Akım geçen
her tel
bir mıknatıs
Manyetik alan sadece mıknatısların etrafında gözlenmez. Elektrik akımı taşıyan iletkenlerin çevresinde de manyetik alan oluşur. Bu ünitede sağ el kuralı, elektromıknatıslar ve Dünya'nın manyetik alanı var.
Manyetik alan sadece mıknatısların etrafında gözlenmez. Elektrik akımı taşıyan iletkenlerin çevresinde de manyetik alanlar oluşur. Bu bölümde sadece üzerinden akım geçen düz bir iletkenin çevresindeki manyetik alanın özellikleri verilecektir.
Dünyanın manyetik alanının önemsiz olduğu bir ortamda i akımı taşıyan düz telin çevresine yön bulmada kullandığımız pusulalar farklı noktalara konulduğunda, akımın oluşturduğu manyetik alan yönleri gözlenir. Pusulalar teli saran çemberler üzerinde dizilir; her biri çembere teğet yönelir.
Oluşan manyetik alan yönü sağ el kuralı ile bulunur.
Başparmak akım yönünde olmak üzere tel sağ el içinde tutulduğunda, teli saran dört parmak yönü (teli saran çemberler şeklinde) telin çevresindeki manyetik alan dolanımını ve yönünü gösterir.
Çember üzerindeki noktalarda manyetik alan yönü dört parmak yönünde çembere teğet olacak şekilde oluşur.
Çubuk mıknatısta alan çizgileri bir kutuptan çıkıp diğerine giren eğrilerdi ve mıknatısın N ve S kutupları vardı. Akım geçen düz telde ise alan çizgileri teli saran iç içe çemberlerdir; telin bir "N ucu" ya da "S ucu" yoktur. Yön sorulduğunda kutup aramak yerine sağ eli kullan.
Kural akım yönüne göre kurulur — elektronların hareket yönüne göre değil. Akımın artı kutuptan eksi kutba doğru olduğu kabul edildiğine göre, başparmağı akım okunun yönüne çevirmen gerekir. Elektron yönünü kullanırsan alan yönünü ters bulursun.
| Karşılaştırma | Çubuk mıknatısın alanı | Akım geçen düz telin alanı |
|---|---|---|
| Kaynağı | Kalıcı mıknatıslık | Telden geçen elektrik akımı |
| Çizgilerin şekli | Kutuptan kutba dolanan kapalı eğriler | Teli saran iç içe çemberler |
| Kutup var mı? | Var (N ve S) | Yok |
| Yön nasıl bulunur? | Dışarıda N → S, içeride S → N | Sağ el kuralı ile |
| Şiddeti neye bağlı? | Uzaklık ve ortam | Akım, dik uzaklık ve ortamın manyetik geçirgenliği |
| Kapatılabilir mi? | Hayır | Evet — akım kesilince alan kaybolur |
Üzerinden akım geçen telin çevresinde oluşturduğu manyetik alanın büyüklüğü şu üç şeye bağlıdır:
Akım şiddeti ile doğru orantılıdır. İletkenden geçen i akımı d yarıçaplı çember üzerinde her noktada B şiddetinde manyetik alan oluştururken, akım 2i yapıldığında aynı çember üzerinde her noktada manyetik alan şiddeti 2B olur.
Akım geçen tele olan dik uzaklıkla ters orantılıdır. Telin çevresindeki d yarıçaplı K çemberinde her noktada manyetik alan şiddeti 2B, 2d yarıçaplı L çemberi üzerindeki her noktada manyetik alan şiddeti B büyüklüğündedir.
Ortamın manyetik geçirgenliği ile doğru orantılıdır. Aynı tel, aynı akımla farklı ortamlarda farklı büyüklükte alan oluşturur.
Bilimsel çalışmalar yapan birçok kuruluş, şiddeti yüksek manyetik alanların olumsuz etkileriyle ilişkili olarak şu sorunlara bilimsel çalışma raporlarında yer vermişlerdir:
Yüksek gerilim hatları ve yerleşim yerleri içindeki trafolar yakınlarında elektrik ve manyetik alanların etkisinden daha az etkilenmek için bu alanlarda mümkün olduğu kadar kısa süre kalmak gerekir. Çünkü manyetik alanların olumsuz etkileri hem manyetik alan şiddetinin büyüklüğüne hem de bu alanlardaki etkilenme süresine bağlı olarak artmaktadır.
Tel içinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan etkisinden yararlanılarak elektromıknatıslar yapılmıştır. Elektromıknatıslar demir çekirdekler üzerine sarılan ve bobin adı verilen sistemlere denir. İletken telden akım geçerse bobin mıknatıs gibi davranır.
i akımı taşıyan, akım makarasının içindeki manyetik alan silindir boyunca düzgün ve makara eksenine paralel olarak oluşur.
