İçindekiler
1Manyetizma Nedir?
Manyetizma, hareket halindeki elektrik yüklerin (elektrik akımı) ya da atomik etkinliklerin oluşturduğu bir fiziksel olayın adıdır. Manyetik alan, elektrik alanın aksine, durgun yükleri etkilemez. Yalnızca hareket halindeki yüklere ve mıknatıslara kuvvet uygular.
Manyetik alan çizgileri (alan çizgileri), manyetik alanın yönünü ve şiddetini gösterir. Çizgilerin başlangıcı kuzey kutbu (N), bitişi güney kutbu (S) olarak tanımlanır.
Manyetik Kutuplar
Aynı kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar birbirini çeker. Bir mıknatısı kaç parçaya bölersen böl, her parça kuzey ve güney kutbuna sahip olur. İzole tek kutup yoktur.
Manyetik Alan Birimler
Manyetik alanın şiddeti Tesla (T) veya Gauss (G) birimlerle ölçülür. 1 T = 10.000 G. Manyetik akı Weber (Wb) veya Vs cinsinden ifade edilir.
2Mıknatıslar ve Manyetik Alan
Doğal mıknatıslar (magnetit) ve yapay mıknatıslar (demir, çelik) manyetik alana sahiptir. Manyetik alan çizgileri mıknatısın kuzey kutbundan başlayıp güney kutbuna girer.
φ = B · A · cos(θ)
φ: manyetik akı (Wb) | B: manyetik alan şiddeti (T) | A: alan (m²) | θ: açı
Manyetik akı, belirli bir alan içinden geçen manyetik alan çizgilerinin sayısını gösterir. Alan çizgileri yüzeye dik gelirse (θ = 0°), akı maksimum olur (Φ = BA).
Örnek
Alanı 0,2 m² olan bir döngü 0,5 T manyetik alan içindedir.
Alan çizgileri yüzeye dik (θ = 0°)
φ = 0,5 × 0,2 × cos(0°) = 0,1 Wb
Dünyenin Manyetik Alanı
Dünya, devasa bir mıknatıs gibi davranır. Manyetik kuzey kutbu coğrafi güney kutbuna yakın, manyetik güney kutbu coğrafi kuzey kutbuna yakın bulunur. Pusula iğnesi manyetik kuzeyini gösterir.
3Akım Taşıyan Telin Manyetik Alanı
Bir iletkenin içinden elektrik akımı geçtiğinde, iletkenin etrafında manyetik bir alan oluşur. Alan şiddeti akımın büyüklüğü ile doğru, iletkenin uzaklığı ile ters orantılıdır.
B = (μ₀ · I) / (2π · r)
B: manyetik alan (T) | μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m | I: akım (A) | r: uzaklık (m)
Sağ El Kuralı
Sağ el baş parmağını akımın yönüne doğru tutarsan, diğer dört parmak alan çizgilerinin yönünü gösterir. Boru tipi solenoide uygulanırsa: baş parmak N kutbunu gösterir.
Solenoid (Bobinli Tel)
Yalıtılmış tel bir çekirdek etrafına sarıldığında solenoid oluşur. İçeride düzgün manyetik alan, dışarıda zayıf alan vardır.
B = μ₀ · n · I
n: birim uzunluk başına sarım sayısı
4Manyetik Kuvvet ve Lorentz Kuvveti
Manyetik alan içinde hareket eden yüklü parçacık manyetik kuvvet hisseder. Bu kuvvet Lorentz kuvveti olarak adlandırılır. Akım taşıyan bir iletken de manyetik alan içinde kuvvet hisseder.
Yüklü Parçacık için:
F = q · v · B · sin(θ)
q: yük (C) | v: hız (m/s) | θ: açı
Akım Taşıyan Tel için:
F = B · I · L · sin(θ)
I: akım (A) | L: telin uzunluğu (m)
Kuvvetin Yönü
Kuvvetin yönü hız (ya da akım) ve manyetik alan vektörlerinin çapraz çarpımı ile bulunur. Sağ el kuralı: işaret parmağı akım yönü, ortanca parmak B alanı gösterirse, baş parmak kuvvetin yönünü gösterir.
5Elektromanyetik İndüksiyon
Faraday yasası, bir devredeki manyetik akı değiştiğinde, devre içinde elektromotive kuvvet (EMK) oluştuğunu belirtir. Bu olaya elektromanyetik indüksiyon denir.
ε = -N · dΦ/dt
ε: indüklenen EMK (V) | N: sarım sayısı | dΦ/dt: akı değişim hızı
Faraday Yasası
İndüklenen EMK, manyetik akının değişim hızı ile doğru orantılıdır. Akı ne kadar hızlı değişirse, EMK o kadar büyük olur. Sabit akıda (θ = 0°) indüksiyonEmK oluşmaz.
Lenz Yasası
İndüklenen akım, onu oluşturan manyetik akı değişimine karşı çıkar. Denklemde negatif işaret bunu gösterir. Akı artıyor → indüklenen akım akı azaltsın; akı azalıyor → indüklenen akım akı artsın.
Düşey Düzlemde Hareket
Bir iletken çubuk manyetik alan içinde hareket ettiğinde, çubukta EMK indüklenir.
ε = B · L · v
L: çubuk uzunluğu | v: hız (m/s)
Transformatör Prensibi
Transformatör, değişken akımı kullanarak elektromanyetik indüksiyon ile voltajı dönüştürür. Birincil ve ikincil sarım sayılarının oranı, gerilim oranını belirler.
6Önemli Noktalar
Mutlaka Bilmen Gerekenler
- Manyetik alan çizgileri kuzey kutbundan güney kutbuna girer
- Sağ el kuralı: akımın yönü bellidir, manyetik alanın yönü sağ el ile bulunur
- Akım taşıyan telin manyetik alanı: B = (μ₀·I)/(2π·r)
- Manyetik akı: Φ = B·A·cos(θ)
- Lorentz kuvveti: F = q·v·B·sin(θ)
- Faraday yasası: ε = -N·dΦ/dt (indüklenen EMK akı değişim hızı ile orantılı)
- Lenz yasası: İndüklenen akım değişime karşı çıkar
Sık Yapılan Hatalar
- Sağ el kuralını yanlış uygulamak (yönü tersten bulma)
- Lenz yasasının yönünü unutmak ve negatif işareti ihmal etmek
- Manyetik akı hesaplarken cos(θ) yerine sin(θ) kullanmak
- Elektrik alan ve manyetik alan vektörlerini karıştırmak
- Lorentz kuvvetinde açı sin(θ) ile çarpmayı unutmak
- Transformatör formülünde birincil ve ikincil sarımları karıştırmak
7Pratik Sorular
Öğrendiklerini test et! Aşağıdaki soruları çözmeye çalış.
Bir iletkenin etrafındaki manyetik alan şiddeti r = 0,1 m uzaklıkta B = 4×10⁻⁵ T ise, iletkenin içinden geçen akımı bulunuz. (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m)
Alanı 0,5 m² olan bir döngü 0,8 T manyetik alanı içindedir. Alan çizgileri yüzeye dik ise manyetik akıyı bulunuz.
Bir solenoidin içinde 0,2 T manyetik alan vardır. Solenoidin çapraz kesiti 0,01 m² ise ve 100 sarım varsa, toplam manyetik akıyı bulunuz.
2 A akım taşıyan bir tel manyetik alanı içinde 0,5 m uzunluğundadır. Tel manyetik alana dik ve B = 0,1 T ise, tele etki eden manyetik kuvveti hesaplayınız.
Bir bobinin manyetik akısı 0,1 saniyede 0,2 Wb'den 0,05 Wb'ye değişiyor. Bobin 50 sarıma sahipse, indüklenen EMK'yı hesaplayınız.