manyetizma ve elektromanyetizma

Transkript

DOĞRU AKIM DEVRE ANALİZİ
Ö. ŞENYURT - R. AKDAĞ
DOKUZUNCU BÖLÜM: MANYETİZMA VE ELEKTROMANYETİZMA
Anahtar Kelimeler
Amper-sarım, elektromanyetizma, Faraday kanunu, akı, akı yoğunluğu, indüksiyon, sol el kuralı, Lenz
kanunu, kuvvet çizgileri, manyetik alan, manyetik alan yoğunluğu (H), manyetik kutuplanma,
manyetizma, manyeto-motor-kuvvet (m-m-k), manyetik geçirgenlik katsayısı (), bağıl manyetik alan
geçirgenlik katsayısı ( r), manyetik direnç (relüktans), artık mıknatıslanma, doyma, Tesla, Weber.
Kainattaki en harikulade olay belki de manyetizma ve elektrikle olan ilişkisidir. Günümüz dünyasında
manyetik depolama (bellek uygulamaları) oldukça önemli bir olay haline gelmiştir. Bilgisayarlarda
kullanılan disketler ve sabit diskler, CD ve DVD’ler inanılmaz boyutta bilgi ve belgeyi çok küçük
hacimlerde depolayabilmektedir. Ses ve görüntü kaydetme ve iletme olaylarında da manyetizmanın
uygulamalarını görüyoruz. Manyetizmanın anlaşılması aynı zamanda endüstriyel ölçüm ve denetim
cihazları ile sistemleri konusunda da son derece önemlidir. Elektrik ölçü aletleri, röleler, selenoidler,
manyetik anahtarlar, indüktörler, transformatörler, motorlar, generatörler ve sayamadığımız daha bir
çok cihaz manyetizma ilkelerine göre tasarlanmışlardır. Sizlerde birer teknik eleman olarak çalışma
hayatınızda bu tür cihazların bir çoğunu bizzat kullanacağınızdan manyetizmanın ilkeleri, ölçüm
birimleri, manyetik devreler ve genel olarak elektrik devreleri ile ilişkileri konusunda belli bir yeterliliğe
ulaşmak zorundasınız.
Bu bölümde kazandırılacak yeterliklerden sonra öğrenci;
 Manyetizmayı, manyetik alanı, manyetik kutuplanmayı ve akıyı tanımlar.
 Sürekli mıknatısların manyetik alanlarını çizer.
 Manyetik itme ve çekme kanunlarını öğrenir.
 Manyetik kuvvet çizgileri hakkında en az beş genelleme yapar.
 Akım taşıyan iletkenlerle ilgili alanları tanımlar.
 Sol el kuralını kullanarak elektromıknatısların kutuplanmasını belirler.
 Ölçme, terimler ve simgeler anlamında en az beş tane manyetik birimi ifade eder.
 B-H eğrisini çizer ve anlatır.
 Histerezis döngüsünü çizer ve açıklar.
 Manyetik alanların motor ve generatör etkisini açıklar.
 İndüklenen e-m-k hakkında yeterli bilgi sahibi olur.
 Faraday kanunundaki büyüklükleri ve ilişkilerini açıklar.
 Lenz kanunundaki büyüklükleri ve ilişkilerini açıklar.
TEMEL BİLGİLER
Mıknatıslar 11.yy’ da Çinliler tarafından pusulalarda kullanılmaya başlanmıştır. Daha önceki çağlarda
mıknatıslar ve manyetizma hakkında bilinenler oldukça sınırlıydı. Oysa bugün sürekli mıknatıs adı
verilen malzemelerle manyetizmayı oldukça uzun süreler için kalıcı yapabiliyoruz. Bu tür mıknatıslarda
genellikle sert demir ve demir-nikel alaşımları kullanılmaktadır. Mıknatıslanma kuvveti kaldırıldıktan
sonra manyetik etkilerini kaybeden geçici mıknatıslar da bir çok uygulamalarda kullanılmaktadır.
1800’lü yıllarda elektrikle manyetizma arasındaki ilişkiler keşfedilmeye başlandı. Hans Öersted serbest
sallanan bir mıknatısın akım taşıyan kabloyu aralarındaki mesafe azaldıkça daha çok etkilediğini
buldu. Kablodan geçen akım büyüdükçe karşılıklı bir etkileşim oluşmaktaydı. Kablodan hiç akım
akmıyorken hiçbir etkileşim gözlenmiyordu. Böylece sürekli akımın sürekli manyetik etki oluşturduğu
anlaşıldı. Daha sonraları bu etki alanına manyetik alan dendi. Joseph Henri ve Michael Faraday
değişen akım seviyeleri veya manyetik alanın hareketi ile oluşan başka sonuçlar elde ettiler. Henri bir
iletkenden geçen akım seviyeleri değiştiğinde yakında bulunan ve kapalı akım yoluna sahip bir başka
iletkende akım oluştuğunu gördü. Faraday bir iletken etrafında sürekli mıknatısın hareket ettirilmesi ile
bu iletkende akım oluşturulabileceğini gösterdi. Akım oluşumu kapalı bir akım yolunun varlığını
gerektirse de gerilim indüklenmesi için bunun gerekmediği anlaşıldı.
