Mıknatıs Nedir?

Elektromıknatıslar, elektrik motorlarında, ağırlık kaldıran vinçlerde, dinamolarda, jeneratörlerde ve telefon gibi elektronik cihazlarda çokça kullanılırlar. Fakat bu tür cihazlarda enerji ve makine verimliliğinin istenmesinden dolayı günümüzde, kesintisiz manyetik alan üreten sürekli mıknatıslar kullanılmaktadır. Sürekli mıknatıslarda madde bir kere manyetik özellik kazandığında bir daha bu etkiyi asla kaybetmezler. Fakat 800°C gibi erime noktasına kadar ısıtılırlarsa manyetik özellikleri de kaybolur. Bu malzemeler bir kere manyetik özellik kazandıktan sonra, manyetik özelliklerini uzun süre korumalarından dolayı sürekli mıknatıslar olarak adlandırılırlar.

Sürekli mıknatısların kullanılmasıyla manyetik alan üretmek için ayrı bir elektrik devresine gerek kalmamıştır. Bununla beraber enerjisi yüksek olan mıknatısların kullanılmasıyla elektrik makinalarında verim artışı gözlenmiştir. Gelişen teknoloji ile birlikte sürekli mıknatıs teknolojisinde ve mıknatıs üretiminde muazzam gelişmeler görülmüştür. 1866 yılında Siemens’in kendi kendini uyaran mıknatısı yaygınlaştırmasıyla ilerleyen elektromıknatıs üretiminden sonra, 1940’lı yıllarda alüminyum, nikel ve kobalt (Al-Ni-Co) karışımı olan alaşım ile sürekli mıknatısların bulunması, sürekli mıknatıslı makinaların yeniden yapımına başlanmasına yol açmıştır. AlNiCo mıknatıslarda bakır ile birlikte başka metaller de kullanılır. Daha sonra 1950’lerde Baryum (Ba), Stronsiyum (Sr) ya da Kurşun (Pb)’un demir-oksitle oluşturduğu ferrit mıknatısların geliştirilmesi ile yeni bir çağa gelinmiştir. Günümüzde Neodyum (Nd) Demir(Fe) ve Bor(B) elementlerinden meydana gelen neodyum mıknatısların kullanımı yaygınlaşmıştır. Çok güçlü bir mıknatıs olmasından dolayı rotorlarda, harddisklerde kullanım alanı bulmuştur. 1960’larda ise yaklaşık olarak 300°C ta kullanılabilmesi ile korozyon ve sıcaklığa karşı yüksek direnç gösteren Samaryum(Sm) Cobalt(Co) birleşiminden meydana gelen SmCo mıknatısları üretilmiştir. Bu özelliği ile bu mıknatıslar üretilirken dış yüzeylerinde herhangi bir kaplama malzemesi ile kaplanmazlar.

Mıknatıs üretiminde kullanılan manyetik malzemeleri, her geçen gün gelişme göstermesiyle birlikte diamagnetik, paramagnetik, ferromagnetik, antiferromagnetik ve ferrimagnetik olmak üzere beş kısım altında toplayabiliriz. Diamagnetik malzemelerin en önemli özelliği bir alan altında uygulanan alana zıt yönde akım üretmeleridir. Paramagnetik malzemelerinise atomik anlamda net bir manyetik alana sahip olduğunu söyleyebiliriz. Bir alan altında malzemenin sıcaklığı çok yüksek olmadığı müddetçe manyetik momentleri aynı yönde olurlar. Paramanyetik malzemelerin kullanım alanı, ferromanyetik malzemeler kadar çok değildir. Ferromanyetik malzemeler de paramagnetik malzemelerde olduğu gibi net bir manyetik momente sahiptirler. Bu malzemenin farkı manyetik momentlerin kendiliğinden aynı yönde olmasıdır. Antiferromagnetik ve Ferrimagnetik malzemelerde biri diğerine ters yönde yönlenmiş paralel atomik momentler bulunur. Yalnız, antiferromagnetik malzemede kendini gösteren net bir magnetik moment bulunmamasıyla birlikte ferrimagnetik malzemelerde magnetik momentler birbirine eşit değildir.

Mıknatısları mekanik dayanıklılıkları göz önüne alarak da başlıca üç kısım altında toplamak mümkündür; yumuşak magnetik mıknatıslar, sert magnetik mıknatıslar, esnek ve plastik mıknatıslar. Yumuşak magnetik malzemeler 1 kA/m altı, sert magnetik malzemeler ise 10 kA/m üzeri akım ile, doygunluğa erişmiş mıknatısı mıknatıssal karakteri sıfıra indirilebilen malzemelerdir. Bunu şöyle anlamlandırabiliriz; eğer bir mıknatıs magnetik özelliklerini kolayca yitirebiliyorsa yumuşak, magnetik özelliklerini kaybetmesi için daha çok işlem yapılması gerekiyorsa da buna sert magnetik malzeme denir. Yumuşak magnetik malzemelere çeşitli ısıl işlemler uygulanarak magnetik özellikleri kuvvetlendirilmiştir. İhtiyaçlara göre magnetiklik bakımından sert, fiziksel olarak da yumuşak olan mıknatıslar tasarlanmıştır. Yumuşak mıknatıslar en çok reklam sektöründe metal yüzeylere yapışan, buzdolabı mıknatısları şeklinde üretilirler. Bu farkı, magnetik malzemelerin B-H(histerisiz) eğrilerini karşılaştırarak matematiksel olarak belirleyebiliriz. Yumuşak magnetik malzemeler genel olarak elektrik makinalarında magnetik alan oluşturmak amacıyla kullanılırlar. Esnek mıknatıslar Baryum ve Stronsiyum Ferrit gibi malzemeler malzemeler kullanılarak düşük üretim masrafları ile imal edilirler. Bu mıknatıslar toz haline getirilip, plastik bağlayıcı bir madde ile kaynaştırılarak plastik mıknatıslar sınıfına sokulabilirler. Mıknatıslar çalışma durumu altında mıknatıslık özelliklerini kolayca kaybetmemeleri için genel olarak 200 kA/m gibi yüksek bir giderici akım değerinde üretilirler.

Sürekli mıknatıslardan beklenen özellikler,

  • Yüksek iç koersif kuvvet (HcB)
  • Yüksek doyma manyetizasyonu (Bsat)
  • Yüksek kalıcı akı yoğunluğu (Br)
  • Yüksek enerji yoğunluğu (BH)max
  • BH Karakteristiği 2. kısmının lineerliği

Mıknatıslar, elektronik ev eşyalarında, bilgisayarlar ve veri depolama cihazlarında, telekomünikasyon ve biyomedikal cihazları gibi elektromekanik cihazlarda magnetik ve elektromagnetik alan kaynağı olarak, kredi ve ATM kartlarında, bilgisayar monitörlerinde geniş bir uygulama alanında kullanılır. Teknolojideki gelişmelerin ve bundan sonra teknolojide olacak gelişmelerin en önemli faktörü mıknatıs imalatındaki gelişmelerdir.

Buzdolaplarında ise, kullanılan mıknatıslar sayesinde kapı sensörleri butonun yerini almıştır.

Resim: Kapı Sensörü(Kapalı Durumu) ve Mıknatıs

Like

Gizem Yağmur Kılıç

İTÜ Elektrik Mühendisliği

You may also like...

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir