Elektrik akımı ya da temel bir parçacık tarafından yaratabilen manyetizma, manyetik alan tarafından oluşturulan fiziksel bir olgudur. Yaratılan yeni manyetik alanlar birbirlerini etkileyebilir ve etkileşime girebilirler. Manyetizmayı oluşturan manyetik alan mıknatıs ve elektrik akımı sayesinde oluşturulabilir. Aynı durumun tersi de mümkündür. Fiziksel olarak ortamda bulunan manyetizma, mıknatıs veya elektrik akımı oluşturabilir.
Manyetizmanın iki yönlü oluşturduğu bu özellikler, manyetizmayı elektrik üretiminde ve tüketiminde çok önemli bir noktaya taşımaktadır.
Doğal mıknatıslar tarafından oluşturulan manyetizma süreklidir. Bu mıknatıslara kalıcı mıknatıslar denir. Kalıcı mıknatıslar ferromanyetizmadan dolayı kalıcı manyetik momente sahiptir.
Mıknatıs ve Manyetik Alan
Demir, nikel, kobalt gibi elementleri ve bu elementlerden meydana gelen alaşımları çekme özelliği gösteren demir oksit bileşiğine ya da sonradan bu özellik kazandırılan maddelere mıknatıs denir. Mıknatıslar doğal, yapay ve elektromıknatıs olmak üzere üçe ayrılır.
Mıknatısların mıknatıs özelliği uçlarında daha kuvvetlidir ve kuvvetlerin gözlendiği uçlarına kutup denir. Mıknatısın N ve S olarak gösterilen aynı şiddetli iki kutbu vardır. Yerin manyetik alanı referans alınarak isimleri verilen mıknatısın N kutbu kuzeyi (north) , S kutbu güneyi (south) temsil eder.
Mıknatısların Oluşturduğu Manyetik Alan ve Özellikleri
Bir mıknatısın manyetik özelliklerinin etkili olduğu bölgeye manyetik alan denir. Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür ve sembolü ile gösterilir. Birimi ise tesladır(T). Demir tozlarının mıknatıs etrafında oluşturduğu çizgilere manyetik alan çizgisi denir. Yukarıdaki görselde mavi çizgiler manyetik alanı temsil etmektedir.
- Manyetik alan çizgilerinin düzeni mıknatısa göre değişiklik gösterebilir.
- Manyetik alanın yönü ve şiddeti alan çizgileriyle yorumlanır. Çizgilerin sık olduğu bölgede manyetik alan şiddeti büyük seyrek bölgede küçük demektir.
- Mıknatıstan uzaklaştıkça alan şiddeti azalır.
- Manyetik alan çizgileri birbirini asla kesmez.
- Alanın yönü N kutbundan S kutbuna giden bir alan çizgisi şeklinde kabul edilir.
İki mıknatıs yaklaştırıldığında manyetik alanları etkileşime girer ve iki mıknatıs birbirine kuvvet uygular. Temas gerektirmeyen bu kuvvete manyetik kuvvet adı verilir. Manyetik kuvvet etkisinde zıt kutuplar birbirini çekerken aynı kutuplar birbirini iter.
Mıknatıslar arasındaki itme, çekme kuvvetleri:
- Mıknatısların kutup şiddetine
- Mıknatıslar arası uzaklığa
- Mıknatısların bulunduğu ortama göre değişir.
Elektrik Akımı ve Manyetik Alan
Akım geçen bir tele pusula yaklaştırdığımızda pusula iğnesinde sapmalar görülür. Uzaklaştırdığımızda iğne normale döner. Bu durum elektrik akımın manyetik alan oluşturduğunu göstermektedir. Elektrik akımı ve manyetik alan arasındaki bu ilişkiye manyetik etki denir. Elektrik akımının bu özelliği sayesinde elektromıknatıslar yapılmıştır.
Elektrik akımının çevresinde oluşan manyetik alan
- Elektrik akımının şiddeti
- Manyetik alanın oluştuğu noktanın akım taşıyan tele uzaklığı
- Elektrik akımı taşıyan telin biçimi niceliklerine bağlıdır.
Elektromıknatıslar demir çubuklar üzerine sarılan ve bobin adı verilen iletken bir telden oluşur. İletken telden akım geçirildiğinde demir çubuk mıknatıs gibi davranır. Bir elektromıknatısın çekim gücü aşağıdaki etmenlere bağlı olarak değişir.
