Dardan uygulanan manyetik alan bazen manyetik alan iddeti

• Dışarıdan uygulanan manyetik alan bazen manyetik alan şiddeti olarak adlandırılır ve H ile gösterilir. Manyetik alan birbirine yakın mesafeli N çevrimli, l uzunluğunda ve I kadar akım taşıyan bir silindirik sargı (veya selenoid) tarafından üretilmesi durumunda, aşağıdaki denklemle ifade edilir:

• Bir H manyetik alanına maruz bırakılan bir maddedeki manyetik alan şiddetinin büyüklüğü, manyetik indükleme veya manyetik akı yoğunluğu ile ifade edilir ve B ile gösterilir. Şekil 20. 1

• μ parametresi geçirgenlik olarak adlandırılır ve Şekil 20. 3 b’de gösterildiği gibi, H alanının uygulandığı ve B’nin ölçüldüğü belirli bir ortama ait özelliktir.

Şekil 20. 3 a

• Katıların manyetikleşmesi olarak adlandırılan bir başka alan miktarı, M, ifadesi ile tanımlanır.

• χm manyetik hassasiyet olarak adlandırılır ve birimsizdir. Manyetik hassasiyet ile bağıl geçirgenlik arasında aşağıdaki ilişki vardır:

• En temel manyetik moment Bohr manyetonu μB’dir; bu, 9, 27 × 10 -24 A ∙ m 2 değerine eşittir. Bir atomdaki her bir elektronun spin manyetik momenti ±μB (+ işareti yukarı doğru, – işareti ise aşağı doğru spin hareketi) ile gösterilir.

• Diyamanyetizma, manyetizmanın çok zayıf bir türüdür, kalıcı nitelikte olmayıp manyetiklik davranışını sadece dışarıdan bir alan uygulanması durumunda koruyabilir. Bu, uygulanan manyetik alanın etkisiyle elektronların yörünge hareketindeki değişiklikten kaynaklanır.

• Dışarıdan bir manyetik alan uygulanmaması durumunda, atomsal manyetik momentlerin yönleri gelişigüzeldir ve bu nedenle, malzemenin küçük bir parçası bile makro ölçekte manyetik davranış sergilemez. Bu atomsal dipoller dönme hareketi için serbesttir ve Şekil 20. 5 b’de gösterildiği gibi, bir dış alan etkisinde dönme ile tercihli olarak yönlenmeleri neticesinde paramanyetik özellik kazanırlar. Tablo 20. 2 Şekil 20. 6

• Bazı metalik malzemeler bir dış alana ihtiyaç duymaksızın, kalıcı manyetik momente sahiptirler ve manyetik davranışları kalıcıdır ve akı yoğunlukları büyüktür. Bunlar ferromanyetizmaya ait özelliklerdir ve Fe (HMK, α-ferrit), Co, Ni geçiş elementlerinde ve nadir toprak elementlerinde, örneğin gadolinyum (Gd)’da görülür.

• Bir ferromanyetik malzemede mümkün olan maksimum manyetikleşme veya doyma manyetikleşmesi Ms, bir dış alan etkisinde bir katı içerisindeki bütün dipollerin ortak olarak dizilmiş olduğuna işaret eder ve ayrıca buna karşılık gelen bir doyma manyetik akı yoğunluğu Bs söz konusudur.

• Komşu atom veya iyon çiftlerinin spin momentlerinin tamamen birbirine zıt yönde dizilmesi antiferromanyetizma olarak adlandırılır.

• Bazı seramik malzemelerin de kalıcı manyetikleşme göstermesi ferrimanyetizma olarak adlandırılır. • ***Manyetik anlamındaki ferrit 9. 18’de ele alınan ferrit α-demiri ile karıştırılmamalıdır, kitabın bundan sonraki kısmında, bu ferrit terimi manyetik seramikler için kullanılmıştır.

• Doyma manyetikleşmesi, ısıl titreşimlerin minimum olduğu 0 K’de maksimumdur. Artan sıcaklıkla doyma manyetikleşmesi kademeli olarak azalır ve Curie sıcaklığı Tc olarak adlandırılan bir sıcaklıkta hızla sıfıra düşer. Demir ve Fe 3 O 4 için manyetikleşme-sıcaklık davranışı Şekil 20. 10’da verilmiştir.

