MANYETİK MADDELER VE ÖZELLİKLERİ
Madde, farklı özellikleri nedeni ile farklı kuvvetlerin kaynağıdır. Kütlesi olan tüm maddeler birbirine kütlesel çekim kuvveti uygularken, elektrik yükü taşıyan maddeler birbirine elektriksel kuvvet uygular.
Bu kuvvetlerden farklı olarak bir de manyetik kuvvet vardır. Manyetik alanın manyetik maddeye etkisine manyetik kuvvet denir.
Manyetik alanın kaynağı mıknatıs ve elektromıknatıstır.
Mıknatıslar doğal ve yapay olmak üzere iki çeşittir. Doğal mıknatıs, manyetik olarak adlandırılan bir taştır. Demir elementinin oksijenle oluşturduğu Fe3O4 bileşiğidir. Yapay mıknatısların manyetik özelliği geçici ya da kalıcı olabilir. Saf demir, kazandığı mıknatıslık özelliğini çabuk kaybeder. Çelik bu özelliği daha uzun süre korurken alüminyum, nikel ve kobaltın alaşımından yapılan madde mıknatıslandıktan sonra bu özelliğini hiç kaybetmez.
Elektromıknatıslar ise üzerlerinden elektrik akımı geçtiği sürece manyetik alan oluştururlar. Elektrik akımı durduğunda manyetik alan yok olur.
Mıknatıslar biçimlerine göre çubuk ve U mıknatısı olarak adlandırılır.
Bunların dışında dünyanın kendisi de bir manyetik alan kaynağıdır. Dünyanın manyetik alan bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benzer.
Bu alan uzaydan ve güneşten gelen elektrik yüklü parçacıklar için kalkan oluşturur.
Mıknatıslık etkisinin en çok gözlendiği mıknatıs uçlarına kutup adı verilir. Bir mıknatıs ortasından asıldığında hemen hemen kuzey-güney doğrultusunda dengeye gelir. Kuzeyi gösteren uca kuzey kutbu güneyi gösteren uca güney kutba denir. Kuzey kutbu N, güney kutbu S ile gösterilir.
Mıknatısların aynı cins kutupları birbirini iter, farklı cins kutupları birbirini çeker. Mıknatısların her iki kutba da mıknatıslanabilen manyetik maddeleri kendine doğru çekerler.
İki manyetik kutbun arasında oluşan manyetik kuvvet kutup şiddetlerinin çarpımı ile doğru kutupların arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
n : Manyetik kutup şiddeti
d : Manyetik kutupların arasındaki uzaklık
Mıknatıs ikiye bölündüğünde kırılan uçlarda diğer uçların ters kutupları oluşur.
Dolayısı ile tek kutuplu manyetik bir madde yoktur.
MANYETİK MADDELER VE ÖZELLİKLERİ
Madde, farklı özellikleri nedeni ile farklı kuvvetlerin kaynağıdır. Kütlesi olan tüm maddeler birbirine kütlesel çekim kuvveti uygularken, elektrik yükü taşıyan maddeler birbirine elektriksel kuvvet uygular.
Bu kuvvetlerden farklı olarak bir de manyetik kuvvet vardır. Manyetik alanın manyetik maddeye etkisine manyetik kuvvet denir.
Manyetik alanın kaynağı mıknatıs ve elektromıknatıstır.
Mıknatıslar doğal ve yapay olmak üzere iki çeşittir. Doğal mıknatıs, manyetik olarak adlandırılan bir taştır. Demir elementinin oksijenle oluşturduğu Fe3O4 bileşiğidir. Yapay mıknatısların manyetik özelliği geçici ya da kalıcı olabilir. Saf demir, kazandığı mıknatıslık özelliğini çabuk kaybeder. Çelik bu özelliği daha uzun süre korurken alüminyum, nikel ve kobaltın alaşımından yapılan madde mıknatıslandıktan sonra bu özelliğini hiç kaybetmez.
Elektromıknatıslar ise üzerlerinden elektrik akımı geçtiği sürece manyetik alan oluştururlar. Elektrik akımı durduğunda manyetik alan yok olur.
Mıknatıslar biçimlerine göre çubuk ve U mıknatısı olarak adlandırılır.
Bunların dışında dünyanın kendisi de bir manyetik alan kaynağıdır. Dünyanın manyetik alan bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benzer.
Bu alan uzaydan ve güneşten gelen elektrik yüklü parçacıklar için kalkan oluşturur.
Mıknatıslık etkisinin en çok gözlendiği mıknatıs uçlarına kutup adı verilir. Bir mıknatıs ortasından asıldığında hemen hemen kuzey-güney doğrultusunda dengeye gelir. Kuzeyi gösteren uca kuzey kutbu güneyi gösteren uca güney kutba denir. Kuzey kutbu N, güney kutbu S ile gösterilir.
