İçeriğe atla

Ferromanyetik sıvılar

Ferromanyetik sıvılar, manyetizmanın ve sıvıların ilginç bir birleşimi olarak bilimsel ve teknolojik açıdan büyük ilgi çeken malzemelerdir. Bu özel türdeki sıvılar, nanometre boyutundaki manyetik parçacıkların belirli bir sıvı içinde sürekli olarak manyetik olarak hizalandığı maddelerdir. Ferromanyetik sıvılar, manyetik momentlerin hareketliliği ve manyetik alanların etkisi altındaki davranışları nedeniyle önemlidir.

Ferromanyetik sıvılar, temel bilimde manyetizma çalışmalarının yanı sıra bir dizi uygulama alanında potansiyel taşır. Manyetik momentlerin sıvı içindeki davranışı, manyetik valf sistemlerinden biyomedikal görüntüleme kontrast ajanlarına kadar birçok alanda kullanılabilir. Ayrıca bu sıvılar, manyetizma ve sıvıların karmaşık etkileşimlerini anlamak ve kontrol etmek için bir platform sağlar.[1]

Ferromanyetik sıvılar, manyetik partiküllerin bir sıvı içinde asılı durumda oluşturulmasıyla elde edilir. Bu partiküller, sıvı içinde süzüldükleri için kararlı bir dağılım gösterirler. Dış bir manyetik alan uygulandığında, partiküller manyetik olarak hizalanır ve bu, sıvının manyetik hale gelmesini sağlar.[2]

Temeli

Ferromanyetik sıvılar, içerdikleri manyetik partiküller sayesinde manyetik bir davranış sergilerler. Bu partiküller, genellikle metal oksitler veya ferromanyetik malzemelerin nanometre boyutundaki tanecikleridir. Sıvı içinde serbestçe hareket ederler, ancak manyetik momentleri nedeniyle bir dış manyetik alan altında hizalanırlar.[3]

Tarihçe

Ferromanyetik sıvıların kökeni, 1960'lı yıllarda manyetik partiküllerin davranışının sıvı içindeki etkileşimi ile ilgili çalışmalarla başlar. Bu dönemde manyetizma ve malzeme bilimi alanında temel çalışmalar gerçekleşir. 1970'lerde ilk ferromanyetik sıvılar laboratuvar koşullarında sentezlenir ve incelenmeye başlanır. Bu dönemde manyetik sıvıların temel özellikleri ve manyetik davranışlarına ilişkin ilk deneyler yapılır. Sonrasında manyetik sıvıların endüstriyel uygulamaları ile ilgili araştırmalar artar. Birçok bilim insanı, manyetik valfler ve manyetik sıvı debimetreler gibi uygulamalar üzerinde çalışır. 90'larda ise ferromanyetik sıvılar, tıbbi uygulamalarda kullanım potansiyeli taşır. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) alanında, ferromanyetik sıvılar kontrast ajanları olarak ilk kez kullanılmaya başlanır. Günümüzde ferromanyetik sıvılar, endüstriyel, tıbbi ve bilimsel alanlarda daha fazla kullanım bulur. Manyetik nanoteknoloji ve manyetik malzemelerin geliştirilmesi hızla ilerler.

Katkı sağlayan bilim insanları

Louis Neel (1904-2000): Manyetizma ve manyetik malzemeler alanında Nobel ödülü sahibi olan Fransız fizikçi. Manyetik malzemelerin davranışı ve manyetizma üzerine çalışmaları büyük öneme sahiptir.

John Goodenough (1922): Amerikalı kimyager ve fizikçi. Lityum-iyon pil teknolojisinin gelişimine önemli katkılarda bulunmuş ve manyetik malzemelerin anlamını derinleştiren çalışmalar yapmıştır.

Stuart Parkin (1955): İngiliz fizikçi. Spintronik (manyetik spinin elektronik ile birleştirilmesi) konusunda önemli çalışmalar yapmış ve manyetik sıvılar alanında ilerlemelere öncülük etmiştir.

