Akım ve manyetik alan ilişkisi ve elektromıknatıs nedir?

Manyetik alanın bir kaynağının mıknatıslar olduğunu öğrendik. Ama tek kaynağı bu mu? Elbette değil, yoksa başlığımız akım ve manyetik alan ilişkisi olmazdı. Hikaye 1820 yılına dayanıyor. Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted, o zamanlar yeni keşfedilen Volta pili ile bir telin üstünden geçen akım deneyini yaparken masanın üstünde unuttuğu bir pusulanın iğnesinin tele dik yönde döndüğünü farketmiş. Bu elektrik ve manyetizma arasında keşfedilen ilişkilerin ilki olmuş. Bu ilişkiye Oersted kanunu adı verilmiş. Önce deneyi gösterelim, sonra neler olduğunu açıklayalım. Sonra da elektromıknatıs neymiş onu inceleyelim.

Aşağıdaki resimde bir pil, bir anahtar ve düz bir bakır tel ile bir elektrik devresi oluşturulmuş. Bakır teli kırmızı bir tahtanın üstüne yerleştirmişler. Anahtar kapatıldığında telden elektrik akımı geçiyor ve telin altına yerleştirilmiş olan pusulanın hareket ettiğini görüyoruz. Pusulaların manyetik alanın varlığını fark etmekte kullanıldığını öğrenmiştik. Eğer pusula hareket ediyorsa, mutlaka bir manyetik alan vardır. Bu deneyde manyetik alanı oluşturan şey, telden geçen elektrik akımıdır. Bu Oersted’in orjinal deneyinin tekrar yapılmış hali.

Akım manyetik alan ilişkisi: düz iletken bir telden akım geçince pusulanın iğnesi sapıyor

Aşağıdaki resimde bu kez dikdörtgen şeklinde bir çerçevenin etrafına sarılmış tellerden akım geçtiğinde, telin etrafına yerleştirilen demir tozlarının çember şekli aldığını görüyoruz. Manyetik alan akım geçen iletken telin etrafında dolanıyor.

Elektrik akımı manyetik alan ilişkisi: akım geçen düz iletken telin etrafında demir tozları halka şeklini alıyor

Bu iki gözlem bize Oersted kanunu şöyle açıklama imkanı sunuyor. İletken düz bir telden sabit (zamana göre değişmeyen) bir doğru akım geçirildiğinde:

  • Manyetik alan çizgileri akım taşıyan telin etrafında halkalar oluşturur.
  • Manyetik alan çizgileri tele dik bir düzlemde yer alır. Telle aynı düzlemde değildirler.
  • Eğer akımın yönü ters çevrilirse manyetik alanın yönü de tersine döner, zıt yönü gösterir.
  • Manyetik alanın şiddeti telden geçen elektrik akımının şiddetiyle doğru orantılıdır. Akım arttıkça manyetik alanın büyüklüğü de artar.
  • Herhangi bir noktadaki manyetik alanın şiddeti, o noktanın telden uzaklığıyla ters orantılıdır. Telden uzaklaştıkça manyetik alanın büyüklüğü azalır; tele yaklaştıkça artar.
Manyetik \space alan \space \alpha \space I Manyetik \space alan \space \alpha \space \frac{1}{d}

En önemli sonuçlarımızdan biri ise: Manyetik alanın kaynağı hareketli yüklerdir.

Akım geçen bobinin oluşturduğu manyetik alan nasıldır?

Üzerinden akım geçen düz bir iletken telin oluşturduğu manyetik alanın telin etrafında bir çember şeklinde olduğunu öğrendik. Peki teli sarsak ve bir bobin (yay şeklinde sarılmış tel) haline getirsek, sonra da bir pile bağlayıp üstünden akım geçirirsek ne olur, manyetik alanın şekli nasıl olur? Aşağıdaki resimde bobini görüyoruz, pile bağlı ama anahtarı açmamışız, bobinin üstünden akım geçmiyor. Pusulaya dikkat edin.

Bobinden akım geçmiyor. Manyetik alan oluşmuyor.

