Kalıcı mıknatıslar iyi ve bazen çok güçlü bir statik manyetik alan üretirken, bazı uygulamalarda bu manyetik alanın gücü hala çok zayıftır. Mevcut manyetik akı miktarını kontrol edebilmemiz gerekir. Dolayısıyla çok daha güçlü ve daha kontrol edilebilir bir manyetik alan üretebilmek için elektrik kullanmamız gerekiyor.
Demir çekirdek gibi yumuşak bir manyetik malzemenin etrafına sarılmış veya sarılmış tel bobinleri kullanarak, birçok farklı elektrik uygulamasında kullanım için çok güçlü elektromıknatıslar üretebiliriz. Tel bobinlerinin bu kullanımı, bize Elektromanyetizma adı verilen başka bir manyetizma biçimi olan elektrik ve manyetizma arasında bir ilişki üretir.
Elektromanyetizma, bir elektrik akımı, bir tel veya kablo uzunluğu gibi basit bir iletkenden aktığında üretilir ve akım, iletkenin tamamı boyunca geçerken, iletkenin tamamı boyunca bir manyetik alan oluşturulur. İletken etrafında oluşturulan küçük manyetik alan, iletken boyunca akan elektrik akımının yönü tarafından belirlenen hem “Kuzey” hem de “Güney” kutupları ile belirli bir yöne sahiptir. Bu nedenle, iletkenden akan akım ile çevresinde oluşan bu akım akışı tarafından üretilen manyetik alan arasında bir ilişki kurmak, Elektrik ve Manyetizma arasındaki ilişkiyi Elektromanyetizma şeklinde tanımlamamıza izin vermek gerekir.
Bir iletkenden elektrik akımı geçtiğinde, iletkenin tüm uzunluğu boyunca geçmeyen tam döngüler oluşturan manyetik akı çizgileri ile çevresinde dairesel bir elektromanyetik alan üretildiğini belirledik.
Bu manyetik alanın dönüş yönü, iletkenden akan akımın yönü tarafından yönetilir ve üretilen ilgili manyetik alan, akım taşıyan iletkenin merkezine yakın daha güçlüdür. Bunun nedeni, ilmeklerin yol uzunluğunun iletkenden uzaklaştıkça daha büyük olması ve aşağıda gösterildiği gibi daha zayıf akı hatlarıyla sonuçlanmasıdır.
İletkenin etrafındaki manyetik alanın yönünü belirlemenin basit bir yolu, sıradan bir ahşap vidayı bir kağıda vidalamayı düşünmektir. Vida kağıda girerken dönme hareketi SAAT YÖNÜNDE gerçekleşir ve vidanın kağıdın üzerinde görünen tek kısmı vida başıdır.
Ahşap vidası pozidriv veya philips tipi kafa tasarımına sahipse, kafadaki çarpı görünür olacaktır. Bu çarpı, akımın kağıda “içine” ve gözlemciden uzağa aktığını belirtmek için kullanılır.
Aynı şekilde, vidayı çıkarma eylemi de saat yönünün tersidir. Akım üstten girdiği için kağıdın altından çıkar ve ahşap vidanın aşağıdan görünen tek kısmı vidanın ucu veya noktasıdır. Bu nokta, akımın “dışarı” aktığını belirtmek için kullanılır.
Daha sonra, ağaç vidasının kağıdın içine ve dışına vidalanmasının fiziksel eylemi, iletkendeki akımın yönünü ve dolayısıyla, aşağıda gösterildiği gibi etrafındaki elektromanyetik alanın dönme yönünü gösterir. Bu kavram genel olarak Right Hand Screw olarak bilinir.
Manyetik alan, kuzey ve güney olmak üzere iki kutbun varlığını ima eder. Akım taşıyan bir iletkenin polaritesi, S ve N büyük harfleri çizilerek ve ardından manyetik alan yönünün görsel bir temsilini veren yukarıda gösterildiği gibi harflerin serbest ucuna ok başları eklenerek belirlenebilir. Hem akım akışının yönünü hem de iletken etrafında oluşan manyetik akının yönünü belirleyen daha tanıdık bir başka kavram da “Sol El Kuralı” olarak adlandırılır.
