Manyetik Alan Nedir?

Manyetik alan, manyetik kuvvetlerin gözlemlenebildiği bir mıknatıs, elektrik akımı ya da değişen elektrik alanının çevresindeki vektör alanıdır. Manyetik bir alan, elektrik yükleri ve spin olarak adlandırılan temel bir kuantum özelliğiyle ilişkili temel parçacıkların gerçek manyetik momentleri aracılığı ile meydana gelir. Manyetik ve elektrik alan birbiriyle ilişkilidir. Doğanın dört temel kuvvetinden biri olan elektromanyetik kuvvetin temel bileşenleridir.

Manyetik Alanın Gösterimi

Genel olarak bir manyetik alanlar iki ayrı şekilde gösterilmektedir.

Vektör Gösterimi
Çizgi Gösterimi

Manyetik Alanın Vektörel Gösterimi

Manyetik alanlar matematiksel olarak bir vektör alanı olarak tarif edilebilir. Vektör alanı, bir ızgaraya çizilen pek çok vektörün bir kümesidir. Bu durumda, her vektör bir pusulanın göstereceği yönü gösterir ve manyetik kuvvetin gücüne bağlı bir uzunluğa sahiptir.

Manyetik Alan Çizgileri

Alan çizgilerinin kullanılması, bir manyetik vektör alanında yer alan bilgileri temsil etmenin alternatif bir yoludur. Manyetik alanın çizgileri gerçek olmayan yani hayali çizgilerdir. Manyetik alanın çizgileri manyetik alanları temsil etmek için kullanılan görsel bir gereçtir. Herhangi bir pozisyonda kuzey tekel üzerindeki manyetik kuvvetin yönlerinin tanımlarlar. Çizgilerin yoğunluğu alanın büyüklüğünü temsil eder.

Manyetik Alan Çizgilerinin Özellikleri Nelerdir?

Manyetik alanda çizgiler birbirlerini asla kesmezler.
Alan çizgilerinin yoğunluğu alanın gücünü göstermektedir.
Manyetik alanın çizgileri daima kapalı döngü yaparlar.
Manyetik alanın çizgileri her daim kuzey kutbundan çıkar ya da başlar ve güney kutbunda sona erer.

Manyetik Alanlar Nasıl Meydana Gelir?

Manyetik alan, bir yük hareket halindeyken ortaya çıkar. Bir yükün hareket halinde olması ve kullanışlı bir manyetik alanı meydana getirmesi için iki ana yol vardır. Bunlar;

Akım Taşıyan Bir İletken Tarafından Oluşturulan Alan

Andre Marie Ampere, bir elektrik yükü hareket halindeyken manyetik bir alanın üretilmesini tavsiye etmiştir. Daha iyi anlamak için, bir aküye bağlayarak akımın aktığı bir kabloyu hayal edelim. İletken kablo içinden geçen akım arttıkça, manyetik alanda doğru orantılı olarak artar. Telden uzaklaştığımızda, manyetik alanın mesafe ile azalır. Bu Ampere yasası ile açıklanmaktadır.

Yüksek geçirgenliğe sahip malzemeler manyetik alanlara konsantre olma özelliğine sahiptir. Manyetik alanlar bir vektör miktarı olduğu için yöne sahiptir. Düz bir telden akan konvansiyonel akım için, sağ el kural ile bulunabilir. Bu kuralı sağ eliniz ile yapabilmek için, sağ elinizi baş parmağınız akım yönünü yani yukarıyı gösterecek şekilde telin etrafında tuttuğunuzu hayal edin. Parmaklar telin etrafını saran manyetik alanın yönünü gösterir.

Elektronların Atom Çekirdeği Etrafındaki Hareketi

Kalıcı mıknatıslar, çekirdeklerin etrafındaki elektronların hareketine göre çalışır. Mıknatısa sadece bazı malzemelerin, bazılarının ise diğerlerinden daha güçlü yapılabileceğini gözlemledik. Bu duruma ulaşmak için bazı özel koşulların bilinmesi gerekmektedir;

Atomların pek çok elektronu vardır. Toplam manyetik alan iptal edilecek şekilde eşleştirilirler. Bu yolla eşlenen iki elektronun ters dönüşe sahip olduğu söylenir. Bundan, bir malzemenin manyetik olmasını isteniyorsa, aynı dönüşe sahip bir ya da daha fazla eşleştirilmemiş elektrona sahip atomlara ihtiyacınız olduğu anlaşılmaktadır. Demir, bu tür dört elektrona sahip bir malzemedir. Bu sebeple mıknatısları üretmek için iyidir.

Malzemenin küçük bir parçası dahi milyarlarca adet atomdan meydana gelmektedir. Rastgele yönledirme yapılırsa, malzemenin kaç adet eşleşmemiş elektron olduğuna bakılmaksızın genel alan iptal edilir. Materyal, genellikle tercih edilen bir yönelim elde edilebilmesi için oda sıcaklığında yeterince kararlı olmalıdır.

Bazı malzemeler, harici bir manyetik alanın varlığında manyetik olması için yeterince iyi düzenlenir. Harici alan tüm elektronları döndürür. Fakat harici alan çıkarıldığında hizalama kaybolur. Bu tür malzemeler paramanyetik olarak bilinir.