MANYETİZMAYI TANIMLAYAN TEMEL KANUNLAR VE KURALLAR
Mıknatıs oluşturulduğunda mıknatıs etrafında manyetik alan adı verilen manyetik bir etki alanı oluşur.
Bu manyetik alan ya malzeme içindeki manyetik kuvvetlerin hizalanması ile ya da iletken malzemeden
geçen yüklerin hareketi ile oluşturulur. Manyetik alan akı çizgileri de denilen manyetik kuvvet hatları
içermektedir. Böylece manyetik akı tabiri ile mıknatıs ve manyetik kuvvet hatlarıyla ilgili her şeyi
anlatmış oluruz. Akı için kullanılan simge yunan alfabesinin bir harfi olan Ø’dir ve “fi” diye okunur.
Manyetik alan çizgileri Maxwell birimi ile ifade edilir. Yani 1 manyetik alan çizgisi 1 Maxwell’e 50
manyetik alan çizgisi 50 Maxwell’e eşittir.
Akı konusunda kullanılan bir diğer birim Weber’dir. 1 Akı çizgisinin 1 Maxwell’e eşit olması gibi 100
milyon (108) akı hattı da 1 Weber’e eşittir. Böylece 1 mikroweber (W) 100 hatta veya 100 Maxwelle
eşittir.
Akı yoğunluğu her bir birim yüzeydeki hat sayısıdır.
Şekil 9.1. Mıknatıslanmış ve mıknatıslanmamış durumlar
Mukavva gibi manyetik olmayan malzemeler üzerine demir tozları konursa ve bu mukavva bir çubuk
mıknatısın üzerine getirilip titreştirilirse mukavva üzerinde bulunan demir tozları aşağıdaki şekle göre
dağılacaklardır. Demir tozlarının bu durumda aldığı biçim çubuk mıknatısın manyetik alan çizgilerini
gösterecektir.
Şekil 9.2. Bir çubuk mıknatısın oluşturduğu manyetik alanın demir tozları ile gözlenmesi
Mıknatısların oluşturduğu manyetik alanları daha iyi anlamak için aşağıdaki şekil faydalı olacaktır.
Şekle dikkatlice bakılırsa çubuk mıknatısın her ucunda kuvvet çizgilerinin yoğunlaştığı ve uçlardan
uzaklaştıkça kuvvet çizgilerinin yayıldığı görülecektir.bahsedilen uçlara N ve S isimleri verilmiştir. Bu
uçlar mıknatısın kutuplarıdır. Yani N ucu kuzeyi arayan ve S ucu da güneyi arayan kutuplardır.
Kuvvet çizgilerinin yönünü temsil etmek için kullanılan ifade akı çizgilerinin kuzey kutbundan çıkıp
güney kutbunda mıknatısa tekrar girdiğidir. Mıknatısın içinde akı çizgileri güney kutbundan kuzey
kutbuna doğru yol alacaklardır. Her akı çizgisi kesiksiz bir döngü veya halkadır.
Şekil 9.3. Kuvvet çizgileri
Aşağıdaki şekilde iki tane çubuk mıknatıs kullanılarak aynı kutupların birbirini ittiği ve farklı kutupların
birbirini çektiği gösterilmektedir.
Şekil 9.4. Aynı kutuplar birbirini iter, farklı kutuplar birbirini çeker.
Kuvvet çizgileri ile ilgili kurallar
Buraya kadar anlatılanlara ek olarak aşağıdaki şekil üzerinde ifade edilen ilgili genellemeleri de bilmek
gerekmektedir.
1. Manyetik hatlar süreklidir.
2. Manyetik çizgilerin yönü mıknatısın dışında kuzeyden güneye doğru ve içinde ise güneyden
kuzeye doğrudur.
3. Manyetik hatlar en kısa ve en kolay yolu takip eder.
4. Aynı yöndeki hatlar birbirini iter, fakat toplamsal etki gösterirler, yani bir uçtan bir uca doğru
alanı kuvvetlendirirler. Ters yöndeki hatlar birbirini çeker ve birbirini iptal eder. Bir uçtan bir uca
doğru olan alnı zayıflatır.
