MANYETİZMA

Mıknatıslar

mıknatıs
  •      Demir, nikel ve kobalt gibi maddeleri çeken maddelere mıknatıs denir. Mıknatıs tarafından çekilen maddelere de manyetik maddeler denir.
          Maddelerin yapısındaki elektrik yüklü parçacıkların durumu ve ya hareketi, ona manyetik özelleğini kazandırır. Her bir atomun elektronlarının hareketi sonucu ortaya çıkan manyetik etki eğer birbirini sıfırlıyorsa yani yok ediyorsa madde manyetik özellik göstermezken, eğer bu manyetik etkiler birbirlerini destekliyorsa, madde manyetik özellik gösterir.
  • Bir mıknatısın kuzey (north-N) ve güney (south-S) olmak üzere iki kutbu bulunur. Kutuplar aynı zamanda mıknatısın en yoğun çekme özelliği gösterdiği kısımlarıdır. Mıknatısın kutupları, elektriksel yüklerde olduğu gibi aynı kutupların birbirlerini itme, zıt kutupların ise birbirlerini çekme özelliği gösterir.
  • Bir mıknatıs kaç parçaya bölünürse bölünsün, her parçanın yine "N" ve "S" olmak üzere iki kutbu olur. Tek kutuplu mıknatıs elde edilemez.
  • Manyetik Kuvvet

    manyetik kuvvet
  • Mıknatısların bir birine uyguladıkları itme ve ya çekme kuvveti, mıknatısın kutup şiddetlerinin (m) çarpımı ile doğru, mıknatıslar arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. "K" manyetik alan sabitini ifade eder.
  • manyetik kuvvet
  • Mıknatısların kutup şiddetleri farklı olsa bile, birbirlerine uygulayacakları kuvvetlerin büyüklükleri eşittir.
  • Manyetik Kuvvet Çizgileri

    manyetik kuvvet çizgileri
  •      Mıknatısın itme ve çekme kuvvetlerinin etkisini gösterebildiği bölgeye manyetik alan denir. Manyetik alan vektörel büyüklüktür. Sembolü "B" ile ifade edilir.
  •      Manyetik alan çizgileri, bir ortamdaki manyetik alanın büyüklüğünü ve yönünü yorumlamak için kullanılabilir .
  •      Bir mıknatısın manyetik alanı görsel olarak çizgilerle ifade edilir. Manyetik alan kuvvet çizgilerinin yönü, "N" kutbundan çıkacak, "S" kutbuna girecek şekilde kabul edilmiştir.
  •      Manyetik alan çizgileri birbirlerini kesmezler.
  •      Herhangi bir noktada ki manyetik alan vektörünün yönü, manyetik alan çizgisine teğettir.
  •      Manyetik alan çizgileri, kutup şiddetinin büyük olduğu yerde sık, manyetik alanının zayıf olduğu yerde ise seyrektir.
  • Manyetk Geçirgenlik

         Mıknarısın manyetik alan etkisi bulunduğu ortama göre değişiklik gösterir. Mıknatısın oluşturduğu manyetik alanı içine konulan bazı maddeler, manyetik alan çizgilerini ya sıklaştırır ya ada seyrekleştirir. Yani madde içinde manyetik alan şiddeti değişir.

         Manyetik alan içine konulan maddenin içinde manyetik alan şiddetinin artırması ya da azaltması, o maddenin manyetik geçirgenliği olarak ifade edilir. Her maddenin manyetik geçirgenliği farklı değer aldığından, her maddeler için ayrıt edici bir özelliktir, sembolü "μ" ile gösterilir. Boşluğun manyetik geçirgenlik katsayısı; 4π.10-7 Wb/m.A dir.

         Manyetik alan şiddeti (B), ortamın cinsine bağlı manyetik geçirgenlik katsayısı (μ) ile manyetik maddenin mıknatıslayıcı alan (H) büyüklüğüne bağlıdır.

         Buna göre manyetik alan şiddeti; B=μ.H bağıntısı ile ifade edilir.

         Boşluğun manyetik alan şiddeti ise; B00.H şeklinde ifade edilir.

         B/B0 = μ.H/μ0.H = μ/μ0 = μb μb ifadesi maddenin bağıl manyetik geçirgenliği olarak tanımlanır. Boşluğun bağıl manyetik geçirgenliği 1 dir.

