AKIM VE MANYETİK ALAN

ÜZERİNDEN AKIM GEÇEN TELİN ETRAFINDAKİ MANYETİK ALAN

1819 yılında Hans Christian Oersted, kullandığı elektrik devresinin açılma ve kapanma anlarında, yanındaki bir pusula iğnesinde sapmalar olduğunu fark etmiştir. Gözlemlerini sürdüren Oersted; bir telin içinden akım geçirildiğinde elektrik akımının telin çevresinde bir manyetik alan oluşturduğu sonucuna varmıştır.

Düz bir iletken telden akım geçirilince telin etrafında oluşan manyetik alan kuvvet çizgileri, iletkene dik bir düzlem içinde, iletkeni merkez kabul eden çemberler şeklinde oluşur. Aşağıdaki şekilde akım geçen düz bir telin etrafındaki manyetik alan çizgileri ve yönü gösterilmiştir.

Biot ve Savart yaptıkları deneylerin sonuçlarından yola çıkarak uzayın bir noktasında oluşan manyetik alan şiddetini, bu alanı oluşturan akım cinsinden veren matematiksel bir ifade bulmuşlardır. Biot-Savart Yasası denilen bu ifadeye göre üzerinden akım geçen çok uzun, düz bir iletkenin etrafında oluşan manyetik alan şiddeti iletkenden geçen akımın şiddeti ile doğru, iletkene olan uzaklıkla ters orantılıdır. Ayrıca oluşan manyetik alanın şiddeti ortamın cinsine de bağlıdır.

Üzerinden I akımı geçen çok uzun, düz bir iletkenden r kadar uzaktaki manyetik alanının şiddeti Biot-Savart Yasası’ndan

şeklinde ifade edilir. Bu ifadede; K, ortamın manyetik özelliğine bağlı orantı sabitidir.

Akım geçen telin oluşturduğu manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile bulunur. Bu kuralı uygularken ; sağ elimizin baş parmağı akım yönünü gösterecek şekilde iletken teli kavradığınızda kıvrılan dört parmağınız manyetik alan yönünü gösterir.

Elektromıknatıslar

Ferromanyetik bir çubuk üzerine yalıtılmış iletken bir tel sarılıp telden akım geçirilirse ferromanyetik çubuk mıknatıs gibi davranır. Elektromıknatıs denilen böyle bir çubuğun mıknatıs özelliği; sarım sayısı ve telden geçen akım şiddeti ile doğru orantılıdır. Elektromıknatıslar günlük yaşamımızda oldukça sık kullanılan araçlardır. Çok güçlü mıknatıslar bu şekilde oluşturulabilir. Ayrıca diğer bir avantajı da akım kesildiğinde mıknatıslık özelliğinin ortadan kalkmasıdır. Hoparlörlerde, kapı otomatiği ve kapı zillerinde, telefon ve telgraflarda, manyetik rezonans (MR) cihazlarında, parçacık hızlandırıcılarında, metal sanayisinde ve hurdacılıkta büyük demir yığınlarını kaldırmak için vinçlerde, elektrik motorlarında, ve daha birçok alanda elektromıknatıslar kullanılmaktadır.

DÜNYA’NIN OLUŞTURDUĞU MANYETİK ALAN

Pusula iğnesinin N kutbu coğrafi kuzey kutbuna doğru çekildiğinden Dünya’nın kuzey kutup civarında bir S kutbunun, güney kutup civarına ise bir N kutbunun yerleşmiş olduğu sonucuna varabiliriz. Dünya’nın manyetik alanın görseldeki gibi şekillenmesi, Dünya’nın iç bölgesinde derine gömülmüş büyük bir çubuk mıknatıs olduğunda elde edilebilecek sonuca çok benzemektedir. Bu nedenle Dünya’nın manyetik güney kutbunun coğrafi kuzey kutbu civarında, manyetik kuzey kutbunun ise coğrafi güney kutbu civarında olduğunu söyleriz. Dünya’nın coğrafi ekseni ile manyetik ekseni arasında 11,5^o açı bulunmaktadır.

Bir pusula iğnesi yatay düzlemde olduğu kadar düşey düzlemde de dönebilecek bir şekilde asılırsa yalnızca ekvatora yakın yerlerde yeryüzüne paralel konumda kaldığı gözlenir. Kuzey kutbuna doğru gidildikçe pusula iğnesi giderek yeryüzüne doğru eğilir ve tam manyetik güney kutbunda iğnenin kuzey kutbu aşağıda olacak şekilde düşey hâle gelir.