Mıknatısların aynı cins kutupları birbirini iter, farklı cins kutupları birbirini çeker. Mıknatısların her iki kutba da mıknatıslanabilen manyetik maddeleri kendine doğru çekerler.
İki manyetik kutbun arasında oluşan manyetik kuvvet kutup şiddetlerinin çarpımı ile doğru kutupların arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
n : Manyetik kutup şiddeti
d : Manyetik kutupların arasındaki uzaklık
Mıknatıs ikiye bölündüğünde kırılan uçlarda diğer uçların ters kutupları oluşur.
Dolayısı ile tek kutuplu manyetik bir madde yoktur.
MANYETİK ALAN ÇİZGİLERİ
Mıknatıs ya da elektromıknatıslar çevrelerindeki manyetik maddeleri manyetik alanları ile etkiler.
Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür. Hangi doğrultu ve şiddette olduğunu belirlemek için demir tozları kullanılabilir.
Mıknatıs ya da elektromıknatısın manyetik alanına dökülen demir tozları bulundukları manyetik alanın görünmesini sağlar. Demir tozlarının üzerinde sıralandığı çizgilere manyetik alan çizgileri denir. Bu çizgilerin yönü N kutbundan S kutbuna doğru kabul edilir.
Manyetik alanın şiddeti çizgilerin sık olduğu yerlerde büyük seyrek olduğu yerlerde daha küçüktür. Manyetik alan etkisinin görünür biçime gelmesi için demir tozları kullanılır. Demir tozları alan çizgileri üzerinde yoğunlaşarak adeta bu alanın resmini çizer.
Bir bölgede manyetik alanın varlığı pusula yardımıyla anlaşılır. Pusula iğnesi manyetik bir maddedir. Manyetik alan çizgisine paralel durur. Pusulanın N tarafı manyetik alan kaynağının S kutbunu, S tarafı N kutbunu gösterir.
ELEKTRİK AKIMININ MANYETİK ETKİSİ
Elektrik yükleri her durumda çevrelerinde elektrik alan  oluştururlar. Tüm elektriksel olayların nedeni elektriksel alandır.
Elektrik yükleri hareket ettiklerinde çevrelerinde manyetik alan oluştururlar. Dolayısı ile manyetik alanın kaynağı hareketli yüklerdir.
Buna göre elektrik akımı elektrik yüklerinin hareketi olduğundan manyetik alan yaratır. Bu manyetik alan teli sarmalayan halkalar biçimindedir. Şiddeti, akım şiddeti ile doğru, akıma uzaklık ( d ) la ters orantılıdır.
Elektromıknatıs : Yalıtılmış bir tel bir demir çubuk etrafına sarıldıktan sonra üzerinden akım geçirildiğinde demir mıknatıslanır. Akım kesildiğinde ise demir bu özelliğini büyük oranda kaybeder. Halkalar biçiminde sarılan telin oluşturduğu düzeneğe akım makarası ya da bobin denir.
Bobinin manyetik alanı; içerde düzgün ve şiddetli, dışarıda ise düzensiz ve zayıftır. Manyetik alanın şiddeti sargı sayısı ( N ) ve elektrik akımının şiddeti ile doğru orantılı, sargının uzunluğu ( L ) ile ters orantılıdır.
MANYETİK ALANIN ELEKTRİK AKIMI VE YÜKÜNE ETKİSİ
Elektrik akımı manyetik alan kaynağı olduğundan akım taşıyan tel bir çeşit manyetik maddedir. Manyetik maddeler manyetik alandan etkilenir.
Bu nedenle akım taşıyan teller manyetik alanda akımın yönüne bağlı olarak bir yöne doğru itilirler.
Birbirine yakın tutulan ve üzerinden akım geçen teller akım yönlerine göre birbirini iter ya da çekerler.
Manyetik alan, durgun ya da manyetik alana paralel hareket eden elektrik yüküne etki etmez.
Hareket doğrultusu manyetik alan çizgilerini kesen elektrik yükleri manyetik alanda saparlar.
Elektrik motoru : Manyetik alanın akım taşıyan tele kuvvet uygulaması elektrik motoru fikrinin gelişmesini sağlamıştır.
Düzgün manyetik alanda tel çerçeveden akım geçirildiğinde tel çerçeveyi oluşturan karşılıklı tellerde zıt yönlü kuvvetler moment oluşturacak çerçevenin dönmesini sağlar.
Dolayısı ile elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
Motor çektiği enerjinin çoğunu mekanik enerjiye çevirirken telin direnci tarafından ısıya dönüşür. Motor dönmesi engellendiğinde devrede akım artar ve bu da motorun fazla ısınmasını sağlar.
ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON
Bir iletken tel çerçevenin içinden geçen manyetik alan ( çizgilerinin ) miktarının değiştirilmesi tel çerçevede elektrik akımı oluşmasına neden olur.