         Bağıl manyetik geçirgenliğine göre maddeler üç gruba ayrılır.

    diyamanyetik maddeler

    maddelerin manyetiklik durumu

    manyetik perdeleme

    manyetik perdeleme

    1.Diyamanyetk Maddeler

         Bağıl manyetik geçirgenliği 1'den biraz küçük olan maddeler bu gruba girer. Süperiletken malzemeler, bakır, gümüş, grafit, elmas, su, kurşun, bizmut... gibi maddeler diamanyetik maddelere örnektir. Diamanyetik maddeler manyetik alan içine konulduklarında ters yönde zayıf mıknatıslık özelliği gösterirler ve alanın zayıf tarafına doğru itilirler. Süper iletken malzemeler mükemmel diamanyetik maddeler olarak kabul edilebilmektedirler.

    2.Paramanyetk Maddeler

         Bağıl manyetik geçirgenliği 1'den biraz büyük olan maddeler bu gruba girer. Paramanyetik maddeler manyetik alan içine konulduklarında zayıf mıknatıslık özelliği gösterirler ve manyetik alanın kuvvetli tarafına doğru çekilirler. Çubuk şeklindeki bir paramanyetik madde manyetik alan içine konulduğunda, manyetik alan doğrultusunda yöneldiği gözlenir. Bu da paramanyetik maddelerin manyetik alanlardan zayıf da olsa etkilendiğini gösterir. Tunsten, sezyum, Aleminyum, lityum, magnezyum, sodyum... gibi maddeler paramanyetik maddelere örnektir.

    3.Ferromanyetk Maddeler

         Bağıl manyetik geçirgenliği 1'den çok büyük olan maddeler bu gruba girer. ferromanyetik maddeler manyetik alan içine konulduklarında paramanyetik maddeler gibi manyetikalan çizgilerini benzer, ancak daha çok sıkılaştırırlar. Bu maddeler manyetik alan içinde güçlü mıknatıslık özelliği gösterirler. Demir, nikel, kobalt, bu maddelerin başka maddelerle olan alışımları ferromanyetik maddelere örnektir.

         Manyetik alan içine halka şeklinde ferromanyetik madde (demir, nikel, kobalt gibi...) konulduğunda, manyetik alan çizgileri madde içinden geçmek isteyecek. Bu durumda halkanın iç kısmında manyetik alan sıfır olur. Bu özellikten yararlanılarak bir ortamın manyetik alan etkisini ortadan kaldırmak için demir veya nikel gibi maddeler kullanılarak manyetik perdeleme yapılır.

    Mıknatıslanma

    mıknatıslanma

         manyetik maddeler (Demir, Nikel, Kobalt ve ya bunların oluşturduğu alaşımlar) farklı şekillerde geçici ve ya sürekli mıknatıslık özelliği kazanabilir. Demir, nikel, kobalt gibi manyetik maddelerden elde edilen bu türdeki mıknatıslara yepey mıknatıs denir. Bu mıknatıslık özelliğinin bir süre sonra özelliğinin kaybolmasına geçici mıknatıslanma denir.

  •      Bir demir çubuk, mıknatısa sürtüldüğünde demir çubuk geçici mıknatıslık özelliği kazanır. Örneğin, demir çubuk bir çubuk mıknatısıb "S" kutbundan başlıyarak diğer ucuna kadar sürtüldüğünde, demir çubuğun sürtülen kısmı "S" kutbu olacak şekilde mıknatıslanır.
  •      Mıknatısa dokundurulan demir çubuklar mıknatıslık özelliği kazanır. Mıknatıs tarafından çekilen demir hangi kutba temas ettiyse, o ucu mıknatısın kutbuyla ters kutuplu olur.
  •      Mıknatısın manyetik alanı içine konulan demir çubuklar, geçici olarak mıknatıslanırlar. Örneğin, demir çubugun orta kısmına mıknatısın "N" kutbu yaklaştırılırsa, demir çubuğun orta kısmı "N" kutbu olurken, uç kısımları ise "S" kutbu olur.
  • İÇİNDEN AKIM GEÇEN TELİN MANYETİK ALANI