Bir manyetik alanın tanınan yönü, kuzey kutbundan güney kutbuna doğrudur. Bu yön, akım taşıyan iletkeni sol elinizde tutarak, başparmak uzatılmış elektron akışı yönünü negatiften pozitife doğru tutarak çıkarılabilir.
İletken boyunca ve çevresinde uzanan parmakların konumu, şimdi gösterildiği gibi oluşturulan manyetik kuvvet çizgilerinin yönünü gösterecektir.
İletkenden geçen elektronun yönü ters ise, sol elin başparmak elektron akımı akışının yeni yönünü gösterecek şekilde iletkenin diğer tarafına yerleştirilmesi gerekecektir. Ayrıca akım tersine çevrildikçe iletken etrafında oluşan manyetik alanın yönü de ters olacaktır çünkü daha önce de söylediğimiz gibi manyetik alanın yönü akımın akış yönüne bağlıdır.
Bu “Sol El Kuralı”, bir elektromanyetik bobindeki kutupların manyetik yönünü belirlemek için de kullanılabilir. Bu sefer, parmaklar elektron akışının negatiften pozitife doğru yönünü gösterirken, uzatılmış başparmak kuzey kutbunun yönünü gösterir. Bu kuralın “sağ el kuralı” olarak adlandırılan ve geleneksel akım akışına (pozitiften negatife) dayanan bir varyasyonu vardır.
Aşağıda gösterildiği gibi tek bir düz tel parçasının tek bir ilmek şeklinde büküldüğünü düşünün. Elektrik akımı, iletkenin tüm uzunluğu boyunca aynı yönde akmasına rağmen, kağıttan zıt yönlerde akacaktır. Bunun nedeni, akımın kağıdı bir taraftan terk edip diğer taraftan kağıda girmesidir. Bu nedenle kağıt yaprağı boyunca yan yana saat yönünde bir alan ve saat yönünün tersine bir alan üretilir.
Bu iki iletken arasında ortaya çıkan boşluk, kuvvet çizgilerinin kesişme noktasında belirgin bir kuzey ve güney kutbu oluşturan bir çubuk mıknatıs şeklini alacak şekilde yayıldığı “yoğunlaştırılmış” bir manyetik alan haline gelir.
Döngünün iki paralel iletkeninden akan akım, döngüden geçen akım sol taraftan çıkıp sağ taraftan geri döndüğü için zıt yönlerdedir. Bu, döngü içindeki her bir iletkenin etrafındaki manyetik alanın birbirine “AYNI” yönde olmasına neden olur.
Döngüden akan akımın ürettiği sonuçta oluşan kuvvet çizgileri, iki benzer kutbun birleştiği iki iletken arasındaki boşlukta birbirine zıt düşer ve böylece gösterildiği gibi her bir iletkenin etrafındaki kuvvet çizgilerini deforme eder.
Bununla birlikte iki iletken arasındaki manyetik akının bozulması, kuvvet çizgileri birbirine daha yakın hale geldiğinde orta bağlantıdaki manyetik alanın yoğunluğuna neden olur. İki benzer alan arasında ortaya çıkan etkileşim, birbirlerinden uzaklaşmaya çalışan iki iletken arasında mekanik bir kuvvet üretir. Bir elektrik makinesinde bu iki manyetik alanın bu itilmesi hareket üretir.
Bununla birlikte iletkenler hareket edemediğinden, iki manyetik alan bu etkileşim hattı boyunca bir kuzey ve bir güney kutbu oluşturarak birbirine yardımcı olur. Bu manyetik alanın iki iletken arasında ortada en güçlü olmasına neden olur. İletkenin etrafındaki manyetik alanın yoğunluğu, iletkenden uzaklık ve içinden geçen akımın miktarı ile orantılıdır.
