Manyetik alan nedir? Manyetik alan çizgileri nasıldır?

Manyetik alan nedir sorusunun cevabını önce mıknatısların özelliklerini elektrik yüklerinin özellikleriyle karşılaştırarak arayacağız. Elektrik yüklerinin çevrelerindeki uzayı değiştirerek bir elektrik alan oluşturduklarını öğrenmiştik. Böylece iki yük doğrudan etkileşmiyor, aracı olarak elektrik alanı kullanıyorlardı. Elektrik alan yüklere elektriksel kuvveti uyguluyordu. Tıpkı elektriksel kuvvet gibi manyetik kuvvetin de temas gerektirmeyen bir alan kuvveti olduğunu mıknatısları incelerken öğrenmiştik. Öyleyse, mıknatısların da başka mıknatıslarla ve bazı maddelerle etkileştiği (yani kuvvet uyguladığı) durumların aracısı da manyetik alan olmalı. Mıknatıslar da çevrelerindeki uzayın bir özelliğini değiştirir, bu özellik manyetik alandır. İki mıknatıs birbiriyle doğrudan etkileşmez. Bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alan, ikinci mıknatısa bir kuvvet uygular ve iki mıknatıs birbirini böylece iter veya çeker.

Manyetik alanın varlığı nasıl anlaşılır?

Elektrik alanın varlığını bir test yükü ile anlıyorduk. Manyetik alanın varlığını da bir test mıknatısı ile anlayabiliriz. Test mıknatısının en iyi örneği pusuladır. Aşağıdaki resimde bir pusulayı bir mıknatısın etrafında dolaştırınca pusulaya ne olduğu gösteriliyor.

Pusulanın kırmızı ucu kuzey (N) beyaz ucu güney (S) kutbu. Kırmızı ucun ( N) mıknatısın beyaz ucuna (S) yöneldiğine, mıknatısın ortasında ise mıknatısa paralel durduğuna dikkat edin. Bir pusulayı mıknatısın etrafında gezdirerek manyetik alanının yönünü uzayın her noktasında belirleyebiliriz. Ama daha kolayı bir sürü küçük pusula kullanmak olur. Aşağıdaki resimde bir sürü küçük pusula var. Pusulaların soluk olması manyetik alanın büyüklüğünün azaldığı, net olması arttığı anlamına geliyor.

Resme dikkatlice bakın. Mıknatısın kutuplarında pusulaların net olması bu bölgelerde mantetik kuvvetin dolayısıyla da manyetik alanın güçlü olduğu anlamına geliyor. Mıknatıstan, özellikle de kutuplardan uzaklaştıkça pusulaların soluklaştığını yani manyetik alanın şiddetinin azaldığını görüyoruz. Son olarak pusulaların sadece kırmızı uçlarını takip edin. Önce mıknatısın N (kuzey) kutbuna bakın. Sanki kırmızı pusula iğnelerinin mıknatısın N kutbundan fışkırıyormuş gibi göründüğüne dikkat edin. Buradan fışkıran kırmızı uçların sağa ve sola büküldüğünü sonra da mıknatısın S (güney) kutbuna dökülüyormuş gibi göründüğüne de dikkat edin. Bu fikri manyetik alan çizgilerini icat ederken kullanacağız.

Manyetik alan çizgileri nedir?

Manyetik alan çizgileri manyetik alanı temsil etmek için kullandığımız hayali çizgilerdir. Tam olarak bunlara manyetik alan kuvvet çizgileri denir, çünkü manyetik alanın uyguladığı kuvveti temsil ederler. Gerçekte çizgi falan yoktur, sadece manyetik alanı anlamak için kullandığımız bir modeldir. Bir üstteki resmin üstüne manyetik alan çizgilerini çizip yukarıdaki resimde gösterdik.