         İletken bir telden akım geçirildiğinde, telin etrafında manyetik alan oluşur. Manyetik alanı, tele yaklaştırılan pusula iğnesinin sapmasıyla gözlemleyebiliriz. İçinden “i” kadar akım geçen telin etrafında “d” kadar uzaklıkta oluşan manyetik alanın büyüklüğü;

    manyetk alan formül bağıntısı ile hesaplanır. ()

    manyetik alan birim tablosu

         Manyetik alanın yönünü bulmanın pratik yolu sağ el kuralını uygulamaktır.Baş parmak akım yönünü gösterecek şekilde tutulursa, teli kavrayan 4 parmağın yönü manyetik alanın yönünü gösterir. Şekil de görüldüğü gibi “d” kadar mesafede bir çember çizecek olursak, bu çember üzerindeki her noktada manyetik alan vektörü yarıçapa dik konumda olur.

    manyetik alan kuvvet çizgileri

         İçinden “i” akımı geçen iletken telin belirli bir kesitinden “d” kadar uzaktaki bir noktada oluşan manyetik alan yarıçap vektörüne dik konumdadır. İçinden “i” akımı geçen iletken teli sayfa düzleminde (iki boyutta) inceleyecek olursak;
    :manyetik alanın yönü sayfa düzleminden dışa doğru
    :manyetik alanın yönü sayfa düzleminden içe doğru

    içinden akım geçen telin manyetik alan

    AKIM TAŞIYAN HALKA ŞEKLİNDEKİ TELİN MANYETİK ALANI

    Halka tel manyetik alan
    Halka tel manyetik alan

         Yarıçapı "r" olan hlka şeklinde ki telin çevresinde ve içinde manyetik alan oluşur. Halka telin merkezinde oluşan manyetik alanın büyüklüğü;

    Halka tel manyetik alan olur. Halka tel "N" tane tel sarımdan oluşuyorsa manyetik alan;Halka tel manyetik alan olur.

         Halka telin merkezinde ki manyetik alanın yönü sağ el kuralına göre; Avuç içi halka merkezini gösterecek şekilde, sağ elin dört parmağı akım yönünde halka teli dıştan kavradığımızda, sayfa düzlemine dik konumdaki baş prmağın gösterdiği yön, manyetik alanın yönüdür.

    ÜZERİNDEN AKIM GEÇEN AKIM MAKARASININ (SELENOİD - BOBİN) MANYETİK ALANI

         Silindir şeklindeki bir yüzeye iletken teli defalarca dolayarak oluşturulan düzeneğe akım makarası denir. İletken telden akım geçirildiğinde, akım makarasının içinde ve etrafında manyetik alan oluşur. Aslında Akım makarası bir elektro mıknatısa dönüşür. Akım makarasının merkezinde düzgün manyetik alan oluşur.

    selenoidin kuvvet çizgileri
    selenodin kuvvet çizgileri
    akım makarası sağ el kuralı

         Üzerinden "İ" akımı geçen "N" sarımlı ve "l" uzunluğundaki akım makarasının ortasında oluşan düzgün manyetik alan şiddetinin büyüklüğü;

    akım makarası bağıntı olur. Akım makarasının "R" yarıçapı manyetik alanın büyüklüğüne etkisi yoktur.

         Akım makarasının merkezinde oluşan manyetik alanın yönü, sağ el kuralı ile şu şekilde bulunur. Sağ elin dört parmağı akım yönünü gösterecek şekilde akım makarası avuçlanır, açık olan baş parmağın gösterdiği yön manyetik alanın yönüdür.

    akım makarası birim tablosu

    MANYETİK ALANDA, İÇİNDEN AKIM GEÇEN TELE ETKİYEN KUVVET

    manyetik alanda içinden akım geçen tele etki eden manyetik kuvvet sağ el kuralı

         Düzgün manyetik alan içine, içinden akım geçen iletken tel konulduğunda, iletken tele yönü sağ el kuralı ile bulunan bir manyetik kuvvet etki eder. Manyetik kuvvetin büyüklüğü, manyekik alanın büyklüğü, telden geçen akım be telin uzunluğu ile doğru orantılıdır.