Düz bir uzunluktaki akım taşıyan telin etrafında oluşturulan manyetik alan, içinden yüksek akım geçse bile çok zayıftır. Bununla birlikte, eğer telin birkaç ilmeği aynı eksen boyunca birbirine sarılırsa, bir tel bobini üretilirse, ortaya çıkan manyetik alan, tek bir ilmeğe göre daha da yoğun ve daha güçlü hale gelecektir. Bu, daha yaygın olarak Solenoid olarak adlandırılan bir elektromanyetik bobin üretir.
O zaman her uzunluktaki tel, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde kendi etrafında elektromanyetizma etkisine sahiptir. Manyetik alanın yönü, akımın akış yönüne bağlıdır. Telin uzunluğunu bir bobin haline getirerek üretilen manyetik alanın gücünü artırabiliriz ve bu etkiye bir sonraki yazıda daha detaylı bakacağız.
Elektrik yükü ve elektromanyetizma nedir? Elektromanyetik alan nasıl çalışır ve plastik tabanlı ayakkabıyla yünlü kazak giydikten sonra otomobil kapısına dokunduğunuzda neden elektrik çarpar? Elektromanyetik alanı ele alan yeni yazı dizimize elektrodinamikle giriş yapacak ve diğer bölümlerde mıknatıslardan Maxwell denklemlerine dek birçok konuyu ele alacağız. Elektromanyetizmanın STEM eğitimlerinde fiziğe yeni başlayanlara nasıl anlatıldığını göreceğiz.
Elektrik yükü bir özelliktir ve bunun nasıl işlediğini kuantum mekaniği gösterir. Elektrik yükünün tam olarak ne olduğunu sorarsanız bilmiyoruz; çünkü kuantum mekaniği doğanın nasıl işlediğini gösteriyor ama neden öyle olduğunu söylemiyor. Bunun için bütün evreni açıklayan her şeyin teorisini geliştirmemiz gerekiyor. Oysa elektromanyetik kuvveti anlamak üzere elektriğin tıpkı kütle, hız ve sıcaklık gibi fiziksel bir özellik olduğunu bilmemiz yeterli.
Buna ek olarak elektrik elektronların madde içinde yer değiştirmesiyle aktarılır. Örneğin yünlü kazağın iplikleri birbirine sürtünürken elektronlar bir iplikten diğerine geçer. Buna statik elektrik deriz fakat plastik tabanlı ayakkabı yalıtkan olduğun için elektriğin vücudunuzdan yere boşalmasını önler. Oysa otomobilin metal kapısıyla temas ederseniz devreyi tamamlarsınız. Elektrik aniden metal kapıya sıçrar ve “çarpılırsınız”.
Peki statik elektrik plastik torba, saç telleri ve plastik balonları birbirine nasıl çeker ve tutkal gibi nasıl yapıştırır? Bu plastik yüzeylerdeki elektron sayısının artması ve azalmasıyla gerçekleşir. Atom çekirdeklerinde protonlarla nötronlar güçlü nükleer kuvvetle birbirine bağlıdır ve bu kuvvet elektromanyetizmadan güçlü olduğu için bunları sökemezsiniz (zaten sökerseniz nükleer patlamaya yol açmış olursunuz). Öte yandan elektronlar hafiftir ve çekirdeğin yörüngesinde döner.
Elektronlar iki plastik yüzey arasında gidip gelebilir veya birikebilir (statik elektrik) ki elektromanyetik kuvvette zıt yükler birbirini çeker. Elektronların yer değiştirmesi yüzünden plastik yüzeylerden biri pozitif ve diğeri de negatif elektrik yük kazanır. Bu da statik elektriğin cisimleri çekmesini sağlar. Dünya çakıl taşlarından nasıl oluştu yazısında anlattığım gibi Güneş Sistemi’ndeki toz tanecikleri statik elektrik çekimiyle birbirine yapışıp birleşerek 4,54 milyar yıl önce Dünyamızı oluşturmuştur.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Bu tercihe bağlı bir adlandırmadır. Elektrik yüküne yukarı-aşağı da diyebilirdik ama matematik denklemlerini çözmek üzere pozitif ve negatif olarak adlandırdık. Elektromanyetizmada sadece zıt yüklerin birbirini çekmesi ve eş yüklerin itmesi önemli olup dikkat etmemiz gereken şey yük dengesizliğidir. Bir atomun elektron sayısı proton sayısından az ise o atom pozitif iyondur. Keza elektronlar protonlardan fazlaysa bu kez negatif iyondur.