Manyetik alan çizgileri silindir içinde düzgün iken bobinin dışında gösterilen yönlerde dağılan çizgiler hâlinde gözlenir.
Silindir içindeki bu düzgün manyetik alanın şiddeti;
değişkenlerine bağlıdır.
Bu düzeneklerin yanında telgraflarda, vinçlerde, jeneratörlerde, parçacık hızlandırıcılarda, röle, alternatör gibi birçok elektronik aracın imalatında da elektromıknatıslar kullanılır.
Bilim insanlarının yaptığı araştırmalarda Dünya'nın merkezinde eriyik hâlde bulunan demir ve nikel tabakasının hareketi sonucu oluşan elektrik akımının, manyetik alan oluşturduğu düşünülmektedir. Bu manyetik alan dünyanın manyetik alanı olarak tanımlanır. Oluşan bu manyetik alan sayesinde dünyamız dev bir mıknatıs gibi davranmaktadır.
Uzayda meydana gelen patlamalar sonucu yüklü radyoaktif maddeler dünyanın manyetik alanında saparak kutuplara yönelir. Dünya'nın manyetik alanı âdeta bir kalkan görevi görerek Dünya'yı Güneş rüzgârlarından, yüksek enerjili parçacıklardan ve zararlı radyasyondan korumaktadır.
Dünyamızın manyetik alanı, Dünya'da yaşayan canlıların yaşamlarının devamı için büyük bir önem taşımaktadır. Dünya'nın manyetik alanı, ozon tabakasının da içinde bulunduğu atmosferin üst tabakasının yüklü parçacıklar tarafından sürüklenip atmosferin yok olmasını da engeller.
Dünyadaki insanlar ve bazı canlı türleri yönlerini bulurken Dünya'nın manyetik alanından yararlanmaktadır. Bazı canlıların vücudunda manyetik alanları algılayan alıcılar bulunmaktadır. Canlılar, bu alıcılar sayesinde yönlerini bulur.
Kızılgerdan kuşu, karetta karetta (kaplumbağa), kral kelebeği, leylek, kar kazı, dikenli ıstakoz, güvercin, arı ve semenderlerin yönlerini Dünya'nın manyetik alanı sayesinde bulduğu kanıtlanmıştır.
Dünya'nın manyetik alanı kutup ışıkları (aurora) adı verilen doğal ışımaların meydana gelmesine neden olur. Aurora, Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların Dünya'nın manyetik alanı etkisiyle kutuplara yönelmesi ve atmosferdeki gazlarla etkileşmesi sonucu oluşan ışıma olayıdır.
Üzerinde kuzey – güney doğrultusunu gösteren bir mıknatıs iğnesi bulunan ve yön bulmaya yarayan araçlara pusula denir. Pusulada N (North) kuzey, S (South) güney, E (East) doğu ve W (West) batı yönünü göstermektedir.
Pusula yatay bir zemine konulduğunda pusulanın iğnesi dünyanın manyetik alanına göre yönelir. Bir kişi bulunduğu konumdan doğu yönündeki bir hedefine gitmek isterse pusulanın dışındaki döner kapsülü saat yönünün tersine doğru çevirerek pusula iğnesinin kırmızı ucu N (kuzey) kutbunu gösterecek şekilde döndürür. Pusulanın N kutbu ile pusula iğnesinin kırmızı ucu çakıştırıldığında artık coğrafi doğu yönü pusula üzerinde belirlenir ve kişi bu yönde giderek hedefine ulaşır.
Dünya'nın coğrafi ekseni (coğrafi kuzey-güney doğrultusu) ile manyetik ekseni arasında yaklaşık 11°'lik bir açı vardır. Pusulanın tam coğrafi kuzeyi göstermemesinin sebebi budur. Pusulanın gösterdiği manyetik kuzey ile coğrafi kuzey arasındaki açıya sapma açısı denir; bu açı bulunduğun yere göre değişir (Türkiye'de yaklaşık 5-6°) ve yıllar içinde de yavaşça kayar. Doğru yönü bulabilmek için bulunduğun yerin sapma açısının dikkate alınması gerekir.
Rastgele gelen soruyu oku, doğru şıkkı seç. Yanıtın ardından açıklama gelir.
Akımın oluşturduğu manyetik alan, evinin kapısından gezegenin çevresine kadar iş başında.
Düğmeye bastığında devre kapanır, bobinden akım geçer ve bobin mıknatıs gibi davranır; çektiği metal parça çana vurur. Elini çektiğinde akım kesilir, alan kaybolur. Kapı zili elektromıknatısın en tanıdık kullanım alanlarından biridir.