         Sayfa düzleminde içinden akım geçen iletken tele etki eden manyetik kuvvetin yönü sağ el kuralına göre şu şekilde bulunur; sağ elin dört parmağı düzgün manyetik alanın yönünü, açık baş parmak akım yönünü gösterecek şekilde tutulursa, avuç içine dik vektör manyetik kuvvetin yönünü gösterir.

    manyetik alanda içinden akım geçen tele etki eden manyetik kuvvet

         Düzgün manyetik alan içinde, içinde akım geçen iletken tele etkiyen kuvvetin büyüklüğü, tel manyetik alana dik olduğunda;

    F = B.İ.l

    bağıntısı ile bulunur.

    manyetik alanda içinden akım geçen tele etki eden manyetik kuvvet

         Düzgün manyetik alan içinde, içinde akım geçen iletken tel manyetik alan doğrultusu ile "α" kadarlık açı yaptığında, telin alan içindeki dik izdüşüm uzunluğu "l.sinα" dir. O zaman tele etkiyen kuvvetin büyüklüğü;

    F = B.İ.l.sinα

    bağıntısı ile bulunur.

    manyetik alanda içinden akım geçen tele etki eden manyetik kuvvet

         Düzgün manyetik alan içinde, içinde akım geçen iletken tel manyetik alan doğrultusu ile paralel olacak şekilde yerleştirildiğinde, tele etkiyen kuvvetin büyüklüğü F = 0 olur.

    Sembol Adı Birimi
    F Manyetik kuvvet Nevton (N)
    B Manyetik alan Tesla (T), Weber/metre2 (Wb/m2)
    İ İletken telden geçen akım Amper (A)
    l İletken telin manyetik alandaki uzunluğu Metre (m)

    İÇİNDEN AKIM GEÇEN,PARALEL İKİ İLETKENİN BİRBİRİNE UYGULADIĞI MANYETİK KUVVET

    içinden akım geçen paralel tellerin birbirlerine uyguladığı manyetik kuvvet

         İçinden akım geçen iletken tellerin etrafında manyetik alan oluşturduğunu ve içinden akım geçen tellerin manyetik alan içine konulduğunda, iletken tele bir manyetik kuvvet etki ettiğini biliyoruz.

         Birbirine paralel ve içinden akım geçen teller, birbilerinin oluşturduğu manyetik alanlar içinde olacağından, tellere manyetik kuvvetler etki eder.

         Tellerin birbirine uyguladığı kuvvetler eşit şiddete olup, kuvvetin büyüklüğü, tellerin uzunluğu ve içlerinden geçen akımla doğru, aralarındaki uzaklıkla ters orantılıdır. Tellerin birbirine uyguladığı manyetik kuvvet;

    içinden akım geçen paralel tellerin birbirine uyguladığı kuvvet bağıntısı ile bulunur.

         Eğer tellerin uzunlukları birbirinden farklı ise, bağıntıda kısa telin uzunluğu yerine yazılarak hesaplanır.

         Tellerin içinden geçen akım ve tel uzunlukları farlı olsada, tellere etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü her zaman birbirine eşit ve zıt yönlüdür.

    MANYETİK ALANDA, İÇİNDEN AKIM GEÇEN TEL ÇERÇEVEYE ETKİ EDEN TORK

    manyetik alanda tel çerçeveye uygulanan kuvvet
    manyetik alanda tel çerçeveye uygulanan kuvvet
    manyetik alanda tel çerçeveye uygulanan kuvvet
    manyetik alanda tel çerçeveye

         Düzgün manyetik alana, içinden akım geçen tele bir manyettik kuvvet etki ettiğini öğrendik. Eğer içinden akım geçen iletken tel dikdörtgen çerçeve haline dönüştürülürse, karşılıklı paralel tellere zıt yönlü kuvvet etki eder. Ortaya çıkan bu kuvvet çifti tel çerçevenin dönmesini sağlar.

         Şekil-a daki tel çerçeveyi incelediğimizde, tel çerçevenin karşılıklı sağ ve sol kısımlarına uygulanan manyetik kuvvetlerin büyüklüğü sürekli sabit ve zıt yönlüdür. Ancak alt ve üst kısımlara uygulanan kuvvetin büyüklüğü tel çerçeve döndükçe değişir. Tel çerçeve sayfa düzlemi ile paralel konumu aldığında, çerçevenin alt ve üst tellerine manyetik kuvvet etki etmez, kuvvet sıfırdır. (Bu durumda iken, alt ve üst tellerden geçen akımın doğrultusu manyetik alanla aynı olacağından tellere kuvvet etki etmez) Tel çerçevenin düzlemi, sayfa düzlemi ile dik konum olacak şekilde dönmeye başladığında, alt ve üst tellere etki eden kuvvet de gitgide büyümeye başlar. Ancak alt ve üst tellerde oluşan kuvvetlerin büyükleri eşit ve zıt yönlü olduğundan bileşkesi sıfır olur.