İster pozitif olsun ister negatif, net elektrik yükü olan iyonlar ve parçacıklar birbirini çeker veya iter. Bu da kimyanın, yani atomların birbirine bağlanarak moleküller oluşturmasının temelidir. Oysa elektronların daha küçük parçacıklardan oluşmadığı halde net negatif elektrik yükü olduğunu biliyoruz. Bu nedenle elektron yükü atomlarda olduğu gibi azalması veya artmaz.
Öyleyse neden elektronların elektrik yükü protonlara zıttır (pozitif yerine negatiftir)? Bu soru bizi elektromanyetik alana getiriyor. Net elektrik yükünü anlamanın yolu elektromanyetik alanı anlamaktan geçiyor. Elektrik yükü elektrik alanlarını, elektrik akımı ve manyetik momenti olan temel parçacıklar da manyetik alanları üretir. İkisi ayrılmaz bütündür. Hareket halindeki elektronlardan oluşan elektrik akımı manyetik alan üretir ve manyetik alanın değişmesiyle elektrik üretilir.
Elektromanyetik alanı elektronların içinde dolaştığı bir oyun sahası olarak düşünebilirsiniz. Elektronlar manyetik alanda hareket ederken yalnızca elektrik akımı üretmez. Aynı zamanda foton soğurup (emip) yayınlayarak (salarak) manyetik alan da üretir, manyetik alanın şekli ve şiddetini değiştirir. Sonuçta fotonlar elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısıdır. Buraya dek sadece elektromanyetik alanın çalışma prensibini anlattık ve şimdi gerçekten nasıl çalıştığını görelim.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Önce fizikte alan tanımını yapalım. Alan uzaydaki her noktaya atanabilen bir değer veya bir dizi değerdir. Her nokta derken evrenin maksimum çözünürlüğü Planck uzunluğu olduğu için elektromanyetik değer(ler) uzayı dolduran Planck birimlerine atanır. Bir alanı tek değerle tanımlayabiliyorsanız ona skalar alan denir (Bkz. kuantum alanları).
Öte yandan elektromanyetik alan uzaydaki farklı noktalarda farklı değerler alır. Örneğin Güneş’in manyetik alanı Dünya’nın manyetik alanından güçlüdür. Bu da elektromanyetik alanın farklı noktalarda farklı değerler alabildiğini gösterir. Her ne kadar yerçekiminde eş yükler birbirini çekse de elektromanyetik alanı yerçekimi alanıyla gösterelim. Elektrodinamiği, yani elektronların elektrik alanında ve manyetik alanda nasıl hareket ettiğini anlamak böyle daha kolay olacaktır.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Resme bakınız: Dünya’nın çevresindeki uzay Planck uzunluğu çapındaki noktalarla sarılmış ve bütün noktalara birer vektör (hareket yönü) oku bağlanmıştır. Bu vektörler Dünya’nın yerçekiminin cisimleri hangi yönde çektiğini gösterir. Bu nedenle Dünya’yı saran geniş bir alanda yerçekimi vektörlerinin gezegenimizi gösterdiğini görürsünüz. Biraz matris ve integral hesabı yaparak bütün bu noktasal vektörleri toplu halde hesaplasınız ortaya ne çıkardı? Bir enerji alanı oluşturmuş olurdunuz!