Formüller

Manyetik Moment (M): Manyetik bir maddenin manyetik momenti, maddenin manyetik özelliklerini tanımlayan önemli bir ölçüdür. Ferromanyetik sıvılarda manyetik moment, her bir manyetik parçacığın manyetik momentinin sıvı içindeki ortalama değeridir. Şu formülle hesaplanır:

M = μ * V

M, manyetik momenti temsil eder. μ, her bir manyetik parçacığın manyetik momentini temsil eder. V, sıvının hacmini temsil eder. Manyetik Alan (H) ve Manyetik Alan Şiddeti (B): Manyetik sıvılarda manyetik alan, manyetik partiküllerin manyetik momentlerini hizalamak veya tersine çevirmek için kullanılan dış manyetik alandır. Manyetik alan şiddeti (B), manyetik alanın birim hacme etkisini temsil eder. İkisi arasındaki ilişki şu şekildedir:

B = μ₀ * (H + M)

B, manyetik alan şiddetini temsil eder. μ₀, boşluktaki manyetik geçirgenliği temsil eder (yaklaşık olarak 4π x 10⁻⁷ H/m). H, uygulanan manyetik alanı temsil eder. M, manyetik momenti temsil eder.

Manyetik Geçirgenlik (μr): Manyetik geçirgenlik, bir maddenin manyetik alan şiddetini manyetik alanına oranıdır. Bir maddenin manyetik geçirgenliği, boşluktaki manyetik geçirgenliğe (μ₀) göre bir ölçüdür. Şu formülle hesaplanır:

μr = μ / μ₀

μr, manyetik geçirgenliği temsil eder. μ, madde tarafından sahip olan manyetik geçirgenliği temsil eder. μ₀, boşluktaki manyetik geçirgenliği temsil eder. Bu formüller, ferromanyetik sıvıların manyetik davranışını daha fazla anlamak ve incelemek için kullanılır. Manyetik moment, manyetik alan ve manyetik geçirgenlik, ferromanyetik sıvıların manyetik özelliklerini anlamak için temel kavramlardır.[4]

Uygulama alanları

Manyetik mühendislik: Bu sıvıların manyetik davranışı, manyetik valf sistemlerinin, sıvı pompalarının ve manyetik sıvı debimetresinin geliştirilmesinde kullanılır.

Biyomedikal görüntüleme: Ferromanyetik sıvılar, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) gibi tıbbi görüntüleme tekniklerinde kontrast ajanları olarak kullanılır. Ayrıca kanser tedavisi için manyetik ilaç taşıma sistemlerinin geliştirilmesine olanak sağlar.

Manyetik süspansiyonlar: Ferromanyetik sıvılar, manyetik süspansiyonlar oluşturmak için kullanılır. Bu süspansiyonlar, titreşim izolasyonundan manyetik kavrama sistemlerine kadar birçok uygulama için kullanılabilir.[5]

Sonuç

Ferromanyetik sıvılar, hem manyetik hem de sıvı özelliklerini bir araya getiren ilginç materyallerdir. Manyetik özellikleri nedeniyle birçok uygulama alanına sahiptirler ve bilim insanları ve mühendisler için büyük bir araştırma konusunu temsil ederler. Bu sıvılar, manyetizma ve sıvıların eşsiz bir birleşimini temsil eder ve gelecekte daha fazla yenilik ve gelişme getirmesi beklenir.

Kaynakça

  1. ^ "The magnetic properties of ferromagnetic liquids containing iron particles in mercury". ieeexplore.ieee.org (İngilizce). 29 Mart 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Kasım 2023. 
  2. ^ Streubel, Robert; Liu, Xubo; Wu, Xuefei; Russell, Thomas P. (15 Haziran 2020). "Perspective: Ferromagnetic Liquids". Materials. 13 (12): 2712. doi:10.3390/ma13122712. ISSN 1996-1944. PMC 7345949 $2. PMID 32549201. 30 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ekim 2023. 
  3. ^ Wu, Xuefei; Streubel, Robert; Liu, Xubo; Kim, Paul Y.; Chai, Yu; Hu, Qin; Wang, Dong; Fischer, Peter; Russell, Thomas P. (23 Şubat 2021). "Ferromagnetic liquid droplets with adjustable magnetic properties". Proceedings of the National Academy of Sciences (İngilizce). 118 (8). doi:10.1073/pnas.2017355118. ISSN 0027-8424. PMC 7923629 $2. PMID 33602813. 1 Kasım 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Kasım 2023. 
  4. ^ Ma, Zheng; Wang, Qi; Ai, Jingwei; Su, Bin (27 Temmuz 2021). "Ferromagnetic Liquid Droplet on a Superhydrophobic Surface for the Transduction of Mechanical Energy to Electricity Based on Electromagnetic Induction". ACS Nano (İngilizce). 15 (7): 12151-12160. doi:10.1021/acsnano.1c03539. ISSN 1936-0851. 30 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ekim 2023. 
  5. ^ "Ferromagnetic Liquids: Meaning, Properties and Uses". Unacademy (İngilizce). 31 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Kasım 2023. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Maxwell denklemleri</span>