5. Manyetik hatlar manyetik olmayan malzemelerin içinden geçer.
6. Kuvvet hatları birbirini kesmez.
Şekil 9.5. Kuvvet çizgileri ile ilgili kurallar
Sürekli mıknatıslar hakkında bazı temel bilgiler
Elektromanyetizma konusuna geçmeden önce sürekli mıknatıslar ile ilgili birkaç noktanın altını
çizmekte fayda vardır.
1) Sürekli mıknatıslar gerçekte sürekli değildirler. Çünkü zaman içinde güçlerini kaybederler veya
yüksek ısı altında, fiziksel olarak dövüldüklerinde mıknatıs özellikleri kalmaz.
2) Çubuk şekli dışında değişik biçimlerde de elde edilebilirler. En yaygın kullanılan türlerden biri
at nalı şeklinde olandır.
Şekil 9.6. At nalı şeklinde mıknatıs
3) Alan çizgilerinin şekli akı için en kolay yola bağlıdır.
Şekil 9.7. Alan çizgilerinin şekli akı için en kolay yola bağlıdır.
4) Mıknatısların depolanması için kullanılan yöntemler alan kuvvetlerinin korunmasına yardım
eder. Mesela çubuk mıknatısların ters kutuplarının birlikte yerleştirilmesi ile veya at nalı
şeklindeki mıknatısların iki ucu arasına yerleştirilen koruyucu bar adı verilen bir manyetik
malzeme ile depolanmaları mıknatıs özelliklerinin uzun süre kalıcı olmasını sağlar.
Şekil 9.8. Mıknatısların kuvvetlerinin korunması
5) Mıknatısın alan çizgileri yolunda manyetik özellikli bir malzeme varsa, mıknatıs bu malzemeye
manyetik özellik kazandırır.
Şekil 9.9. Kazandırılan manyetizma
DOĞAL ELEKTROMANYETİZMA
Akım taşıyan iletken etrafındaki alanın yönü
Akım taşıyan iletkenle manyetik alan arasındaki ilişki Hans Öersted tarafından keşfedilmiştir.
İletkenden geçen akımın yönü ile bu iletken etrafında oluşan manyetik alanın yönü arasındaki ilişki
iletken etrafında hareket ettirilen pusulanın ibre konumunun değişimi ile tespit edilir.
Şekil 9.10. a) Akım taşıyan iletken etrafındaki alan b) Akım taşıyan iletken için sol el kuralı
Yukarıdaki şeklin a kısmında kablonun bir ucu (siyah nokta) gösterilmektedir. Buna göre akım size
doğru gelmektedir. b şeklinde akım yönü ile içinden akım geçen iletken etrafındaki manyetik alan yönü
arasındaki ilişki görülmektedir. Her iki şekil sol el kuralını açıklamaktadır.
Akım taşıyan iletkenler için sol el kuralı
İletkeni baş parmak akım yönünü gösterecek şekilde sol elinizle kavrarsanız iletken etrafındaki
manyetik alan diğer parmaklarınızın oluşturduğu halka yönünde olacaktır.
Bu kural aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi de ifade edilebilir. Bu gösterimde akım ve baş parmağınız
siyah bir nokta ile yönün size doğru olduğunu belirtmek üzere gösterilmiştir. Bu durumda manyetik
alan saat ibresi yönünde olacaktır. Eğer iletkenin içine (+) işareti konmuşsa bunun anlamı akımın
sizden sayfanın içine doğru olduğudur. O zaman manyetik alan yönünün saat ibresinin tersi olduğunu
söyleyebiliriz.
Şekil 9.11. Akım taşıyan iletkenlerin etrafındaki manyetik alanlar
Akım taşıyan paralel iletkenler arasındaki kuvvet
Şekil 9.12. Akım taşıyan komşu iletkenler arasındaki kuvvet
Yukarıda a şeklinde akım yönleri aynı olan iki paralel iletken görülmektedir. Burada iletkenler
arasındaki akı çizgileri birbirine göre ters yöndedir. Bu durumun sonucu akı hatlarının birbirini çekmesi
ve dolayısıyla birbirini yok etmesidir. Kuvvet hatları birbirini kesmediği için manyetik alan örneği
azalacaktır. Bu iki komşu iletkenin manyetik alanın zayıflayan bölümüne veya birbirine doğru hareket
edeceğini gösterir.
Diğer taraftan bu iki komşu iletken aynı yönde akımlara sahip iseler iki iletken arasındaki kuvvet hatları
aynı yönde hareket edeceğinden, akı hatları birbirini iter ve iletkenler ayrı taraflara hareket eder.