Bu örnekte vektörler yerçekimini oluşturmaktadır fakat matematiksel olarak yerçekimi alanı uzayda kütle olmasa da var olur. Nasıl ki matematikte derinlik, genişlik, yükseklik dediğimiz üç boyut aslında nesnelerin uzayda hareket edebileceği yönleri gösterir, yerçekimi alanı da kütlenin uzayda hareket edebileceği yönleri gösterir. Aynı zamanda kütlenin oluşturduğu yerçekimi alanını sınırlandırır. Uzayda kütle yoksa yerçekimi alanının değeri sıfır olacak ama bu alan var olmaya devam edecektir.
Bunu anlamak için kütlenin nesnelerin bir özelliği ve yerçekiminin de uzayın bir özelliği olduğunu düşünmek yararlıdır. Keza elektrik yükü manyetik momenti olan parçacıkların bir özelliği olup manyetik alan da uzayın bir özelliğidir. Daha net söylersek elektrik yükü parçacıklarla tanımlanır ve gösterilir.
Manyetik alan ise uzayın içinde tanımlanır ve uzayla gösterilir. Manyetik alan başka manyetik çift kutupluluk olmak üzere, manyetik momenti olan parçacıkların elektromanyetik alanla etkileşime girmesiyle ortaya çıkar. Yerçekimi alanında kütleyle alan arasındaki ilişki kütleli cisimlerle, manyetik alanla elektrik yükü arasındaki ilişkiyi ise elektron ve fotonlarla gösteririz. Şimdi anlatılanlara yakından bakalım:
İlgili yazı: Nükleer Füzyon Nedir ve Ne Zaman Gelecek?
Kütle yerçekimi ile cisimleri kendine çekerken yerçekimi alanı içinde bu alanın kütlesiz baz değerinden daha yüksek bir yerçekimi potansiyeli, yani alan içinde daha güçlü bir yerçekimi alanı oluşturur. Bunu örneğin kütleli Dünya’ya dönük vektör oklarıyla gösteririz. Bu durumda Dünya’ya doğru akan bir yerçekimi alanı oluştur.
Manyetik momenti olan elektronlar çift kutupludur, yani manyetik kuzey ve güney kutbu vardır. Elektronlar manyetik alan içinde kuzey ve güney kutuplarına yönelen manyetik akış oluşturur. Bu akışı da manyetik alan çizgileriyle gösteririz. Buraya dek elektromanyetik alanla yerçekimi arasında bir benzetme yaptık. Oysa elektromanyetik alan yerçekiminden çok daha karmaşıktır. Şöyle ki:
İlgili yazı:İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Elektromanyetik alanı elektromanyetik tensörle tanımlayabiliriz, yani bu alanın yer aldığı uzaydaki her noktayı bileşik vektörel değişkenler içeren bir matriste, görseldeki gibi gayet karmaşık bir sayı dizisiyle gösterebiliriz. Oysa elektronların elektromanyetik alanda nasıl hareket ettiği ve bu alanın elektrik akımına göre nasıl değiştiğini tensörle göstermek zordur. Bunun yerine elektromanyetik alanı elektrik alanı ve manyetik alan olarak ikiye böleriz. Böylece her alanı tek tek vektörlerle gösteririz.
Vektör alanlarında işlem yapmak tensör alanlarından kolaydır. Bu durumda uzaydaki her noktaya iki vektör ekleriz. Bunların biri elektrik alanını ve diğeri manyetik alanı gösterir. Siz de elektrik yükü uzayda hareket ederken manyetik alan vektörlerinin nasıl değiştiğini resimdeki protonla görebilirsiniz. Proton hareket etmiyorsa manyetik alan vektörleri sıfırlanır ve geriye protonun net pozitif yükünün yarattığı kalıcı elektrik alanı vektörleri kalır.