         Çerçevenin yan tellerine uygulanan kuvvetin büyüklüğü, F = B.İ.l bağıntısıyla hesaplandığını hatırlayınız. Çerçeve döndükçe, alt ve üst tellerein manyetik alan doğrultusuyla yaptığı açıda sürekli değişir (tel ile manyetik alan arasındaki değişken açıya "α" dersek), buna bağlı olarak alt ve üst tellere uygulanan kuvvetin büyüklüğü,

    tel çerçeve kuvvet bağıntısı ile bulunur.

    manyetik alanda tel çerçeveye uygulanan kuvvet

         Düzgün manyetik alanda içinden akım geçen tel çerçevenin sağ ve sol kollarına uygulanan kuvvetler çerçeveye dönme etkisi (TORK) yaptırdığını söylemiştik.Şekil-c'ye göre incelersek, tel çerçevenin düzlemi sayfa düzlemi ile paralel konum aldığında(yani şekil-c1), çerçeveye etki eden tork değeri en büyük değerini alır. Bu durumda iken çerçeveye etki eden tork büyüklüğünü hesaplayalım.

         Torkun genel bağıntısı; tork bağıntı dir. (F: kuvvet, d: kuvvetin dönme eksinene uzaklığı). Yandaki şekilde tel çerçevenin genişliği "d" kadar alındığına göre, kuvvetin dönme eksenine uzaklığı "d/2" kadardır.

         Yukardaki şekil-c1'e göre kuvvet çiftinin oluşturacagı toplam tork değeri;

    tork bağıntıolur.

    Burdan, tork bağıntı elde edilir.

    iletken tel manyetik kuvvet bağıntısı denklemde yerine yazılırsa,

    tork bağıntı olur.

    Buradan l.d ifadesi çerçevenin alanı(A) olduğuna göre, şeklin tork değeri;

    tork bağıntı olarak elde edilir.

         İletken çerçeve düzgün manyetik alan içinde kuvvet çifti etkisiyle dönmeye başladığında yani şekil-c1 den şekil-c2 konumuna dhareket ettiğinde, tel çerçevenin düzgün manyetik alan doğrultusundaki dik izdüşüm alanı git gide küçülür. Bu durumda manyetik kuvvet değeri sabit olmasına rağmen, tel çerçevenin alanı küçüleceğinden, torkun büyüklüğüde git gide küçülür.

         Tel çerçeve manyetik alan içinde şekilc2 deki gibi konum aldığında tel çerçeveye etki eden tork değerini bulalım; Kuvvet çiftinin tork ifadesini yazalım,

    tork bağıntı ise,

    tork bağıntı olur.

    Denklemde iletken tel manyetik kuvvet ifadesi yerine yazılırsa, tork bağıntı olur.

    Buradan l.d ifadesi çerçevenin alanı(A) olduğuna göre, şeklin tork değeri;

    tork bağıntı olarak elde edilir.

         Tel çerçeve düzgün manyetik alan içinde şekil-c3'deki gibi konum aldığında, kuvvetlerin doğrultusu dönme ekseninden geçtiği için, kuvvetlerin döndürme etkisi olmaz. Yani bu durumda Tork sıfırdır.

    YÜKLÜ PARÇACIKLARIN MANYETİK ALAN İÇİNDE HAREKETİ

    manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıklar

         Manyetik alan içinde hareket halindeki yüklü parçacıklara bir manyetik kuvvet etki eder ve yüklü cisimler yörüngelerinde bu kuvvetin etkisiyle sapmaya uğrarlar. Aslında, yukarda işlediğimiz "İçinden Akım Geçen Tele Etkyen Kuvvet" konusunda ortaya çıkan manyetik kuvvet, iletken tel içinde hareket eden eksi yüklü elektrona etki eden kuvvettir.

         Kuvvet vektörel bir büyüklük olduğuna göre, manyetik alanda hareket eden yüklü taneciğe etki eden kuvvetin yönü yine sağ ele kuralı ile bulunur.

         Manyetik alanda hareket eden yüklü tanecik + yüklü ise, sağ elin dört parmağı manyetik alanın yönünü ve açık olan baş parmakta taneciğin hareket yönünü gösterecek şekilde tutulursa, avuç içinin baktığı yön taneciğe uygulanan kuvvetin yönünü gösterir.

