Manyetizma Türleri

Malzemelere bir manyetik alan uygulandığında pek çok davranış tipi gözlenir. Şekil 3.1 de diyamanyetik, paramanyetik, ferrimanyetik ve ferromanyetik malzemelerin manyetik davranışları görülmektedir (Erdoğan, 2001).

3.4.1. Diyamanyetizma

Bir malzeme üzerine bir manyetik alan uygulandığında, yörünge elektronların manyetik momenti etkilenmekte ve malzemenin bütün atomları için bir manyetik moment çifti oluşturmaktadır. Oluşan bu manyetik moment çiftleri manyetik alana karşı koyarak manyetikliğin sıfırdan daha az olmasına neden olur. Bu davranış diyamanyetizma olarak adlandırılır, yaklaşık 0,01 geçirgenlik sağlar. Bu nedenle, diyamanyetik davranış, manyetik malzemeler veya cihazların uygulamaları için önemli değildir (Erdoğan, 2001).

Bakır, gümüş, kurşun, antimon, bizmut gibi metaller, bütün yarımetaller ve organik maddelerin çoğu diyamanyetiktir (URL-2).

3.4.2. Paramanyetizma

Paramanyetik malzemeler, çift olmayan elektronlara sahip olduğundan manyetik moment, atomların elektron dönüşünden meydana gelir. Manyetik alan uygulandığında, kutup çiftleri alanla hizaya gelir ve pozitif bir manyetikleşmeye neden olur. Kutup çiftlerini hizaya getirmek amacıyla oldukça büyük bir manyetik alan gereklidir. Paramanyetizma olarak adlandırılan bu etki sadece yüksek sıcaklıklarda etkilidir. Paramanyetik malzemelerin geçirgenliği 0,01’ den daha azdır (Erdoğan, 2001).

Bazı koşullar altında paramanyetik maddelerin mıknatıslanmasının alanla doğru, mutlak sıcaklıkla ters orantılı olduğu Pierre Curie tarafından bulunmuştur. Bu bağıntı

M= C T B

( 3.7. )

şeklinde olup, Burada Burada M mıknatıslanma, B dış manyetik alan, C Curie sabiti, T sıcaklıktır. Bu denklem mıknatıslanmanın artan dış manyetik alan ve azalan sıcaklıkla arttığını göstermektedir. B=0 da mıknatıslanma sıfırdır ve bu durumda dipol momentler rastgele yönelmişlerdir. Çok yüksek dış etkili alanlar ve düşük sıcaklıklarda mıknatıslanma maksimum ve doyum değerine ulaşır. Bu durumda bütün manyetik dipol, dış alan yönünde dizilmiş olur (Buschow ve Boer, 2003).

18 3.4.3. Ferromanyetizma

Malzemelerin ferromanyetik davranışı, 3d seviyesindeki (demir, nikel ve kobalt) veya 4f seviyesindeki (gadolinyum) doldurulmamış enerji seviyelerinden kaynaklanmaktadır. Ferromanyetik malzemelerde kalıcı olmayan kutup çiftleri manyetik alandan dolayı kolayca hizaya gelirler ve yüksek bir nispi geçirgenliğe sahiptirler (Erdoğan, 2001).

3.4.3.1. Sıcaklığın Mıknatıslanmaya Etkisi

0 oK üstündeki herhangi bir sıcaklıkta, termal enerji, ferromanyetik bir malzemenin manyetik momentlerinin mükemmel paralel dizilişini bozar. Ferromanyetik malzemelerde manyetik momentlerin dizilmesine neden olan değişim enerjisi, termal enerjinin dizilmeyi rastgele hale getiren etkisini dengelemektedir (Smith, 1969) (Şekil 3.2). Sonuç olarak, sıcaklık artıkça ferromanyetik bir malzeme de, manyetiklik tamamen yok olur. Bu sıcaklığa Curie sıcaklığı denir. Ferromanyetik malzemeler Curie sıcaklığı’na (Tc) na ulaşınca kendiliğinden

mıknatıslığı kaybolur ve madde paramanyetik duruma geçer. Curie sıcaklığı’ nın altında, manyetik momentler paralel dizildiklerinden dolayı malzeme ferromanyetiktir. Curie sıcaklığının üstünde ise dipoller gelişigüzel yönelmekte ve madde paramanyetik olmaktadır (URL-2).

Ferromanyetik bir malzeme, curie sıcaklığının üstündeki bir sıcaklığa soğutulursa, malzeme tekrar mıknatıslanır ve ferromanyetik hale gelir. Fe, Co ve Ni’ in Curie sıcakları sırasıyla 770, 1123 ve 358 ºC dir (Smith, 1969).