Bugün elektrik alanına odaklanarak manyetik alanı gelecek yazıya bırakacağız. Elektrik alan vektörlerini Gauss Yasası ile gösteririz. Resimde protondan elektrik alanına uzanan elektrik akışını (elektrik alanı) görebilirsiniz. Burada Maxwell’in elektromanyetik alan denkleminin zarafeti ortaya çıkar. Elektrik alanını ölçmek için tek tek proton ve elektronları ölçmenize gerek yoktur. Bunun yerine alanın tamamını ölçer ve nerede ne kadar yük var (proton, elektron vb.) öğrenirsiniz. Ayrıca elektrik alanı içindeki proton ve elektronların hangi yönde ne hızla gittiğini gösterir.
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Elektrik yükü dediğimiz şey net yükü olan nesnelerle temel parçacıkları kopmaz bir şekilde elektromanyetik alana ve bu alanın yer aldığı uzaya bağlayan fiziksel bir özelliktir. Pozitif ve negatif olmak üzere iki elektrik yükü olup fiziksel sistemlerin toplam yükü korunur; yani elektrik yükünü yaratamaz veya yok edemez ama elektrik alanıyla hesaplayabilirsiniz. İşte statik elektrik ve elektrodinamiğin temeli budur.
Peki atomların net elektrik yükü neden sıfır ve bunlar neden nötrdür? Onu da kuantum mekaniği ile elektron mikroskobunda okuyabilir ve enerji nedir diye sorabilirsiniz. Enerjinin korunumunu ele alıp boşluğun enerjisine göz attıktan sonra alternatif ve doğru akımı anlatan Tesla Gücü’ne geçebilirsiniz. Sonbahar yağmurları başlarken sağlıcakla ve bilimle kalın. 😊
1Counting Photons in Static Electric and Magnetic Fields
2The electromagnetic momentum of static charge-current distributions
BeğenYükleniyor
çamaşır makinesi ses çıkarması topuz modelleri kapalı huawei hoparlör cızırtı hususi otomobil fiat doblo kurbağalıdere parkı ecele sitem melih gokcek jelibon 9 sınıf 2 dönem 2 yazılı almanca 150 rakı fiyatı 2020 parkour 2d en iyi uçlu kalem markası hangisi doğduğun gün ayın görüntüsü hey ram vasundhara das istanbul anadolu 20 icra dairesi iletişim silifke anamur otobüs grinin 50 tonu türkçe altyazılı bir peri masalı 6. bölüm izle sarayönü imsakiye hamile birinin ruyada bebek emzirdigini gormek eşkiya dünyaya hükümdar olmaz 29 bölüm atv emirgan sahili bordo bereli vs sat akbulut inşaat pendik satılık daire atlas park avm mağazalar bursa erenler hava durumu galleria avm kuaför bandırma edirne arası kaç km prof dr ali akyüz kimdir venom zehirli öfke türkçe dublaj izle 2018 indir a101 cafex kahve beyazlatıcı rize 3 asliye hukuk mahkemesi münazara hakkında bilgi 120 milyon doz diyanet mahrem açıklaması honda cr v modifiye aksesuarları ören örtur evleri iyi akşamlar elle abiye ayakkabı ekmek paparası nasıl yapılır tekirdağ çerkezköy 3 zırhlı tugay dört elle sarılmak anlamı sarayhan çiftehan otel bolu ocakbaşı iletişim kumaş ne ile yapışır başak kar maydonoz destesiyem mp3 indir eklips 3 in 1 fırça seti prof cüneyt özek istanbul kütahya yol güzergahı aski memnu soundtrack selçuk psikoloji taban puanları senfonilerle ilahiler adana mut otobüs gülben ergen hürrem rüyada sakız görmek diyanet pupui petek dinçöz mat ruj tenvin harfleri istanbul kocaeli haritası kolay starbucks kurabiyesi 10 sınıf polinom test pdf arçelik tezgah üstü su arıtma cihazı fiyatları şafi mezhebi cuma namazı nasıl kılınır ruhsal bozukluk için dua pvc iç kapı fiyatları işcep kartsız para çekme vga scart çevirici duyarsızlık sözleri samsung whatsapp konuşarak yazma palio şanzıman arızası