Maxwell denklemleri Lorentz kuvveti yasası ile birlikte klasik elektrodinamik, klasik optik ve elektrik devrelerine kaynak oluşturan bir dizi kısmi türevli (diferansiyel) denklemlerden oluşur. Bu alanlar modern elektrik ve haberleşme teknolojilerinin temelini oluşturmaktadır. Maxwell denklemleri elektrik ve manyetik alanların birbirileri, yükler ve akımlar tarafından nasıl değiştirildiği ve üretildiğini açıklamaktadır. Bu denklemler sonra İskoç fizikçi ve matematikçi olan ve 1861-1862 yıllarında bu denklemlerin ilk biçimini yayımlayan James Clerk Maxwell' in ismi ile adlandırılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Manyetik alan</span> elektrik yüklerinin bağıl hareketteki manyetik etkisini tanımlayan vektör alanı

Mıknatıssal veya manyetik alan, bir mıknatısın mıknatıssal özelliklerini gösterebildiği alandır. Mıknatısın çevresinde oluşan çizgilere de, mıknatısın o bölgede oluşturduğu manyetik alan çizgileri denir. Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzeyden (N) güneye (S) doğrudur. Manyetik alan hareket eden elektrik yükleri tarafından, zamanla değişen elektrik alanlardan veya temel parçacıklar tarafından içsel olarak üretilir. Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür. Yani herhangi bir noktada yönü ve şiddeti ile tanımlanır. Manyetik alan B harfiyle temsil edilir. SI birimi Sırp bilim insanı Nikola Tesla'nın soyadı Tesladır. Manyetik alan Lorentz kuvveti kullanılarak ölçüldüğü için birimi coulumb-metre/saniye başına Newtondur. Saniye başına coulomba bir amper dendiği için T=N(Am)-1 olarak da geçer. Tesla günlük olaylar için çok büyük bir birim olduğundan pratikte, gauss (G) kullanılmaktadır. 1 T=104 G

<span class="mw-page-title-main">Maddenin hâlleri</span> maddenin farklı aşamalarında yer alan farklı hâlleri

Bir fizik terimi olarak maddenin hâli, maddenin aldığı farklı fazlardır. Günlük hayatta maddenin dört farklı hâl aldığı görülür. Bunlar; katı, sıvı, gaz ve plazmadır. Maddenin başka hâlleri de bilinir. Örneğin; Bose-Einstein yoğunlaşması ve nötron-dejeneje maddesi. Fakat bu hâller olağanüstü durumlarda gerçekleşir, çok soğuk ya da çok yoğun maddelerde. Maddenin diğer hâllerininde, örneğin quark-gluon plazmalar, mümkün olduğuna inanılır fakat şu an sadece teorik olarak bilinir. Tarihsel olarak, maddenin özelliklerindeki niteleyici farklılıklara dayanarak ayrım yapılır. Katı hâldeki madde bileşen parçaları ile bir arada tutulur ve böylece sabit hacim ve şeklini korur. Sıvı hâldeki madde hacmini korur fakat bulunduğu kabın şeklini alır. Bu parçalar bir arada tutulur ama hareketleri serbesttir. Gaz hâlindeki madde ise hem hacim olarak hem de şekil olarak bulunduğu kaba ayak uydurur.Bu parçalar ne beraber ne de sabit bir yerde tutulur. Maddenin plazma hâli ise, nötr atomlarda dahil, hacim ve şekil olarak tutarsızdır. Serbestçe ilerleyen önemli sayıda iyon ve elektron içerirler. Plazma, evrende maddenin en yaygın şekilde görülen hâlidir.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetizma</span> elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet'tir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri, elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim kuvvetidir.

<span class="mw-page-title-main">Mıknatıs</span> manyetik alan üreten nesne veya malzeme

Mıknatıs ya da demirkapan, manyetik alan üreten nesne veya malzemedir. Demir, nikel, kobalt gibi bazı metalleri çeker, bakır ve alüminyum gibi bazı metallere ve metal olmayan malzemelere etki etmez.