Bobinden akım geçince manyetik alan oluşuyor. Elektromıknatıs böyle yapılıyor.

Sonra pilin üstündeki anahtarı açıp 10 voltluk gerilim (potansiyel fark) uyguluyoruz ve bobinden akım geçmesini sağlıyoruz. Akım geçtiğinde bobinin etrafındaki manyetik alanı küçük pusulalardan görebiliyoruz. Dikkat ederseniz bu bir çubuk mıknatısın manyetik alanıyla aynı. Yani bobinin sağ taraftaki ucu N (kuzey) kutbu, sol taraftaki ucu S (güney) kutbu gibi davranıyor.

Şimdi de bobinin üstünden geçen akımın yönünü değiştirelim, bakalım ne olacak. Dikkatli bakarsanız manyetik alanı gösteren küçük pusulaların da büyük pusulanın da yönü değişti. Artık bobinin sağ ucu S (güney), sol ucu N (kuzey) kutbu gibi davranıyor.

Bobinden zıt yönde akım geçince bobinin manyetik kutupları yer değiştiriyor.

Aşağıdaki videoda da bir araba aküsüne bobini bağlayıp etrafına demir tozu serpildiğinde oluşan manyetik alan gösteriliyor.

Elektromıknatıs nedir?

Bir önceki deneyden şu sonuca varabiliriz: Sadece bir teli yay şeklinde sarıp bobin haline getirip üstünden akım geçirdiğimizde bir mıknatıs elde edebiliyoruz. İşte buna elektromıknatıs deniyor. Elektromıknatısı daha da güçlü bir mıknatıs haline getirmek için bobinin ortasına bir yumuşak demir çekirdek yerleştiriyoruz. Yumuşak çekirdek derken, kastımız aslında bir çubuk ve aslında sert demir. Yumuşak manyetik olarak yumuşak demek. Akım geçerken mıknatıs gibi davranıp, akım kesildiğinde manyetikliğini kaybetmesi anlamına geliyor. Sert demir ise manyetik olarak sert demek. Yani sert demir mıknatıslandığı zaman manyetik özelliğini hemen kaybetmeyen demir demek. Örneğin, aşağıdaki videoda bir çivinin (yumuşak demir çekirdek) etrafına bakır bobin teli sararak basit bir elektromıknatısın nasıl yapılacağı gösteriliyor.

Bunu mutlaka yapmalısınız bence, bir çivi, biraz tel, bir de pil. Hop elektromıknatıs. Elektromıknatısın manyetik çekim kuvveti sardığınız iletken telin uzunluğuna ve bu telden geçen akımın büyüklüğüyle doğru orantılıdır. Daha çok tel sararsanız daha güçlü bir elektromıknatısınız olur. Daha fazla pili seri bağlarsanız da daha güçlü bir elektromıknatısınız olur. Elektromıknatıslar kapı zilinden elektrik motorlarına ve jeneratörlere kadar pek çok makinede kullanılır.

Yukarıdaki videoda bir hurdalıkta kullanılan elektromıknatıs vincinin yüzlerce kilo ağırlığındaki bir araba motorunu nasıl kaldırdığı görülüyor.

Akım ve manyetik alan ilişkisi ile ilgili kazanımlar

10.1.4.1. Üzerinden akım geçen düz bir iletken telin oluşturduğu manyetik alanı etkileyen değişkenleri analiz eder.

  • Öğrencilerin deneyler yaparak veya simülasyonlar kullanarak manyetik alanı etkileyen değişkenleri belirlemeleri sağlanır.
  • Manyetik alan şiddeti ile ilgili matematiksel hesaplamalara girilmez ve manyetik alanın yönü ile ilgili problemler çözülmez.
  • Elektromıknatıs tanıtılarak kullanım alanlarına örnekler verilir.
0 Yorum

Bir Cevap Bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

©2018 fizikdersi.gen.tr - Her hakkı saklıdır içerik izinsiz kullanılamaz

Kullanıcı Bilgileriniz İle Oturum Açın

Bilgilerinizi Unuttunuzmu?