Manyetik alan içinde hareket ettirilen iletken ve elektron yüklü telin üzerinde elektronların hareket ettiği gözlemlenir. Manyetik alanla iletken bir telin uygun şartlarda etkileşimi, iletken telde akım oluşturur ve bu akıma indüksiyon akımı denir. İndüksiyon akımının yönü, sağ el kuralı ile bulunur. Baş parmak hız vektörünün yönünü, dört parmak manyetik alan vektörünün yönünü gösterecek şekilde tutulduğunda avuç içinin tersi; (−) yüklerin toplandığı ucu gösterir. K ucunda (−) yükler toplanacağından L ucu (+) yüklenmiş olur.
Manyetik alan içinde kuvveti ile ve sabit v hızıyla hareket eden KL iletken teli aşağıdaki görselde simgelenmiştir. İletken telin hareketi sonucu K ucunda (-), L ucunda (+) yükler kutuplanır. İletken telde bu kutuplanma sonucu yük farkı oluşur ve bu farka potansiyel farkı denir. KL telinin manyetik alanda hareketi sonucu iki uç arasında oluşan potansiyel farka elektromotor kuvvet (emk) denir. KL telinde oluşan elektro motor kuvvetti ile sembolize edilir.
KL teli, t süre boyunca sabit v hızı ile çekildiğinde manyetik kuvvetin yaptığı iş, elektriksel kuvvetin yaptığı
işe eşit olmalıdır. t süre boyunca birim yükü devrede dolaştırmak için elektriksel kuvvetin yaptığı iş bağıntısı ile ifade edilir. Manyetik kuvvetin Fm yaptığı iş elektriksel kuvvetin F yaptığı işe eşit olur.
Elde edilen son eşitlikte , ifadesi, v hızı ile hareket ettirilen KL telinin t sürede taradığı alan (A) olduğundan
ifadesi elde edilir. |B|.A ifadesi, çerçevedeb geçen manyetik akı değişimi olduğundan çerçevede oluşan elektromotor kuvveti
bağıntısıyle bulunur. Burada (epsilon) indüksiyon elektromotor kuvvetini ifade eder. Birimi Wb/s’dir.
İndüksiyon emk’sinin ve direnci R olan bir devreden geçen indüksiyon akımı
| Fiziksel Büyüklük | Sembol | Birim – Birim Sembolü |
|---|---|---|
| indüksiyon elektromotor kuvveti | weber/saniye – WB/s | |
| direnç | R | ohm – |
| akım | A | |
| tel çerçevenin yüzey alanı | A | m2 |
İndüksiyon akımı oluşturmanın diğer bir yolu ise iletken bir bobine mıknatıs yaklaştırıp uzaklaştırmaktır. Mıknatıs bobine yaklaşıp uzaklaştığında bobin içinden geçen manyetik alan çizgi sayısı artar ve bunun sonucunda bobinde manyetik akı değişimi oluşur. Böylece manyetik kuvvet etkisi ile bobinin iletken tellerinden serbest elektronlar hareket ettirilerek bobinde indüksiyon akımı oluşturabilir.
Aşağıda soldaki görselde sabit tutulan iletken bobine yaklaştırılan bir mıknatıs gösterilmiştir. Mıknatısın bobine yaklaştırılmasıyla bobinde manyetik akı artar. Bobinde oluşan indüksiyon akımının yönü, iletken bobinde artan manyetik akıyı azaltacak yönde manyetik alan oluşturan akım yönündedir. Benzer şekilde mıknatısa yaklaştırılan bobin de aynı sonucu verir.
Aşağıda sağdaki şekilde sabit tutulan iletken bobinden uzaklaştırılan bir mıknatıs gösterilmiştir. Mıknatısın bobinden uzaklaştırılmasıyla iletken bobinden geçen manyetik akı azalır. Bobinde oluşan indüksiyon akımının yönü, bobindeki azalan manyetik akıyı artıracak yönde manyetik alan oluşturan akım yönünde olur. Sabit tutulan bir mıknatıstan uzaklaştırılan iletken bir bobin de aynı sonucu verir.
Görüldüğü üzere dikdörtgen, kare, halka gibi kapalı geometriye sahip iletken bir telin içinden geçen manyetik akıda değişim olduğunda indüksiyon elektromotor kuvveti ve indüksiyon akımı oluşmaktadır.
Aşağıda verilen şekildeki gibi hareket eden iletken tel çerçevenin hareket konumlarına göre manyetik akı değişimi verilmiştir. Dikkat edilirse görüleceği üzere çerçevenin tamamen manyetik alan içinde olduğu durumlarda manyetik akı değişimi olmadığından indüksiyon akımı oluşmaz.
Yukarıda verilen bilgiler ışığında manyetik alan içinde şekilde verilmiş bir düzenek kurulur ise tel çerçevenin konumlarına göre oluşan indüksiyon akımı aşamaları aşağıdaki gibidir.
- İletken tel çerçeve a konumundan b konumuna gelirken tel çerçevedeki manyetik akı azalır ve indüksiyon akımı 1 yönünde oluşur.
- İletken tel çerçeve b konumundan c konumuna gelirken tel çerçeveden geçen manyetik akı artar ve indüksiyon akımı 2 yönünde oluşur.
- İletken tel çerçeve c konumundan ç konumuna gelirken tel çerçevedeki manyetik akı azalır ve indüksiyon akımı tekrar 1 yönünde oluşur.