<span class="mw-page-title-main">Manyetizma</span> class of physical phenomena

Manyetizma, manyetik alan tarafından oluşturulan fiziksel bir olgudur. Elektrik akımı ya da temel bir parçacık herhangi bir manyetik alan yaratabilir. Bu manyetik alan aynı zamanda diğer akımları ve manyetik momentleri de etkiler. Manyetik alan her maddeyi belli bir ölçüde etkiler. Kalıcı mıknatıslar üzerindeki etkisi en çok bilinen bir durumdur. Kalıcı mıknatıslar ferromanyetizmadan dolayı kalıcı manyetik momente sahiptir. Ferromanyetizma kelimesinde yer alan “ferro” ön eki demir elementinin isminden türetilmiştir. Çünkü kalıcı mıknatıs ilk olarak “manyetit – Fe3O4” adı verilen demir elementinin doğal bir formu olarak gözlemlenmiştir. Çoğu madde kalıcı momente sahip değildir. Bazıları manyetik alan tarafından çekilirken (paramanyetizm); bazıları manyetik alan tarafından itilir (diyamanyetizm). Bazıları ise herhangi bir manyetik alana maruz kaldığında daha karmaşık durumlara sevk olur. Manyetik alan tarafından ihmal edilecek ölçüde etkilenen maddeler ise manyetik olmayan maddeler olarak bilinir. Bunlar bakır, alüminyum, gazlar ve plastiktir. Ayrıca, saf oksijen sıvı hale kadar soğutulduğunda manyetik özellikler gösterir.

<span class="mw-page-title-main">Mıknatıslanma</span>

Mıknatıslanma ya da mıknatıslanma vektörü bir maddenin manyetik durumunu belirten niceliktir. Bu vektörün büyüklüğü, maddenin birim hacminin net manyetik momentine eşittir. Mıknatıslanmanın ve madde içindeki manyetizmanın kaynağı elektronların yörüngedeki hareketleridir. Mıknatıslanma vektörü M harfi ile gösterilir.

Yoğun madde fiziği, maddenin yoğun hallerinin fiziksel özellikleriyle ilgilenen bir fizik dalıdır. Yoğun madde fizikçileri bu hallerin davranışını fizik kurallarını kullanarak anlamaya çalışır. Bunlar özellikle kuantum mekaniği kuralları, elektromanyetizma ve istatistiksel mekaniği içerir. En bilinen yoğun fazlar katı ve sıvılardır, harici yoğun fazlar ise düşük sıcaklıktaki bazı materyaller tarafından gösterilen üstünileten faz, atom kafeslerindeki dönüşlerin ferromanyetik ve antiferromanyetik fazları ve soğuk atom sistemlerinde bulunan Bose-Einstein yoğunlaşması. Araştırma için uygun sistemlerin ve fenomenlerin çeşitliliği yoğun madde fiziğini modern fiziğinin en aktif alanı yapıyor. Her 3 Amerikan fizikçiden biri kendini yoğun madde fizikçisi olarak tanımlıyor ve Yoğun Madde Fiziği Bölümü Amerikan Fizik Topluluğu’ndaki en geniş bölümdür. Bu alan kimya, malzeme bilimi ve nano teknoloji ile örtüşür ve atom fiziği ve biyofizikle de yakından ilgilidir. Teorik yoğun madde fiziği teorik parçacık ve nükleer fizikle önemli kavramlar paylaşır.

<span class="mw-page-title-main">Cevher hazırlama</span>

Cevher hazırlama, temel olarak, kıymetli mineralleri cevherden ayırma işlemidir. Endüstriyel ölçekli cevher hazırlama işlemleri birçok aşamadan oluşur. Cevher temelde fiziksel, kimyasal ve fizikokimyasal özelliklerinden oluşan farklara göre ayrılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetik alan</span>

Elektromanyetik alan, Elektrik alanı'ndan ve Manyetik alan'dan meydana gelir.

<span class="mw-page-title-main">Solenoid</span>

Solenoid, sıkıştırılmış sarmal eğri şeklindeki sarılı bir bobindir. Bu terim Fransız fizikçi André-Marie Ampère tarafından sarmal bir bobin tasarlamak üzere bulunmuştur.

Ferromanyetik rezonans veya FMR, ferromıknatıs malzemeleri incelemek için kullanılan bir spektroskopi yöntemidir. Spin dalgaları ve spin dinamikleri inceleyen için standart bir araçtır. FMR, elektron paramanyetik rezonansa (EPR) çok benzediği gibi, ayrıca nükleer manyetik rezonansa (NMR) da biraz benzer. Tek farkı FMR, dipolar bağlı fakat eşsiz olan elektronların manyetik momentteki mıknatıslanma sonucunu incelerken; NMR ise, atomik veya moleküler orbitallerin etrafında, sıfır olmayan nükleer spin çekirdeği gibi dolaşan atomik çekirdeğin manyetik momentini inceler.

