Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted, 1820’de bir iletken telden elektrik akımı geçişi sırasında telin yanında bulunan pusula iğnesinin hareket ettiğini gözlemlemiştir. Doğal mıknatıslar haricinde elektrik akımının da manyetik etki gösterdiği anlaşılmıştır. Andre Marie Ampere, akım taşıyan bir iletkenin diğerine uyguladığı manyetik kuvveti hesaplamak için gerekli bağıntıları elde etmiştir. Elektrik akımının manyetik etkisi, bugünkü elektrik motorlarının, dinamo ve jeneratör gibi sistemlerin temel çalışma prensiplerinin temelini oluştur.
Üzerinden akım geçen iletken düz bir telin yakınında bulunan pusula iğnesi, oluşan manyetik alanın
etkisiyle alan çizgilerine paralel olarak aşağıda görüldüğü gibi konumlanır. İletken düz bir telin oluşturduğu manyetik alan temas gerektirmeden bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvetin, elektrik enerjisinin hareket enerjisi olarak kullanılabileceğini göstermesi bilim, sanayi ve teknoloji açısından birçok gelişmenin en temel bilgisi olmuştur.
Akım taşıyan tellerin şekillerine göre oluşan manyetik alan farklılık gösterir. Aşağıdaki başlıklarda;
oluşan manyetik alanları inceleyeceğiz.
Akım Akan Düz Telin Çevresinde Oluşan Manyetik Alan
Akım geçen düze telin çevresinde merkezi tel olan silindirik uzayda manyetik alan oluşur.
Manyetik alanın yönü telden geçen akımın yönüyle bağlantılıdır. Akım geçen telde oluşan manyetik alanın yönünü bulmak için sağ el kuralı olarak bilinen yöntem kullanılır.
📜 Sağ El Kuralı 📜
- 1.adım: Baş parmak düz telden geçen akımın yönünü gösterecek şekilde konumlanır ve tel avuç içi ile kavranır.
- 2.adım: Teli saran dört parmağın yönü iletken telin oluşturduğu manyetik alanın dolanım yönünü gösterir.
İletken telin oluşturduğu manyetik alan çizgileri, merkez noktaları aynı olan sonsuz sayıdaki çemberler gibidir.
Sayfa Düzlemine Göre Gösterimler
İletken telin çevresinde oluşan manyetik alanı ve akım yönünü iki boyutlu sayfada sembolize edebilmek için bazı işaretler kullanılır. Sayfa düzlemine dik bir telden sayfanın içine doğru geçen akımın yönü şeklinde gösterilir. Bu durumda sağ el kuralı uygulanır ise baş parmak akım yönünü gösterdiğinde manyetik alan vektörleri dört parmağın gösterdiği yön olan saat yönünde oluşur.
Eğer iletken telden geçen akım sayfa düzleminden dışarı doğru olur ise akım yönü işareti ile gösterilir. Baş parmak akım yönünü gösterdiğinde teli saran dört parmağın yönü yani saat yönünün tersi manyetik alan çizgilerinin yönüdür.
İletken düz tel sayfa düzlemine paralel ise sağ el kuralı uygulandığında baş parmak akım yönünü gösterecek şekilde konumlanır ve tel avuç içine alınır. Bu durumda manyetik alan telin bir tarafında sayfa düzleminde dik girerken telin diğer kısmında dik çıkar. Bu durumda manyetik alan sayfa düzleminden içeri doğru ise şeklinde gösterilir. Telin diğer kısmında ise manyetik alan çizgileri sayfa düzelminden dışarı doğru olur ve şeklinde gösterilir.
Düz Telin Oluşturduğu Manyetik Alanın Hesaplanması
Akım Taşıyan düz telin d metre kadar uzağında oluşturduğu manyetik alan şiddetinin büyüklüğü
şeklinde ifade edilir. Bu denklemde K, ortamın manyetik özelliğine bağlı katsayıdır. K=10-7 T.m/A ‘dir. Boş uzayın manyetik geçirgenliğine bağlı olan manyetik alan ifadesi ile genişletilir ise halini alır.