         Manyetik alanda hareket eden yüklü tanecik - yüklü ise, sağ elin dört parmağı yine manyetik alanın yönünü ve açık olan baş parmakta taneciğin hareket yönünün tersni gösterecek şekilde tutulursa, avuç içinin baktığı yön taneciğe uygulanan kuvvetin yönünü gösterir.

         Yüksüz tanecikler manyetik ve elektrik alandan etkilenmedikleri için hareket doğrultusunu değiştirmeden yoluna devam ederler.

         Yüklü parçacığa etki eden kuvvetin büyüklüğü, yüklü cüsmin hızı, manyetik alanın büyüklüğü ve yüklü cismin yük miktarı ile doğru orantılıdır. Manyetik alanda hareket eden yüklü taneciğe etki eden kuvvetin bağıntısını bulalım. Benzer olayda ki, manyetik alanda içinden akım geçen (yani hareket eden eksi yüklü elektron) tele etki eden kuvvetin bağıntısının,

    manyetik kuvvet olduğunu biliyoruz. Bağıntıda akım (İ) ifadesi yerine manyetik kuvvet bağıntısını yazalım.

    manyetik kuvvet olur. bağıntıdaki manyetik kuvvet ifadesi de hızı verdiğine göre,

    Manyetik alan içinde hareket eden taneciğe uygulana kuvvetin büyüklüğü; manyetik kuvvet olur.

    manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıklar

    Eğer taneciğin doğrultusu düzgün manyetik alanla alfa kadarlık açı yapacak şekil geliyorsa, hızın manyetik alana dik bileşeni olan hız büyüklüğü bağıntıda yazılır,

    manyetik kuvvet

    manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıklar

         Manyetik alan içinde hareket eden yüklü parçacığa etki eden kuvvet etkisiyle, ona çembersel hareket etmeye zorlar. Manyetik kuvvetin ve merkezcil kuvvetin büyüklüğüne bağlı olarak üç değişik şekilde yörüngesel hareket yapabilir.

         1. Taneciğe etki eden kuvvetin büyüklüğü, merkezcil kuvvetin büyüklüğünden küçükse, tanecik tam bir cembersel hareket yapmdan eğrisel bir yörünge yaparak hareketine devam eder.

         2. Taneciğe etki eden kuvvetin büyüklüğü, merkezcil kuvvetin büyüklüğüne eşit ise, tanecik çembersel yörüngede hareket eder. ( manyetik alanda yüklü taneceğin çembersel yörünge bağıntısı )

         3. Taneciğe etki eden kuvvetin büyüklüğü, merkezcil kuvvetin büyüklüğünden büyükse, tanecik spiral bir yörünge çizerek hareket eder.

    ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON

    Manyetik Akı ve Akı Değişimi

    akı

         Manyetik alanı, manyetik alan çizgileri ile ifade edildiğini, çizgilerin yoğun olduğu yerde manyetik alan şiddetininde büyük olduğunu daha önce öğrenmiştik. Animasyondaki gibi (şekil-1) manyetik alana dik olarak konulan tel çerçevenin alanından geçen manyetik alan çizgi sayısına AKI (Φ) denir. Daha genel bir tanımla akı, kapalı bir alandandan dik olarak geçen manyetik alan çizgi sayısı ile orantılı bir büyüklüktür. Manyetik akı, skaler bir büyüklüktür. Manyetik akının büyüklük ifadesi;

         1. Yüzey alanı şekil-1'deki gibi manyetik alana dikse akı büyüklüğü, akı bağıntısı bağıntısıyla hesaplanır. Bu durumdayken akı değeri en büyük değerini alır. (A= alan, )

         2. Eğer tel çerçeve manyetik alan içinde döndürülürse yani tel çerçevenin düzlemi manyetik alan doğrultusuyla "α" açısı yaptığında (şekil-2), tel çerçevenin manyetik alana dik izdüşüm alanı küçülecektir. Bu durumda manyetik akı büyüklüğü, akı bağıntısı bağıntısı ile hesaplanır. () Ancak tel çerçeve düzleminin normali ile manyetik alan doğrultusu arasındaki açı "β" olursa, manyetik akı büyüklüğü, akı bağıntısı bağıntısı ile hesaplanır. Aslında her iki bağıntıda da tel çerçevenin manyetik alan doğrultusuna göre dik izdüşüm alanı bulunarak hesaplanmıştır.