Bu yer kuzey kutbundan yaklaşık 2100 km uzaklıktadır ve konumu, zamanla çok az değişmektedir. Bu yüzden Dünya üzerinde pusula iğnesi tam coğrafi kuzeyi göstermez. Coğrafi kuzey ile pusula iğnesinin gösterdiği kuzey arasındaki fark Dünya üzerindeki konuma göre değişir. Bu farka manyetik sapma denir.

Çözümlü Örnek Test Soruları

Akım geçen bir iletkenin çevresinde manyetik bir alan oluşur. Bu manyetik alanın yönü ve şiddeti akımın yönüne ve şiddetine bağlıdır. Ampere yasası ve sağ el kuralı, manyetik alanın yönünü belirlemede kullanılır.

1. Akım geçen bir telin etrafındaki manyetik alanın yönü nasıl belirlenir?

A) Sol el kuralı ile
B) Sağ el kuralı ile
C) Newton yasası ile
D) Lenz yasası ile

Çözüm: Akım geçen bir telin etrafındaki manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile belirlenir.
Doğru cevap B şıkkıdır.

2. Akım geçen bir telin etrafında oluşan manyetik alanın şiddeti aşağıdakilerden hangisine bağlıdır?

A) Telin uzunluğuna
B) Telden geçen akımın şiddetine
C) Telin yalıtımına
D) Telin rengine

Çözüm: Akım geçen bir telin etrafında oluşan manyetik alanın şiddeti, telden geçen akımın şiddetine bağlıdır.
Doğru cevap B şıkkıdır.

3. Bir iletken telden geçen elektrik akımı iki katına çıkarılırsa, telin etrafındaki manyetik alan nasıl değişir?

A) İkiye katlanır
B) Yarıya iner
C) Sabit kalır
D) Dört katına çıkar

Çözüm: Akım iki katına çıkarıldığında, manyetik alanın şiddeti de iki katına çıkar.
Doğru cevap A şıkkıdır.

4. Düz bir iletken telin etrafında oluşan manyetik alanın yönünü bulmak için kullanılan sağ el kuralında, başparmak neyi gösterir?

A) Manyetik alanın yönünü
B) Akımın yönünü
C) Telin uzunluğunu
D) Akımın şiddetini

Çözüm: Sağ el kuralında, başparmak akımın yönünü gösterir. Parmaklar ise manyetik alanın yönünü gösterir.
Doğru cevap B şıkkıdır.

5. Bir iletken tel bobin haline getirilirse, bobinin merkezindeki manyetik alan nasıl değişir?

A) Artar
B) Azalır
C) Değişmez
D) Yok olur

Çözüm: Bir iletken tel bobin haline getirildiğinde, bobinin merkezindeki manyetik alan artar.
Doğru cevap A şıkkıdır.

6. Akım geçen iki paralel tel birbirine nasıl etki eder?

A) Aynı yönde akım geçiyorsa çeker, zıt yönde akım geçiyorsa iter
B) Aynı yönde akım geçiyorsa iter, zıt yönde akım geçiyorsa çeker
C) Her zaman iterler
D) Her zaman çekerler

Çözüm: Akım geçen iki paralel tel, aynı yönde akım geçiyorsa birbirini çeker, zıt yönde akım geçiyorsa birbirini iter.
Doğru cevap A şıkkıdır.

7. Akım geçen bir telin etrafındaki manyetik alanın yönü, sağ el kuralına göre nasıl bulunur?

A) Sağ elin başparmağı akım yönünü, dört parmak manyetik alan yönünü gösterir
B) Sağ elin başparmağı manyetik alan yönünü, dört parmak akım yönünü gösterir
C) Sağ elin başparmağı telin uzunluğunu, dört parmak telin manyetik özelliklerini gösterir
D) Sağ elin başparmağı manyetik alanın büyüklüğünü, dört parmak manyetik alanın yönünü gösterir

Çözüm: Sağ el kuralına göre, sağ elin başparmağı akımın yönünü gösterir ve dört parmak manyetik alanın yönünü gösterir.
Doğru cevap A şıkkıdır.