| Fiziksel Büyüklüğün Adı | Sembolü | Birimi ve Birim Sembolü |
|---|---|---|
| Manyetik alan | B | tesla (T) |
| Manyetik alan katsayısı | K | tesla.metre/amper (T.m/A) |
| Manyetik geçirgenlik | μ0 | tesla.metre/amper (T.m/A) |
| Uzaklık | d | metre (m) |
| Akım | I | amper (A) |
Akım Taşıyan İletken Halkanın Merkezinde Oluşan Manyetik Alan
Düz tel d yarıçaplı bir halka halini alacak şekilde büküldüğünde telin d uzaklığında oluşan manyetik alan çizgileri dairenin merkezinde toplanır. Manyetik alanın halka çevresinde en güçlü olduğu yer merkezdir. Halkanın merkezinde sonsuz sayıda manyetik alan çizgisi toplanır ve bunların temsili için de daha önce anlatılan halkanın merkezine yerleştirilmiş işaretler kullanılır.
📜Halka tel için sağ el kuralı 📜
- Daha önce anlatıldığı gibi halkadan geçen akımın yönünü sağ elin baş parmağı gösterecek şekilde konumlandırılır.
- Avuç içi teli kavradığında dört parmak manyetik alan yönünü verir.
- Yukarıda verilen görselde baş parmak saat yönünde konumlanır ise dört parmak daire merkezinde sayda düzleminden içeri doğru manyetik alan oluştuğunu gösterir.
Halkanın Oluşturduğu Manyetik Alanın Hesaplanması
Aşağıda verilen görseldeki gibi üzerinden elektrik akımı geçen iletken halka telin merkezindeki manyetik alan şiddeti büyüklüğü
denklemi ile hesaplanır. Yine sağ el kuralı uygulanır ise merkezde oluşan manyetik alan sayfa düzleminden dışarı doğrudur.
📌 Ek Bilgi 📌
Üzerinden akım geçen tel tam bir halka şeklinde olmayabilir. Bu durumda oluşan yayın kaç derece olduğu önem kazanır. Halka merkezinde oluşan manyetik alan şiddeti
Akım Makarasının (Bobin) Merkezinde Oluşan Manyetik Alan
Birden çok akım taşıyan halkaların merkezleri aynı doğru üzerinde olacak şekilde bir araya getirilmesi ile merkez doğru boyunca tüm halkaların oluşturduğu bileşke manyetik alan oluşur. İletken telin aşağıda verilen görseldeki gibi yalıtkan bir cismin üzerine sarılması ile akım makarası (bobin) oluşur. Yalıtkan madde yerine hava da kullanılabilir. Bobinler elektromıknatıs olarak kullanılır.
Akım geçen akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alanı etkileyen değişkenler aşağıda listelenmiştir. Akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alan şiddeti,
- Akım şiddeti ile doğru orantılıdır.
- Manyetik alan şiddeti, sarım sayısı ile doğru orantılıdır.
- Sarım uzunluğu ile ters orantılıdır.
- Bir metre uzunluğundaki yalıtkana N defa iletken tel sarımı oluşturulur ise oluşan manyetik alan (B1 ) iki metrelik uzunluğa sarılan N sarım ile oluşan manyetik alandan (B2 ) büyüktür. B1>B2
- Makara içindeki ortamın cinsi. Akım makarasının ortasındaki boşluğa bir demir çubuk yerleştirildiğinde akım makarasının merkez eksenindeki manyetik alan şiddeti artar. Bunun nedeni, demir çubuğun manyetik geçirgenliğinin büyük olmasıdır. Manyetik geçirgenlik arttıkça manyetik alan sabiti de artar.
Bobinin Oluşturduğu Manyetik Alanın Hesaplanması
Yukarıda verilen bobinin merkez doğrusu üzerinde oluşan manyetik alan şiddeti
şeklinde ifade edilir. Bu denklemde N bobin telinin yalıtkan parça üzerindeki sarıl sayısı, sarımların olduğu kısmın boyunu ifade eder.
Bobinde Sağ El Kuralı
Bobinde manyetik alanın yönü yine sağ el kuralı ile bulunur. Fakat farklı olan bu defa dört parmak akım yönünü gösterirken baş parmak manyetik alanın yönünü göstermektedir. Manyetik alan sonucu oluşan manyetik kutuplar aşağıdaki görseldeki gibi oluşur.
