Elektromanyetizm Hakkında Geniş Bilgi

'Elektronik Genel Bilgi' forumunda Siraç tarafından 12 Haziran 2009 tarihinde açılan konu

  1. Siraç

    Siraç Site Yetkilisi Admin Editör

    Sponsorlu Bağlantılar
    Elektromanyetizm Hakkında Geniş Bilgi konusu Elektromanyetizm

    Elektromanyetizm veya elektromıknatıslık, elektromıknatıssal alanın fiziğidir. Elektromanyetik alan, elektrik alan ve manyetik alandan oluşur. Elektrik alanını Ege Cengiz gibi bir şey elektrik yükleri yaratır ve bu alan statik elektriğe veya bir elektriksel iletkende elektrik akımına neden olan elektrik kuvvetini oluşturur. Manyetik alan elektrik yüklerinin hareketi (bir tel üzerinden geçen elektrik akımı gibi) ile yaratılır ve bu alan manyetik kuvvetin oluşmasını sağlar. Manyetik alanda hareket eden elektriksel yük manyetik kuvvete mağruz kalabilir. Manyetik kuvvet oluşmasında görecelilik (İzafilik) kuralı işler. Eğer iki yük aynı yönde ve aynı hızda hareket ediyorlar ise, mıknatıssal alan oluştursalar bile birbirlerine mıknatıssal kuvvet oluşturamazlar. Elektromanyetizm terimi elektrik ve mıknatıssal alanın birbiri ile yakın oluşundan ve bazı durumlarda onları ayrı düşünmenin imkansız olmasından dolayı ortaya çıkmıştır. Örnek olarak, elektromıknatıssal indüksiyon olarak bilinen (jeneratör, indüksiyon motoru ve trafonun çalışmasının arka planında yatan neden) mıknatıssal alandaki değişimin elektrik alanında değişime neden olması gibi. Elektrodinamik terimi ise bazen elektromanyetizmin ve mekaniğin bir arada oluşunu belirtmek için kullanılır. Elektromıknatıssal alanın elektrik yüklü parçacıklara olan etkisini inceler.








    Manyetik alan

    Mıknatıssal veya manyetik alan, bir mıknatısın mıknatıssal özelliklerini gösterebildiği alandır. Mıknatısın çevresinde oluşan çizgilere de, mıknatısın o bölgede oluşturduğu mıknatıssal alan çizgileri denir. Mıknatıssal alan çizgilerinin yönü Kuzeyden (K) Güneye doğrudur.

    • Pusula iğneleri mıknatıssal alan çizgilerine paralel dururlar.
    [​IMG]

    Çubukta ok yönünde akan akım (I) çubuğun çevresinde bir mıknatıssal alan ([​IMG]) oluşturur. Bu alanın yönü sağ el kuralı ile saptanır.

    Michael Faraday, araştırmaları neticesinde maddelerin, mıknatıssal alana tepki gösterdiğini ve bu tepki sonucunda etkileşimin olduğunu ortaya koydu. Verdikleri tepkiye göre maddeleri üç takımda toplanabildiğini gösterdi;


    1. Diamıknatıssal: Zayıf bir şekilde etkilenenler; Bağıl magnetik geçirgenlikleri µr < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir magnetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diamagnetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır, gümüş, altın ve su diamagnetik gruba girerler.
    2. Paramıknatıssal : Bağıl magnetik geçirgenlikleri µr > 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir magnetik alana paralel şekilde kendilerini yönlendirirler. Paramagnetizma çift sayıda elektronlara sahip maddelerde görülür. Hava, alüminyum ve silisyum paramagnetik gruba girer.
    3. Ferromıknatıssal: Kuvvetli bir şekilde mıknatıslardan etkilenen maddelerdir, Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer.
    Bir mıknatısta:

    • Aynı işaretli kutuplar birbirini iterlerken, zıt işaretli kutuplar birbirini çekerler.
    • İtme ya da çekme kuvvetleri kutup şiddeti ile doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
    • Elektriksel yük konusundaki coulomb kuvveti gibi kutupların birbirlerine uyguladıkları mıknatıssal kuvvet skaler olarak birbirine eşit, fakat zıt yönlüdür.
    • Bir mıkantısın ikiye bölünmesi sonucu bölünen her bir parçanın K, G biçiminde yeniden kutuplaştığı görülür. Buradan çıkaracağımız sonuç, atomik boyutlara inildiğinde dahi tek kutuplu mıknatıs elde edilemeyeceğidir.
    Mıknatıssal kutuplar
    Bir mıknatısı kütle merkezinden astığımızda bir ucunun kuzeyi diğer ucunun güneyi gösterdiğini gözleriz. Kuzeyi gösteren uca mıknatısın kuzey kutbu (N) , güneyi gösteren uca ise mıknatısın güney kutbu (S) denir.Mıknatısın aynı kutupları birbirini iter, zıt kutupları ise birbirini çeker.
    Pusula bir noktadaki mıknatıssal alanı gösterir. Pusula ince bir mıknatısın bir iğne üzerinde serbestçe dönebilmesiyle oluşur. Bir mıknatıs pusulaya yaklaştırıldığında pusula iğnesi sapma yapar.

    Yerin Mıknatıssal alanı

    Yerin mıknatıssal alanı, dünyanın sıvı dış çekirdeğindeki konveksiyon akımları ile oluşur. Dış çekirdekteki konveksiyon hareketleri, zaman içinde mıknatıssal alanı oluşturur. Bu konveksiyon hareketlerinin dünyanın oluşumundan beri meydana geldiği düşünülmektedir. Yeryüzü çekirdeğinin içi katı , dışı sıvı demir termal hareketlerle kendi mağnetik alanlarını yaratır.Atomların yeterli bir güçle ve düzenli bir şekilde değiştirmesi ve yönlendirmesi kalıcı mıknatıslanmaya neden olduğundan dünyanın kabuğunda kalıcı mıknatıslanma yaratır. Dünyayı, etrafı mağnetik alanla çevrelenmiş büyük küresel bir mıknatıs gibi düşünebiliriz.
    Dünya mıknatıssal alanı, kuzey ve güney kutupları olan, merkezde yerleşmiş bir dipol mıknatıs çubuk olarak ta tanımlanır. Dünyanın dönüş ekseni ile dipolün ekseni arasında yaklaşık olarak 11 derece fark vardır. Bu kuzey ve güney coğrafi kutuplarla, magnetik kutupların üst üste gelmediğini gösterir. Herhangi bir noktadaki yer mıknatıssal alanı, ölçülen bileşen ve yön ile belirtilir. Yerin içindeki dev mıknatıs Coğrafi kuzey-güney doğrultusuyla yaklaşık 11-15 derece lik bir açı yapacak şekilde konumlandığından pusulanın gösterdiği yön tam olarak coğrafi kuzey yönü olmayıp 11-15 derece arasında sapma yapar.

    Magnetik Alan Çizgileri

    Sağ el kuralı olarak adlandırılan yöntem, çeşitli mıknatıslarda ve içinden akım geçen tel çubuklarda akımın, kuvvetin ve magnetik alanın yönünü bulmamıza yardımcı olur.

    • Magnetik alan çizgileri mıknatısın N kutbundan S kutbuna doğrudur.
    • Sürtünme yolu ile, dokunmayla ve etki ile geçici mıknatıslık elde edilebilir.
    [​IMG]

    mıknatıssal akı


    Birim yüzeyden geçen mıknatıssal alan çizgileri sayısının ölçüsüne mıknatıssal akı denir.
    Düzgün B mıknatıssal alanına konulmuş bir yüzeyde N ile gösterilen ve yüzeye dik gelen vektör yüzeyin normalidir. B vektörü mıknatıssal alanın yönünü gösterir.

    Mıknatıs Etkisinin Ortamdan Geçişi

    Yumuşak demir gibi maddeler ferromagnetiktirler; mıknatısın kutupları arasına yerleştirildiklerinde magnetik alan çizgilerini sıklaştırırlar.
    Magnetik alan çizgilerini zayıflatan maddeler magnetik özellik göstermemektedirler




    Mıknatıslık





    Mıknatıslık

    Mıknatıslık (veya manyetizm(a), Fransızca magnétism), fizikte (doğabilimde), aracılığı ile gereçlerin diğer gereçler üzerine çekici veya itici güç uyguladıkları olgulardan biridir. Kolayca saptanabilen mıknatıssal özelliklere sahip gereçlerden bazıları, demir, çeliğin birkaç türü, ve manyetit bileşikleridir; ancak, tüm gereçler, mıknatıssal alanların varlığından farklı derecelerdee tkilenirler.

