmalıydı, ancak ne kadar olduğunu tahmin edemiyorlardı. Fakat öngördükleri olmamıştı.

Bunun yerine, deneyciler iki ışın kümesine sahipti, sanki bir yol iki parçaya ayrılmış gibi parçacıklar aradaki herhangi bir yere sapmadan ilerlemişlerdi. Stern ve Gerlach parçacıkların etrafa dağılmak yerine manyetik alan doğrultusunda bu alan içerisinde hareket ettiklerini gözlemlemişti.

6. Mıknatıslar demir veya metal olmak zorunda değildir

Kullandığımız mıknatısların çoğu demirden (buzdolabı mıknatısları gibi) yapılmıştır. Ama bu böyle olmak zorunda değildir. Eşleştirilmemiş elektronlu herhangi bir malzemeden mıknatıslar yapılabilir. Ferrimanyetik malzemeler aslında çoğu zaman metal değillerdir.

7. Manyetik Tıp

Doğal olarak manyetik tıp deyince bir ağrı kesici olarak mıknatıslar aklımıza gelmez çünkü insan vücudunu etkileyemezler. Kanımızda demir bulunsa da bu demir mıknatısın etkileyebileceğinden çok dağınık hallerde bulunmaktadırlar.

Eğer bir mıknatısın yanına kanınızı dökerseniz veya parmağınızı sıkarak mıknatısa yaklaştırırsanız doğal olarak bir şey olmadığını görürsünüz. Ancak tıpta manyetizma, arabaları kaldırabilen mıknatıslardan da güçlü mıknatıslar kullanan manyetik rezonans görüntüleme makinelerinde kullanılırlar.

Bunlar da yaygın olarak bilinen MRI makineleridir. Bu makinelerdeki mıknatıslar genellikle süper iletkendirler ve sıvı helyum soğutma sistemine sahiptirler.

8. Aslında uzun zamandır bilinen fakat anlaşılamamış bir gerçek

Eski Yunanlılar ve Çinliler, mıknatıs taşı (lodestone) olarak bilinen taşlarda garip bir şey fark ettiler. Öncesinde bu taşlara bakacak olursak; mıknatıs taşları magmanın yavaşça soğumasıyla oluşan manyetik bir demiroksit formudur.

Bu taşlar sıradan demiri ve demirimsi maddeleri çekebilen bir taştır. Bu taşların yakınında küçük metal parçaları bir ipe asıldığında veya su içerisinde yüzdürüldüğünde dünyanın manyetik alanı ile doğal olarak hizalanmaktaydı bu özelliğin fark edilmesi ile de dünyadaki ilk manyetik pusulalar ortaya çıkmışlardır.

9. Hayvanlardaki manyetizma

Bazı hayvanlar ve bakteriler vücutlarında manyetit bulundururlar. Gumbootchiton olarak bilinen bir yumuşakça, dişlerinde manyetik bir mineral olan manyetit bulundurur. Bu dişleri kullanarak yosunları kayalardan ayırabilmektedir.

Yapılan araştırmalarla bu dişlerin biyolojik olarak üretilen en sert ve en dirençli minerale sahip olduğu öğrenildi. Dişlerindeki manyetitler Chitonların aynı zamanda çiftleşmek ve beslenmek için kullandıkları belirli yerlere dönüş yollarını bulmalarını sağlayan bir işaretleme mekanizması olarak da iş görüyor olabilirler.

Posta güvercinleri üzerinde yapılan araştırmalar da bu hayvanların manyetizmayı gagalarındaki manyetitler yardımıyla algılayabilmesinin mümkün olduğunu gösterse de yön bulmalarında bunun ne kadar büyük bir rol oynadığı henüz bilinmemekte.