• Şekil 20. 14’te doyma sınırı olan S noktasından, H manyetik alanı ters yönde azalmakta ve eğri orijinal yolunu takip etmemektedir. Bunun sonucu olarak bir histerezis etki ortaya çıkar, uygulanan H alanının azalmasıyla, geride düşük bir hızda azalan B kalıcı alanı (mıknatıslığı) kalır. Manyetik alan H sıfır olduğunda (R noktası) malzeme üzerinde kalıcı manyetik alan veya kalıcı akı yoğunluğu Br olarak adlandırılan bir manyetik akı yoğunluğu mevcuttur.

• Bir numune içerisindeki B alanını ortadan kaldırmak için (Şekil 20. 14’te C noktası) başlangıçtaki manyetik alana ters yönde ve Hc büyüklüğünde bir H manyetik alanın uygulanması gereklidir. Hc koersivite veya bazen koersif kuvvet olarak adlandırılır.

• Hem ferromanyetik hem de ferrimanyetik malzemeler histerezis özelliklerine göre yumuşak veya sert manyetik malzemeler olarak sınıflandırılır. Yumuşak manyetik malzemeler, değişken manyetik alanlara maruz ve enerji kayıpları düşük olması gereken cihazlarda kullanılır.

• Sert manyetik malzemeler, demanyetikleşmeye karşı yüksek dirence sahip olup kalıcı mıknatıslarda kullanılır. Histerezis davranışı açısından, bir sert manyetik malzemenin, kalıcı mıknatıslanma özelliği, koersifitesi ve doyma akı yoğunluğu yüksek, bunun yanında, başlangıç geçirgenliği düşük ve histerezis enerji kayıpları ise yüksektir.

Şekil 20. 19

• Enerji değeri 80 k. J/m 3 fazla olan kalıcı manyetik malzemeler yüksek enerjili sert manyetik malzemeler olarak tanımlanır. Bu malzemeler, son yıllarda geliştirilen değişik bileşimlere sahip metallerarası bileşiklerdir. Ticari anlamda kullanılan iki tanesi: Sm. Co 5 ve Nd 2 Fe 14 B’dir. Bunların manyetik özellikleri Tablo 20. 6’da verilmiştir.

• Sm. Co 5, kobalt veya demir ve bir hafif nadir elementin kombinasyonları olan alaşım grubunun bir üyesidir. Bu alaşımların birkaçı yüksek enerjili sert manyetik davranış göstermekle birlikte, ticari öneme sahip tek bileşik Sm. Co 5’dır.

• Samaryum nadir ve nispeten pahalı bir malzemedir; ayrıca kobaltın fiyatı değişken ve kaynakları sınırlıdır. Bu nedenle, Nd 2 Fe 14 B alaşımları sert manyetik malzemelerin gerekli olduğu uygulamalarda büyük ölçüde ve geniş bir çeşitlikte tercih edilen bir malzeme olmuştur. Bu malzemeler koersifiteleri ve enerji değerleri açısından samaryum-kobalt alaşımlarına alternatif olmuştur (Tablo 20. 6).

• Manyetik malzemeler, bilgi depolama uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Manyetik kaydetme, elektronik bilginin depolanmasında neredeyse evrensel bir teknoloji olmuştur. Manyetik depolama teknolojisi, disk depolama ortamı [örn: bilgisayarlar (masaüstü, dizüstü), i. Podlar ve MP 3 çalarlar ve yüksek çözünürlüklü kamera sabit-disk sürücüleri], kredi kartları (manyetik şeritler) ve benzeri uygulamalardan oldukça yaygındır. • Daha önce belirtilen ve bu kısımda incelenecek olan, sabit-disk sürücüleri (SDS veya ingilizce karşılığı HDD’ler) ve manyetik bantlar olmak üzere temel iki manyetik ortam vardır.

• Yüksek saflıktaki metaller 0 K’e yakın sıcaklıklara soğutulduklarında, elektrik öz dirençleri kademeli olarak azalır ve belirli metallere özgü olan, küçük ama sonlu bir değere yaklaşır. Ancak çok düşük sıcaklıklarda öz direnci sonlu bir değerden, hızla azalarak neredeyse sıfıra düşen ve soğuma esnasında sabit kalan çok az sayıda malzeme vardır. Bu tip davranışı gösteren malzemeler süperiletken, süperiletkenliğin gözlendiği sıcaklık ise kritik sıcaklık, TC 6 olarak adlandırılmıştır.