Öz-İndüksiyon Akımı
Bir akım makarasından akım geçirildiğinde makaranın merkez ekseninde sabit bir manyetik alan oluşur. Devreden geçen akımın değiştirilmesi ile manyetik alanın şiddeti de değişir ve akım makarasının içinde manyetik akı değişimi gerçekleşir. Devredeki akım değişiminin neden olduğu bu akıma öz-indüksiyon akımı denir.
🚨 Anlık akı değişimi ile oluşan akıma öz-indüksiyon akımı denir.
Şekildeki devre reosta, 1 yönünde çekildiğinde devrenin direnci artacağından devreden geçen
elektrik akımı azalır. Bu durumda öz-indüksiyon akımı devre akımı ile aynı yönde olur. Reosta, 2 yönünde
çekildiğinde devrenin direnci azalacağından devre akımı artar. Öz-indüksiyon akımı devre akımına zıt
yönde olur.
Öz-indiksiyon akımı bir devrede akım değişimi gerçekleştiği sürece oluşur.
Yüklü Parçacıkların Manyetik Alan ve Elektrik Alandaki Davranışı
Elektrik ve manyetizma birbiri ile bağlantılı iki olgudur. Elektrik yükleri durgunken çevrelerinde elektrik alanlar meydana getirir. Bu yükler hareketlendiğinde ise çevrelerinde elektrik alanlarla birlikte manyetik alanlar da oluşturur.
Yüklü parçacıklara etki eden elektriksel kuvvetin büyüklüğü elektrik alan şiddeti ve parçacıkların yük miktarına bağlı olarak değişir. Elektrik alanda bulunan yüklü parçacığın yükü q ise elektrik alan tarafından etki eden elektriksel kuvvet daha önce de anlatıldığı gibi |F|=q.|E| ile bulunur.
Parçacığa elektriksel kuvvet etki etmesi için hareket etmesi gerekmez. Yüklü parçacığın hareket ettiği durumda da elektriksel kuvvetin yönü ve büyüklüğü değişmez. Ancak yüklü parçacık manyetik alanda hareket halinde ise manyetik kuvvet etki eder. manyetik alanında hızı ile hareket eden q yüklü bir parçacığa manyetik kuvvetin uyguladığı kuvvetin büyüklüğü
bağıntısı ile bulunur.
E ve B alanlarının iç içe olduğu uzay bölgesi içinde q yüklü parçacık v hızı ile hareket ettiğinde q yüküne
hem elektriksel kuvvet hem de manyetik kuvvet aynı anda etki eder. Burada q yüklü parçacık manyetik
alana dik hareket etmektedir. Elektrik ve manyetik alanın bir arada olduğu bölgede bulunan q yükünün
üzerinde oluşan kuvvete Lorentz kuvveti denir.
bağıntısı Lorentz kuvvetini verir.
Elektrik ve manyetik alanda hareket eden yüklü parçacığa etki eden elektrik ve manyetik kuvvetler gösterilmiştir. Lorentz kuvvetiyle ilgili bağıntı incelendiğinde dikkat edilmesi gereken iki önemli durum vardır. Birinicisi parçacığın kütlesinin bu bağıntıda yer almamasıdır. Bunun anlamı parçacığın kütlesi ne kadar büyük olursa olsun etki eden kuvvetin değişmediğidir.İkincisi ise bağıntıda da verilen çarpımıdır. Bu çarpımda B ve v birbirine dik olduğundan parçacığa etki eden kuvverin B ve v vektörlerinin oluşturduğu düzleme dik yönde olduğunu ifade eder. B ve v birbirine paralel olursa bu parçacık üzerine manyetik alanın bir etkisi olmaz. Böylece Lorentz kuvveti de oluşamaz.
Elektromotor Kuvveti
Elektronların yüklü parçacıklar olması ve elektriksel alanlarla her durumda, manyetik alanlarla uygun şartlarda etkileşmesinden dolayı bir iletkendeki serbest elektronları, doğrudan temas kuvveti uygulayarak harekete geçirmek mümkün değildir. Bu sebeplerle iletken telde serbest elektronlara hareket enerjisi aktarmanın bir kaç yöntemi vardır. Bunlardan ilki iletken telin iki ucuna bir üretecin bağlanıp iletken telin içinde elektrik alan meydana getirerek elektronlara elektriksel kuvvet etki etmesini sağlamaktır. Böylelikle serbest elektronlara etki eden elektriksel kuvvet, yükler üzerine iş yapar. Burada yapılan işin enerji kaynağı, üreteçtir. Bu şekilde birim yükü, üretecin negatif kutbundan pozitif kutbuna götürmek için harcanan enerjiye üretecin elektromotor kuvveti denir.
Elektrik akımı oluşturmak için ikinci bir yöntem de elektromotor kuvveti kaynağı olarak manyetik kuvvet
etkisi ile yükleri harekete geçirecek bir sistem kurmaktır. İletken tel çerçevenin manyetik alanda uygun
şartlarda döndürülmesi ile teldeki serbest elektronlar, hareket enerjisi kazanır ve iletken tel çerçevede
bir elektrik akımı oluşur. Bu akıma indüksiyon akımı denir. İndüksiyon akımı elde etmek için kullanılan
kaynaklara indüksiyon elektromotor kuvveti kaynakları denir. Manyetik indükleme ile indüksiyon akımı
oluşturan kaynaklara jeneratör örnek verilebilir.