- Sarım sayısı
- Bobinden geçen akımın şiddeti
- Sarımların sıklığı
İletken telin üst üste sık sarılmasıyla ve akım şiddetinin artmasıyla birim alandaki manyetik alan şiddeti artar. Dolayısıyla daha güçlü bir mıknatıs elde edilmiş olur.
Üzerinden Akım Geçen Düz Bir Telin Manyetik Alanı
Düz telin çevresindeki manyetik alan aynı merkezli çemberler şeklindedir. Manyetik alanın yönü sağ el kuralına göre; Baş parmak akım yönünü gösterecek şekilde tel uvuç içine alınırsa, buna dik olarak tutulan dört parmak manyetik alanın yönünü gösterir.
Yüksek Gerilim Hatları
Yüksek gerilim hatları ile trafoların etrafında çok yüksek şiddetli manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan canlıların sağlığını olumsuz etkilemektedir ve bu durum iki önemli faktörden kaynaklanır.
- Bulunulan noktada oluşan manyetik alanın büyüklüğü
- Manyetik alana maruz kalma süresi
Elektromıknatıslar
Manyetik maddelerin üzerine sarılmış telden akım geçtiğinde akımın oluşturduğu manyetik alandan etkilenen bu maddeler mıknatıslık özelliği gösterir. Bu yöntemle oluşturulmuş yapay mıknatıslara elektromıknatıs denir. Demir çubuğun etrafına dışı yalıtılmış iletken tel sarılıp telden akım geçirildiğinde elektromıknatıs elde edilir. Elektromıknatısın oluşturduğu manyetik alanın büyüklüğü, iletken telden geçen akımın şiddeti ve sarım sayısı ile doğru orantılıdır.
Dünya’nın Manyetik Alanı
Bir mıknatıs tam ortasından bir iple bağlanıp herhangi bir yere asıldığında bir süre sonra belli bir doğrultuyu gösterir. Asılan mıknatısın sürekli belli bir doğrultuya yönelmesi, mıknatısın bir manyetik alan etkisinde kaldığını gösterir. Bu alan Dünya’nın manyetik alanıdır. Dünya’nın manyetik alanıyla ilgili farklı görüşler vardır. “Dünya’nın manyetik alanının kaynağı, merkezindeki sürekli yük hareketlerinin oluşturduğu akımlardır.” görüşü yaygındır.
Mıknatısların zıt kutuplarının birbirini çekmesinden yola çıkarak pusulanın kuzey ucunun gösterdiği noktaya, Dünya’nın manyetik Güney Kutbu (S); güney ucunun gösterdiği noktaya da Dünya’nın manyetik Kuzey Kutbu (N) denir. Aynı zamanda Dünya’nın coğrafi kutuplarıyla manyetik kutupları çakışık değildir. Görsel 1.67’de görüldüğü gibi coğrafi kuzey ile pusulanın gösterdiği kuzey arasındaki farka manyetik sapma denir. Bu yüzden pusula ibresinin kuzeyi gösterdiğini söylemek yaklaşık olarak doğrudur.
Pusula ibresi sadece sapmayı değil, gözle görülebilecek eğilmeyi de gösterir. Kuzey Yarım Küre’de pusula iğnesinin manyetik N kutbu, Güney Yarım Küre’de ise S kutbu yere yakın olacak biçimde eğilir. Mıknatıs iğnesinin yatay düzlemle yaptığı bu açıya ise eğilme açısı adı verilir. Görsel 1.67’de görüldüğü gibi eğilme açısının değeri ekvatorda 0° iken manyetik kutuplara doğru gidildikçe artar ve manyetik kutuplarda bu açı 90° olur. Bu nedenle pusulalar Ekvator ve Kutup gibi Dünya’nın farklı yerlerinde kullanılmak üzere farklı tasarlanır.
Dünya’nın manyetik alanı, yer yüzeyinin zararlı radyasyonlardan korunması bakımından da önemlidir. Dünya’nın manyetik alanı, saniyede 300-400 km hızla Güneş’ten kopup gelen iyonize olmuş parçacıklardan oluşan Güneş rüzgarlarını püskürtür.