         3. Tel çerçeve şekil-3'teki gibi manyetik alanın doğrultusuna paralel konumuna getirilirse, tel çerçevenin alanından manyetik alan çizgileri geçmez. Bu durumda manyetik akı sıfırdır.

    İndüksiyon EMK sı

    akı
    akı
    akı
    akı

         Manyetik alan içinde bulunan tel çerçevenin manyetik akı değerini değiştirmek için manyetik alan şiddetini(B), manyetik alan içindeki kapalı alan büyüklüğünü(A) ve/veya tel çerçeve düzleminin manyetik alan doğrultusu ile yaptığı açının(α) ya da tel çerçeve düzleminin normali ile manyetik alan doğrultusu ile yaptığı açının(β) değiştirilmesi yeterlidir. Birim zamandaki akı değişimi İndüksiyon EMK ‘sının oluşmasına neden olur.

         Manyetik alan değişimi ile elektrik akımının oluşturulması olayına elektromanyetik indüksiyon, indüksiyon akımını sağlayan kaynağın EMK ‘sına ise İndüksiyon Elektromotor Kuvveti denir. “ε” sembolü ile gösterilirken birimi volttur. EMK değeri;

    indüksiyon emk bağıntısı ile hesaplanır.

    (N: Tel çerçevenin sarım sayısı)

         Manyetik alan şiddetinin sabit olduğu bir ortamda, yukardaki şekillere bakarak tek sarımlı tel çerçevede, birim zamanda meydana gelen akı değişimi sonucu oluşan EMK büyüklüklerini inceleyelim.

         1. Tel çerçeve birim zamanda şekil-1 konumundan, şekil-2 konumuna getirildiğinde EMK değeri;

    indüksiyon emk olur.

         2. Tel çerçeve birim zamanda şekil-1 konumundan, şekil-3 konumuna getirildiğinde EMK değeri;

    indüksiyon emk olur.

         3. Tel çerçeve birim zamanda şekil-1 konumundan, şekil-4 konumuna getirildiğinde EMK değeri;

    indüksiyon emk olur.

    emk

         Tel çerçevenin oluşturduğu kapalı alan sabit olmasına karşın manyetik alan kaynağı mıknatısının ileri ve geri hareketi sonucu , kapalı alanda birim zamanda manyetik alan miktarı yani akı değişimi nedeniyle indüksiyon emk sı oluşur.

    emk

         Mıknatısın kutupları arasında düzgün manyetik alan oluşur. Mıknatısın düzgün manyetik alnın etrafındaki bölgede de eğrisel manyetik alan çizgileri oluşur. Böyle bir düzenekte düzgün manyetik alanın dışında kalan bölgede manyetik alanı sıfırladığımızı kabul edelim.

         1. Tel çerçeve düzgün manyetik alan dışında hareket ettiğinde, birim zamanda akı değişimi söz konusu olmadığından indüksiyon emk'sının oluşmadığı gözlenir.

         2. Tel çerçeve düzgün manyetik alana girmeye başladığı andan itibaren, birim zamanda manyetik alan içine giren tel çerçevenin kapalı alan miktarı artacağından dolayısıyla akı değişimi olacağından, tel çerçevenin tamamı manyetik alana girinceye kadar indüksiyon emk'sının oluştuğu gözlenir.

         3. Tel çerçevenin alan dışına çıkmadan manyetik alan içindeki ileri geri hareketi, akı değişimine neden olmayacağından indüksiyon emk'sı oluşturmaz.

         4. Tel çerçeve düzgün manyetik alan içinde animasyondaki gibi kendi ekseni etrafında dönme hareketi yaptığında, tel çerçevenin manyetik alan doğrultusuna dik izdüşüm alanı sürekli değişir. Bu durumda değişen alana karşılık birim zamandaki akı değişimine neden olacağından indüksiyon akımının oluşmasına neden olur.