Paramanyetik bir malzemede, malzemenin mıknatıslanması genel olarak uygulanan manyetik alanla orantılıdır. Fakat eğer malzeme ısıtılırsa, bu oran düşer: Belirli bir sıcaklığa kadar, mıknatıslanma sıcaklıkla ters orantılıdır. Bu kavram “Curie Yasası” tarafından kapsanmaktadır:

Manyetik hidrodinamik (MHD), elektrik geçirgenliği olan sıvıların bilimidir. Plazmalar, sıvı metaller ve tuzlu su ya da elektrolikitler bu tip sıvılara örnektir. Magnetohydrodynamics kelimesi manyetik alan anlamına gelen magneto, sıvı anlamına gelen hydro ve hareket anlamına gelen dynamic kelimelerinden türetilmiştir. MHD, bu alandaki çalışmalarıyla 1970'te Nobel Fizik Ödülünü kazanan Hannes Alfven tarafından başlatılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Yığılma diski</span> büyük bir merkezi cisim etrafında yörüngesel hareket halinde dağılmış olan malzeme tarafından oluşturulmuş bir yapı

Yığılma diski, büyük bir merkezi cisim etrafında yörüngesel hareket halinde dağılmış olan malzeme tarafından oluşturulmuş bir yapıdır. Bu merkezi cisim sıklıkla bir yıldızdır. Sürtünme kuvveti, dengesiz ışınım, manyetik hidrodinamik etkiler ve diğer kuvvetler, diskteki yörüngede bulunan malzemenin merkezi cisme doğru sarmal bir yapı oluşturmasına yol açan kararsızlıklara neden olur. Kütle çekimi ve sürtünme kuvvetleri malzemeyi sıkıştırarak sıcaklığını yükseltir ve elektromanyetik radyasyon yayılmasına neden olur. Bu radyasyonun frekans aralığı, merkezi cismin kütlesine bağlıdır. Spektrumun X ışını kısmındaki nötron yıldızları ve kara delikler etrafında bulunan genç yıldızlar ve önyıldızların yığılma diskleri, kızılötesinde ışık saçar. Yığılma disklerindeki salınım modlarının incelenmesi diskosismoloji olarak adlandırılır.

<span class="mw-page-title-main">Manyetik histeresis</span>

Demir gibi ferromanyetik bir madde, harici bir manyetik alan içerisine girdiğinde o maddeyi oluşturan atomlar, kutupları aynı yöne bakacak şekilde dizilirler. Bu da maddenin mıknatıs özelliği göstermesini sebep olur. Manyetik alan ortadan kaldırılsa dahi atomların bir kısmının hizası bozulmaz ve madde mıknatıslık özelliği sergilemeye devam eder. Bu mıknatıslanma, bazı element ve alaşımlar için kalıcı olabilir; bazılarında ise manyetik alan etkisinden çıktıktan sonra zaman içerisinde mıknatıslık etkisi kaybolur. Manyetik alan etkisi altında kalıcı olarak mıknatıslanan maddeler, Curie sıcaklığına kadar ısıtılarak ya da ilk duruma ters yönde bir manyetik alan oluşturularak eski haline döndürülebilirler. Harddiskler gibi manyetik kayıt ortamları, bu prensibe göre çalışmaktadır.

Elektromanyetizmada geçirgenlik, bir maddenin kendi içinde manyetik alan oluşabilmesini destekleyen bir ölçüdür. Bu yüzden, bir malzemenin mıknatıslanma derecesi, uygulanan manyetik alana olan cevabıdır. Manyetik geçirgenlik tipik olarak Yunan harfi µ ile gösterilir. Bu terim 1885 yılında Oliver Heaviside tarafından icat edildi. Manyetik geçirgenliğin tersi manyetik dirençtir.

Kuantum elektrodinamiğinde bir parçacığın anormal manyetik momenti, döngülerle beraber Feynman diyagramları ile ifade edilen kuantum mekaniğinin, o parçanın manyetik momentine etkilerinin bir katkısıdır.

<span class="mw-page-title-main">Kaya geçirgenliği</span>

Akışkanlar mekaniğinde ve yer bilimlerinde geçirgenlik, gözenekli bir malzemenin akışkanların içinden geçmesine izin verme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Ölçü birimine Henry Darcy'den (1803-1858) adı verilen darcy ya da milidarcy (md) denir.

Chandrasekhar sayısı, manyetik konveksiyon süreçlerinde, Lorentz kuvveti ile viskozite arasındaki oransal ilişkiyi ifade etmek için kullanılan bir boyutsuz nicelik olarak tanımlanır. Bu sayı, Hindistan kökenli astrofizikçi Subrahmanyan Chandrasekhar'ın adıyla anılmaktadır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.