• Bu çizgiler pusulaları izliyor, her noktada pusulanın gösterdiği doğrultuya teğet çiziliyor.
• Ok yönleri pusulanın kırmızı (N) kutbunu gösteriyor. Dolayısıyla manyetik alan çizgileri mıknatısın N (kuzey) kutbundan çıkıyor ve S (güney) kutbuna giriyor.
• Çizgilerin mıknatısın kutuplarında sıklaştığını (birbirine yakınlaştığını), uzaklaştıkça seyrekleştiğini (birbirinden uzaklaştığını) görüyoruz.
• Mıknatısa paralel bölgelerde manyetik alan çizgileri de paralelleşiyor.
• Ayrıca ben düzgün çizemedim, ama aslında sonsuz sayıda çizgi var ve hiçbir çizgi diğerini kesmiyor.
• Mıknatısın içinde de manyetik alan çizgileri olduğuna, bunların güney kutbundan kuzey kutbuna doğru bir doğru şeklini aldığına da dikkat etmelisiniz.
• Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzey kutuptan güney kutba doğru.
• Manyetik alan çizgilerinin yoğun olduğu bölgelerde manyetik kuvvetlerin etkisi şiddetli.

Atladığım başka bir gözleminiz olursa yorumlarda yazın ekleyelim. Son olarak manyetik alanın üç boyutlu olduğundan da bahsetmemiz lazım. Kitaplarda ve ekranda iki boyutlu çizdiğimiz için iki boyutlu sanabilirsiniz. Aşağıdaki resimde silindir şeklindeki bir plastik kabın içinde demir tozu var. Bu kabın ortasındaki oyuğa bir mıknatıs koyduğumda demir tozu şöyle görünüyor.

Demir tozları mıknatısın bir kutbundan çıkıp diğer kutbuna giren manyetik alan çizgilerini izliyorlar. Bu resimde demir tozlarının üç boyutlu bir desen oluşturduğunu, dolayısıyla manyetik alan çizgilerinin de aslında üç boyutlu olduğunu görebiliyoruz.

Manyetik alan ve mıknatıslar arasındaki kuvvetler

Mıknatısların birbirlerine uyguladıkları itme ve çekme kuvvetleri mıknatısın çevresinde oluşan manyetik alandan kaynaklanır. Öyleyse, manyetik alan ne kadar büyükse mıknatıslar arasındaki itme ve çekme kuvveti de o oranda büyüktür. Ayrıca manyetik alan manyetik kaynaktan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Dolayısıyla mıknatıslar arasındaki manyetik kuvvet de mıknatıslar arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.

Manyetik \space kuvvet \space \alpha \space Manyetik \space alan Manyetik \space kuvvet \space \alpha \space \frac{1}{r^2}

Manyetik alanın kaynağı nedir?

Manyetik alanın kaynağı hareket eden elektrik yüküdür. Hareket eden elektrik yüklerinin, yani elektrik akımının manyetik alan oluşturduğunu bir sonraki yazıda öğreneceksiniz. Ayrıca elektron gibi temel parçacıkların da içsel bir manyetik momenti vardır. Yani temel parçacıklar yapılarında minik mıknatıslar varmış gibi davranır.

Manyetik alanın birimi ve simgesi

Manyetik alanın SI birimi Tesla (T) dır. Ama sıklıkla Gauss birimi de kullanılır. Manyetik alanın simgesi B‘dir, türetilmiş ve vektörel bir büyüklüktür. Manyetik alanla ilgili ayrıntıları 11. sınıfta öğreneceksiniz.

Manyetik alanla iligli kazanımlar

2017 – 10.1.3.1. Mıknatısların oluşturduğu manyetik alanı ve özelliklerini açıklar.

• Mıknatısların itme-çekme kuvvetleri ile ilgili matematiksel hesaplamalara girilmez.
• Mıknatısların manyetik alanının manyetik alan çizgileri ile temsil edildiği vurgulanır.
• Öğrencilerin deneyler yaparak veya simülasyonlar kullanarak manyetik alanı incelemeleri sağlanır.