Tel çerçeve, oluşturduğu akımın manyetik alanı ile içindeki manyetik alan değişimini engellemeye çalışarak başlangıç durumunu korumaya çalışır.
Kendisini var eden sebebe karşı oluşan bu sonuca indüksiyon denir.
Değişen manyetik alanların sonucunda oluşan emk ye indüksiyon emk si, elektrik akımına da indüksiyon akımı denir.
Alternatif ve Doğru Akım Jeneratörleri
Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara jeneratör denir. Doğru v alternatif akım üreten iki tip jeneratör bulunur. Doğru akım jeneratörlerine dinamo denir. Jeneratörlerde akımın üretilmesi tel çerçeve içinden geçen manyetik alan miktarının değiştirilmesi ile gerçekleştirilir.
Jeneratörlerde hareketli ( rotor ) ve sabit ( stator ) iki ana parça bulunur. Tel çerçevenin döndürülmesi için harcanan mekanik enerji elektrik enerjisine dönüşür.
Bir tel çerçeve düzgün bir manyetik alan içinde döndürüldüğünde indüksiyon akımı oluşur. Bu akım iletken fırçalar yardımıyla dış devreye aktarılır. Tel çerçevenin bir devri süresince akım iki kere artar ve azalır. Bir kere de yön değiştirir. Hem yönü hem de büyüklüğü değişen bu tür akımlara alternatif akım denir.
Bu akım dış devreye aktarılırken halka yapısı değiştirilerek doğru akıma dönüştürülebilir. Bu tür düzeneklere dinamo denir.
Bu basit düzeneklerin daha karmaşıkları barajlarda kullanılarak, suyun potansiyel enerjisinden yararlanılarak, elektrik enerjisi üretilir.
Bu tür enerjinin üretimi kimyasal yolla elektrik üretimine göre daha kolaydır. Uzak yerlere nakledilmesi durumunda oluşan kayıpları da oldukça azdır. Enerji kirliliği oluşturmaz.
Diyot : Alternatif akım en yaygın enerji türüdür. Ancak, elektrikli taşıtlarda, elektrolizde, akümülatörlerin şarj edilmesinde doğru akım gerekmektedir.
Alternatif akımı doğru akıma çevirmek için diyot adı verilen devre elemanından yararlanılır.
 sembolü ile gösterilir.
Diyot, devrede akımı yalnız bir yönde geçirir. Diğer yönde oluşacak akım için açık anahtar olarak davranır.
  TRANSFORMATÖR
Transformatör bir kaynaktaki alternatif gerilimi kullanıcı için uygun olan değere değiştiren araçlardır. Amaca göre gerilimi yükseltirler ya da alçaltırlar.
Transformatör denildiğinde anlamakta zorluk çektiğiniz bu aletleri sizler kullanıyorsunuz. Mahallelerinizde kimi direklerin üzerinde görüp, trafo diye adlandırıyorsunuz. Cep telefonlarının şarjı için kullandığınız adına adaptör dediğiniz araçların Fen Bilimlerindeki adı TRANSFORMATÖR dür.
Transformatör manyetik alan taşıyıcı bir gövdeye sarılı iki bobinden oluşur.
Bobinlerden kaynağa bağlanana giriş ya da birincil sarım ( primer ), devreye ( dirence ) bağlanana çıkış ya da ikincil sarım ( seconder ) denir.
İkincil sarımda kullanılacak gerilimin büyüklüğü sargıların sarım sayıları oranı n ile giriş gerilimi V1 in büyüklüğüne bağlıdır.
N1 : Giriş bobininin sarım sayısı
N2 : Çıkış bobininin sarım sayısı
 
Sarımlar oranı n, değiştirme oranı olarak adlandırılır.
n > 1 ise transformatör yükseltici
n < 1 ise transformatör alçaltıcıdır.
Giriş gerilimi V1 jeneratörde üretilen gerilimden beslenir. Sargı sayılarının değişmesi ile değişmez.
Transformatörün çıkışına bağlı devredeki direnç büyüklüğünün değişmesi çıkış gerilimini etkilemez. Ancak transformatördeki akımı ve çekilen gücü etkiler.
Transformatörün çıkışına herhangi bir devre bağlı değilse transformatörde devre tamamlanmadığından güç ve akım sıfırdır.
Transformatörde, çıkışa bağlanan devrenin direncine göre akım ve güç oluşur.
Transformatör ideal ise birincil sarımdaki güç P1, ikincil sarımdaki güç P2 ye eşittir.
P1 = P2
V1 i1 = V2 i2
Çıkışa bağlanan devrenin direnci değiştirilirse ikincil ve birincil sargılardaki akımlar oran sabit kalacak biçimde değişir.
Transformatör ideal değil ise çıkışta kullanılan güç, girişten çekilen güçten azdır. Bu güçlerin oranı, transformatörün verimini belirler
|