    Manyetik Alanda Hareket Eden Telde Oluşan İndüksiyon EMK sı

    emk

         İletken tel düzgün manyetik alan içinde hareket ederken, iletken tel içindeki serbest elektronlara bir manyetk kuvvet etki eder (Bunu daha önce manyetik alanda hareket eden yüklü taneciğe etki edn kuvvet konusunda görmüştük. Taneciğe etki eden kuvvetin yönünü sağ el kuralı ile bulunduğunu hatırlayınız). Yukardaki animasyona göre, bu kuvvet etkisiyle elektronlar iletken telin "L" ucuna doğru hareket ederken "L" den "K" ya doğru da bir indüksiyon akımı oluşur. Elektronların iletken telin "L" ucuna hareketi sonucunda telin, "L" ucu eksi ile yüklenirken, "K" ucuda artı ile yüklenir. Bu durumda "K" ucundan "L" ucuna doğru bir elektrik alan etkisi ortaya çıkar. İletken tel içindeki elektron hareketi artı yüklü taneciğe etki eden elektriksel kuvvet, manyetik kuvvete eşit oluncaya kadar devam eder. Elektriksel ve manyetik kuvvet eşitliğini yazacak olursak;

    emk

    emk

    emk

    emk

    emk

    emk

    VKL Çubuğun uçları arasındaki potansiyel farktır. Bu da telin uçları arasındaki indiksiyon emk'ya eşittir.

    emk

    emk

    İletken tel ile hız vektörü arasında "α" açısı olduğunda oluşan indüksiyon emk büyüklüğü;

    εKL = B.v.l.sinα olur.

    emk

    Uzunluğu"l" oanan "KL" teli "L" ucu etrafında dairesel dönme hareketi yapıyorsa; Çubuğun "K" ucunun hızı "v" olarak kabul edersek, çubuğun tüm noktalarının ortalama hızını veren ifade orta noktasının hızı olan v/2 kadardır. Bu durumda çubuğun oluşturacağı indüksiyon emk büyüklüğü;

    εKL = B.(v/2).l olur.

    emk

    Uzunluğu "l1 + l2 olan ileken çubuk şekildeki gibi döndürüldüğünde, her bir parçanın oluşturduğu indüksiyon emk'sı bir birine ters bağlı üreteç görünümündedir. Bu durumda toplam emk, üreteçlerin gerilimlerinin farkı olması gerekir. O zaman toplam indüksiyon emk büyüklüğü;

    εKN = B.(v1/2).l1 - B.(v2/2).l2 olur.

    İndüksiyon Akımının Yönü (Lenz Kuralı)

    emk

         Lenz kuralına göre indüksiyon akımının yönü kendisini oluşturan sebebe karşı yönde oluşur.

          Birim zamandaki akı değişimi indüksiyon akımını oluşturduğunu biliyoruz. Animosyonu inceledeğimizde, "KL" iletken teli sağa doğru hareket ettirildiğinde kapalı alanda sayfa düzleminden içeri yönlü manyetik alan miktarı (akı) artacak, sistem "KL" iletken çubuğunun hareket etmeden önceki akı değerini korumak için ters yönde, yani sayfa düzleminden dışa doğru manyetik alan oluşturur. Birim zamanda sayfa düzleminden dışarı yönlü oluşan manyetik alan değişimi, sağ el kuralına göre direnç(R) üzerinden 2 yönüde akımın oluşmasına sağlar. Oluşan bu akımının yönü indüksiyon akımının yönüdür.

         Benzer şekilde "KL" iletken çubuk sol tarafa doğru hareket ettirildiğinde ise, direnç üzerinden 1 yönünde indüksiyon akımı oluşması sağlanır.

    Özindüksiyon emk ve Akımı

    • Şekildeki bobinden akım geçerken bobin içinde ve çevresinde manyetik alan (B), dolayısıyla akı (Ф) oluşur. Reosta devredeki akımı değiştirmeye yarayan düzeneklerdir. Reostayı hareket ettirirek akımı azaltmak veya arttırmak bobindeki manyetik alan şiddetini yani akı’nın değişmesine neden olur. Akı’nın azalması veya artması devrede bir indüksiyon emk’sının ve indüksiyon akımının oluşmasına neden olur. Oluşan emk ya öz indüksiyon emk sı ve akıma da öz indüksiyon akımı denir. Üretecin devreye verdiği akımın şiddeti Δt kadar sürede Δi kadar değişiyorsa, bobinde oluşan öz indüksiyon emk sı; ε=-L.Δi/Δt bağıntısı ile hesaplanır.
    • özindüksiyon
      lenz
      özindüksiyon

      Devredeki akım azaldığında, akının azalmasına engel olacak şekilde devrenin akımıyla aynı yönde öz indüksiyon akımı oluşur.

      özindüksiyon

      Devredeki akım artığında, akının artmasına engel olacak şekilde devrenin akımıyla zıt yönde öz indüksiyon akımı oluşur.

      özindüksiyon