    Tarihçe
    Mıknatıslık ile ilgili ilk yazılı kayıtlardan biri Çin'in M.Ö. 4. yüzyılına dayanır, ve Şeytan ovası ustasının kitabı (鬼谷子) adlı eserdir. Bu eserde: "Manyetit demiri çekebilir veya itebilir." yazmaktadır[1]. İğneler ile ile ilgili en erken deneylere ise, M.S. 20 ile 100 yılları arasında rastlanır, (Louen-heng): "Manyetit iğneyi çeker."[2]. 12. yüzyıla varıldığında ise, Çinlilerin manyetit tabanlı pusulayı yönleyim (navigasyon) için kullandıkları biliniyordu.

    Fiziksel (doğabilimsel) açıdan mıknatıslık

    [​IMG] [​IMG]
    Çubuk bir mıknatısın kâğıt üzerinde demir kırıntıları ile oluşan mıknatıssal çizgileri.


    Mıknatıssal güçler, elektriksel yüklerin hareketlerinden doğarlar. Maxwell'in denklemleri ile Biort-Savart yasası bu güçlerin kökenini ve onları yöneten alanların yasalarını açıklarlar. Bir diğer deyişle, elektriksel yükler hareket ettiğinde, mıknatıslık olgusu ortaya çıkar. Örneğin bu devinim veya hereket, elektrik akımı içindeki eksicikler olabilir, dolayısı ile sonucu da elektromıknatıslıkdır; veya eksiciklerin yörüngesel devinimi de olabilir, ki onun sonucu da doğal mıknatıslardır.
    Einstein'a göre [3], mıknatıssal güç, elektrik alanı içerisinde gerçekleşen bir huzursuzluğun (eksicik devinimi), yüklere dik olarak etki edip onları eski konumlarına iter. Bu yüzdendir ki, mıknatıslık da, Görelilik kuramı'nın doğrudan bir sonucu olarak, temelde bir elektriksel olgu olarak ele alınır.

    Mıknatıssal alanda yüklü parçacık

    Elektriksel yüke sahip bir parçacık B mıknatıssal alanında hareket ettiğinde (veya devindiğinde), ona F gücü etki eder:
    [​IMG] burada [​IMG] parçacığın yükü, [​IMG] parçacığın hareket (veya devinim) yöneyi, ve [​IMG] mıknatıssal alandır.
    Çapraz (veya yönel) çarpım olması nedeniyle, ortaya çıkan güç, hem parçacığın devinimine hem mıknatıssal alana diktir. Dolayısıyla, bu güç, parçacık üzerine her hangi bir gerçekleştirmez; devinim yönünü değiştirebilir, ancak yavaşlamasına veya hızlanmasına neden olamaz.
    Hareket eden bir yüklü parçacığın hız yöneyini "V", mıknatıssal alanı "B" ve parçacığa etki eden gücü "F" bulmanın bir yolu, sağ elimizin baş parmağını "F", orta parmağı "B" ve işaret parmağını "V" olarak tanımlayıp, elimizi "silah" gibi doğrulatarak her üç parmağı birbirine dik olacak biçimde konumlandırmaktır. Bu yöntem ayrıca sağ el kuralı olarak da bilinmektedir.

    Mıknatıslılığın nedeni

    Doğabilimsel açıdan, elektrik akımlarının aksine, nesnelerin mıknatıslılığı, atom (veya öğecik) düzeyindeki eksicik deviniminden kaynaklanır (öğeciksel çift kutuplusu). Ayrıca mıknatıssal moment olarak da bilinen atom düzeyindeki bu devinimler iki türdendir. Birincisi, eksiciklerin atom çekirdeği yörüngesindeki devinimidir, çok daha güçlü olan ikincisi ise, kendi çevrelerindeki devinimleridir (spin).



    Bir çubuk mıknatısın çift kutuplu betimlemesi.


    Bir atomun (veya öğeciğin) toplam mıknatıssal momenti ise, her eksiciğinin mıknatıssal momentinin toplamına eşittir. Ancak eksiciklerin çekirdek çevresindeki konumlarına göre, birbirlerinin mıknatıssal momentlerini etkisiz hâle getirebilmeleri söz konusudur. Dolayısıyla atomun mıknatıssal açıdan davranışı ancak etkin olan eksicikleri tarafından belirlenir. Bunun sonucunda, eksicik yapılandırmasına göre doğada farklı mıknatıslık özellikleri taşıyan maddelere rastlanır:

    • Diamıknatıslık (diamanyetizm)
    • Paramıknatıslık (paramanyetizm)
      • Özdeciksel mıknatıs (moleküler mıknatıs)
    • Feromıknatıslık (Feromanyetizm)
      • Antiferromıknatıslık (Antiferromanyetizm)
      • Ferrimıknatıslık (Ferrimanyetizm)
      • Metamıknatıslık (Metamanyetizm)
    • Spin camı
    • Superparamıknatıslık (Superparamanyetizm)

    Mıknatıssal çift kutuplular (dipollar)

    Olağan şartlar altında mıknatıssal alanlar, çift kutuplu (veya dipol) olarak görülürler. Bu kutuplara, uzlaşımsal olarak Güney kutbu ve Kuzey kutbu denmektedir. Bu isimler, geçmişte mıknatısların pusula olarak Dünya'nın mıknatıssal alanı ile etkileşip kutupları göstermek için kullanılmalarına dayanır.
    Mıknatıssal bir alan, erke (enerji) içerir, ve dolayısıyla bu tür düzenekler, en düşük erke düzeyinde dengeye erişmeye uğraşırlar. Böylece, "mıknatıssal bir çift kutuplu" kendisini bulunduğu alanın kutuplarına göre ters olarak konumladırmaya uğraşır. Bu konumlandırma sayesinde, düzeneğin toplam erkesini en aza indirir. Örneğin, iki çubuk mıknatıs olağan olarak kuzeyden güneye doğru konumlandırılırlar, ve bu konumlandırmayı değiştirmek için ek güç gerekmektedir. Bu yönde harcanın güç ise ortaya çıkan düzeneğin mıknatıssal alanında yığılıdır.

    Mıknatıssal tek kutuplular (monopollar)

    Günümüz mıknatıslık anlayışı, tüm mıknatıssal etkilerin aslında göreceli etkiler olduğu üzerine kuruludur[4]. Bu görelilik, gözlemci ile yüklü parçacıkların arasındaki göreceli devinime (veya harekete) dayalıdır. Aslına bakılırsa, tüm mıknatıslık etkilerin devinen elektriksel yüklerden kaynaklandığını düşünürsek, tüm mıknatıslar birer elektromıknatıstır.
    Atomların (veya öğeciklerin) bile kendilerine özel mıknatıssal alanları vardır. Günümüzde geçerli olan atom kuramına göre, eksicikler çekirdeğin yörüngesinde devinirler, ve dolayısıyla mıknatıssal bir alan oluşur. Doğal mıknatısların ölçülebilir derecede güçlü mıknatıssal alanları ise, atom ve hatta özdeciklerin (moleküllerin) alanlarının aynı doğrultuda olup, birleşip güçlenmelerinden kaynaklanır.
    Paul Dirac'ın 1931 yılındaki gözlemleri, mıknatıssal tek kutupluların varlığını öngürür. Ayrıntıya girmek gerekirse, bu öngörü iki temel olguya dayanır: a) eksicik ve artıcıkların ters ve eşit miktarda yüklü parçacıklar olarak varlığı ve b) elektrik ve mıknatıslılık arasındaki bakışım (veya simetri). Dolayısıyla, Güney ve Kuzey olarak mıknatıssal tek kutupluların da doğada varlığının olası olduğu iddia edilmektedir. Ancak, artıcık ve eksiciklerin tersine, tek kutupluluk savını destekleyecek her hangi bir kanıt henüz bulunamamıştır.


    Elektromıknatıs





    Elektromıknatıs

    [​IMG]

    Elektromanyetik alan

    Elektromıknatıs, elektrik akımı kullanılarak demirden elde edilen mıknatıs.



    Çalışması
    İçinden akım geçen iletken tel, çevresinde manyetik alan oluşturur. Bir akım makarasının içine yumuşak demir çubuk konup makaradan akım geçirilirse, demir çubuk, mıknatıs özelliği göstermeye başlar, kısaca mıknatıslanır. Akım kesilirse, yumuşak demir mıknatıslığını yitirir. İçinde demir çubuk bulunan akım makarasına "elektromıknatıs" denir. Bu demir çekirdeğin karşısında bulunan bir demir plâka akım geçince çekilir, akım kesilince bırakılır. Elektromıknatısın sarım sayısı arttıkça, oluşan manyetik alanın şiddeti de artar.

    Kullanıldığı yerler

    Elektromıknatıslar, elektrik zili, telefon, telgraf gibi araçlar ve birçok elektrikli ölçü aracının yapısında bulunur. Demir yükleme işleri yapan vinçler, elektromıknatıslarla yüklerini kaldırır.
     

Bu Sayfayı Paylaş