Hoparlör sistemlerinde ve mikrofonlarda elektromıknatıs kullanılır. Şarkının elektrik sinyali bobinden geçer, oluşan manyetik alan zarı ileri geri iter — kulağına gelen ses bu titreşimdir.
Maglev treni de bir elektromıknatıs uygulamasıdır. Elektromıknatısların oluşturduğu itme/çekme kuvvetleri treni havada tutar; sürtünme neredeyse ortadan kalktığı için çok yüksek hızlara çıkabilir.
Aurora, Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların Dünya'nın manyetik alanı etkisiyle kutuplara yönelmesi ve atmosferdeki gazlarla etkileşmesi sonucu oluşan ışıma olayıdır. Işığın İzlanda'da görülüp Antalya'da görülmemesinin sebebi budur.
Dünya'nın coğrafi ekseni ile manyetik ekseni arasında yaklaşık 11°'lik bir açı vardır. Bu yüzden pusulayı kullanarak tam olarak coğrafi kuzey kutup noktasına ulaşılamaz; uzun yürüyüşlerde bu fark birikir. Pusulanın kaç derece şaştığına sapma açısı denir ve bulunduğun yere göre değişir — haritalarda o bölge için ayrıca yazar.
Bazı canlıların vücudunda manyetik alanları algılayan alıcılar bulunmaktadır. Kızılgerdan kuşu, karetta karetta, kral kelebeği, leylek, güvercin ve arının yönlerini Dünya'nın manyetik alanı sayesinde bulduğu kanıtlanmıştır.
Manyetik alanların olumsuz etkileri hem manyetik alan şiddetinin büyüklüğüne hem de bu alanlardaki etkilenme süresine bağlı olarak artmaktadır. Bu yüzden yüksek gerilim hatları ve trafolar yakınında mümkün olduğu kadar kısa süre kalmak gerekir.
Yakındaki bir hoparlör ya da akım geçen kablo, telefonun sensörünün okuduğu alanı bozar — çünkü akım taşıyan iletkenlerin çevresinde de manyetik alanlar oluşur. Uzaklaşıp tekrar denemenin işe yaramasının sebebi, alanın uzaklıkla ters orantılı olmasıdır.
Önce yönü bul: başparmak akım yönünde, teli saran dört parmak alan yönünü verir. Sonra büyüklüğe geç: akımla doğru, dik uzaklıkla ters orantılı. Akım 2 katına çıkarsa alan 2 katı, uzaklık 2 katına çıkarsa alan yarısı olur.
40 sorudan oluşan bu test ile "Akım ve Manyetik Alan" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Manyetik alan sadece mıknatısların etrafında gözlenmez; elektrik akımı taşıyan iletkenlerin çevresinde de manyetik alanlar oluşur.
Düz telin çevresindeki alan, teli saran çemberler şeklindedir. Çember üzerindeki her noktada alan yönü çembere teğettir.
Başparmak akım yönünde olmak üzere tel sağ el içinde tutulduğunda, teli saran dört parmak yönü alan dolanımını ve yönünü gösterir.
Alanın büyüklüğü akım şiddeti ile doğru orantılıdır; aynı çember üzerinde akım iki katına çıkınca alan da iki katına çıkar.
Alan, akım geçen tele olan dik uzaklıkla ters orantılıdır. d yarıçaplı çemberde 2B ise 2d yarıçaplı çemberde B olur.
Alanın büyüklüğü ortamın manyetik geçirgenliği ile doğru orantılıdır.
Demir çekirdekler üzerine sarılan ve bobin adı verilen sistemlerdir. İletken telden akım geçerse bobin mıknatıs gibi davranır.
Akım makarasının içindeki manyetik alan silindir boyunca düzgün ve makara eksenine paraleldir; dışarıda dağılan çizgiler hâlinde gözlenir.
Silindir içindeki düzgün alanın şiddeti bu üç değişkene bağlıdır.
Dünya'nın merkezindeki eriyik demir ve nikel tabakasının hareketi sonucu oluşan akımın manyetik alan oluşturduğu düşünülür; Dünya dev bir mıknatıs gibi davranır.
Güneş rüzgârlarına karşı kalkandır, atmosferin yok olmasını engeller, bazı canlıların yön bulmasını sağlar ve kutup ışıklarını oluşturur.
Pusulanın gösterdiği manyetik kuzey ile coğrafi kuzey arasındaki açıdır; bulunduğun yere göre değişir. Sebebi, manyetik eksenin coğrafi eksenle yaklaşık 11° açı yapmasıdır.