Antiferromanyetizmada, bu davranışa karşılık gelen sıcaklığa Neel sıcaklığı denir. Bu sıcaklığın altındaki sıcaklıkta, malzeme antiferromanyetik veya paramanyetiktir (Calister, 2004).

3.4.3.2. Manyetik Malzemelerde Domen (Bölge) Yapısı

Ferromanyetik malzemeler, komşu atomların kutup çiftleri arasında pozitif etkileşmelerinden dolayı mıknatıslanma üzerine kuvvetli bir etkiye sahiptir. Ferromanyetik bir malzemenin tane yapısı içerisinde manyetik domenlerden oluşan bir alt yapı, dış manyetik alanın yokluğunda bile vardır. Domen bölgesinde bütün kutup çiftleri hizadadır. Manyetik alan uygulanmamış bir malzemede bireysel domenler rast gele bir yönelmeye sahiptir. Buna rağmen malzemedeki net manyetikleşme bütün olarak sıfırdır.

Blok duvarlar, tane sınırları gibi bireysel domenleri ayırır. Blok duvarları, manyetik moment yönünün yavaş yavaş ve sürekli olarak bir domenden diğerine değiştiği dar bölgelerdir (Şekil 3.3). Bu domenler tipik olarak çok küçüktür, yaklaşık olarak 0,005 cm ve

blok duvarlar 1000

0

A kalınlıktadır (Erdoğan, 2001).

20 3.4.3.3. Manyetik Histerisiz ve Çevrimi

Manyetik alan uygulanmamış ferromanyetik bir malzemenin mıknatıslanması sıfır değerinden itibaren devamlı arttırılırsa B=f (H) mıknatıslanma eğrisi elde edilir (Şekil 3.4) (URL-2).

Dış manyetik alan malzemeye uygulandığında, alanla hizaya gelen domenler hizaya gelmemiş domenlerin uzantısında büyür ve bu nedenle blok duvarları hareket etmek zorunda kalır. Uygulanan manyetik alan duvarların göç etmesi için gerekli kuvveti sağlar. Manyetik alanın şiddeti yükseldiğinde uygun bir şekilde yönlenmiş domenler büyümeye devam eder ve büyük bir net mıknatıslanma olur (Şekil 3.4). Mıknatıslanmanın doyuma ulaşması bütün domenler uygun bir şekilde yönlendiğinde görülür böylece malzemede, büyük miktarda bir mıknatıslanma elde edebilir (Erdoğan, 2001).

Şekil 3.4. Ferromanyetik histerisiz döngüsü (Erdoğan, 2001).

Uygulanan alan sıfırdan yükseldikçe (M) 2 eğrisi boyunca yükselir ve S noktası, doyma noktasına ulaşır. Uygulanan alan sıfıra düşürüldüğünde dönüş eğrisi başlangıçtaki manyetizasyon eğrisini izlemez, artık mıknatıslanma (remanans) R, denen bir mıknatıs akı yoğunluğu malzeme üzerinde kalır. Akı yoğunluğunu sıfıra düşürmek için, Hc miktarında,

baskı kuvveti (koerzivite) denen ters (eksi) bir alan uygulamak gerekir (C noktası). Şayet uygulanan eksi alan daha da artırılacak olursa, sonunda malzeme ters alanda, Sı tekrar doyum

mıknatıslanmasına ulaşır. Ters alanın kaldırılması halinde mıknatıs akı yoğunluğu Br

noktasındaki artık mıknatıslanma akı yoğunluğuna ulaşacak ve artı alanın uygulanmasıyla M- H eğrisi, BrHcS noktalarını takip ederek halkayı kapatacaktır (Smith,1969).

3.4.4. Antiferromanyetizma

Bazı malzemelerde manyetik momentler, manyetik alanda her bir kutup çiftinin dayanımı çok yüksek olmasına rağmen komşu kutup çiftlerinin birbirine zıt dizilmesinden oluşur. Ferromanyetizma ile antiferromanyetizma arasındaki fark, komşu kutup çiftleri arasındaki etkileşmelerdir. Komşu kutup çiftleri birinden diğerini takviye eder veya zıtlaşır (Erdoğan, 2001).

3.4.5. Ferrimanyetizma

Seramik malzemelerde, farklı iyonlar farklı manyetik momentlere sahiptir. Manyetik alanda bir çeşit iyon kutup çiftleri, alanla hizaya gelirken diğer iyonlarının kutup çifti alana karşı koyar. Kutup çiftlerinin dayanımı eşit olmadığı için net bir mıknatıslanma meydana gelir (Erdoğan, 2001).