Çok sarımlı sargı etrafındaki alan
Aynı yönde akım taşıyan iletkenlerin kendi alanları daha büyük ve daha güçlü alanlar haline dönüşür.
Bu durum yukarıdaki şekilde gösterilmektedir.
Akım taşıyan bir iletken bir sargıda olduğu gibi çok sayıda sarımdan oluşacak şekilde yapılırsa, sargı
civarında, sargının komşu sarımlarının birleşimi ile elde edilen alan sayısı kadar büyük bir alan
oluşturacaktır.
Şekil 9.13.Daha güçlü “birleştirilmiş” alan
Şekil 9.14. Sargının kuvvet alanı ve manyetik kutuplanmanın belirlenmesi
Yukarıdaki şekilde sürekli çubuk mıknatısta olduğu gibi sargının kuzey ve güney manyetik kutuplara
sahip olduğu ve bunların nasıl belirlendiği de gösterilmiştir. Bir elektromıknatısın manyetik
kutuplanması diğer bir sol el kuralı ile belirlenebilir.
Elektromıknatısların kutuplanmasını belirlemek için sol el kuralı
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi sargıyı sol elinizle kavrayan parmaklar akım yönünü gösterecek
şekilde halkalarsanız baş parmağınız kuzey kutbunu gösterecektir.
Şekil 9.15. Elektromıknatısların kutuplanmasını belirlemek için sol el kuralı
Bir elektromıknatısın alan kuvvetini etkileyen etkenler
Buraya kadar anlatılanlardan elektromıknatısın kuvveti ile sarım sayısının ilişkisi olduğunu tahmin
edebilirsiniz. Yani sargıların birim uzunluğundaki sarım sayısı arttıkça manyetik alanın kuvveti de
artacaktır.
Şekil 9.16. Elektromıknatısın kuvvetini belirleyen etkenler
Ayrıca iletkenden geçen akımın miktarı manyetik kuvveti doğrudan etkileyecektir. Daha fazla akım
birim zamanda daha fazla yükün taşındığı anlamına gelmektedir. Sargının kesit alanı büyüdükçe
kuvvet de artacaktır.
Akı çizgilerinin yolu üzerindeki malzemenin karakteristikleri de elektromıknatısın kuvvetini
etkileyecektir. Eğer bu malzeme manyetik özelliğe sahipse manyetik olmayan malzemeye göre çok
daha büyük bir kuvvet ortaya çıkacaktır.
Manyetik yolun uzunluğu da kuvveti etkilemektedir. Mesela x uzunluğu için 100 sarımlı bir sargımız
olsun. Eğer bu 100 sarımı 2 x uzunluğunda sararsak sarımlar birbirinden uzaklaşacağı için kuvvet
azalacak, yani daha az bir mıknatıslanma kuvveti elde edilecektir.
Özetle alan kuvveti;
1)
2)
3)
4)
5)
Sargıdaki sarım sayısı
Sargıdan geçen akımın değeri
Sargının kesit alanı
Malzemenin manyetik özellikler açısından türü
Sargının uzunluğu (birim uzunluk başına asrım sayısı) ile değişecektir.
Manyetizma ve elektromanyetizma ile ilgili bazı önemli konular
1) Aynı kutuplar iter, farklı kutuplar çeker.
2) İtme veya çekmenin miktarı kutupların birbirine yakınlığı ve kuvvetlerine bağlıdır. İtme ve
çekme kutupların kuvveti ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin (d) karesi ile ters orantılıdır.
Kuvvet=(birinci kutbun gücü).(ikinci kutbun gücü)/d2
3) Mıknatısın gücü (kuvveti) manyetik alanın birim kesit alanındaki akı çizgilerinin sayısı ile
orantılıdır.
4) Mıknatısın dışındaki manyetik çizgiler kuzey kutbundan güney kutbuna doğru yol alırlar.
Şekil 9.17. Bazı önemli manyetik özellikler
5) Akı yolunun karakteristikleri verilen mıknatıslanma kuvveti tarafından ne kadar akının
oluşturulduğunu belirler. Bu yüzden eğer akı yolu hava, vakum veya manyetik olmayan
malzeme ise daha az akı oluşur. Ama bu yol manyetik bir malzeme olduğunda akı hatları daha
kolay oluşacaktır.bunların sonucu olarak manyetik bir yola hava boşluğu girdiğinde alanın
manyetik kuvvetinin azalacağını söyleyebiliriz.
6) Manyetik alan akı çizgilerinin şekli yol üzerindeki malzemelerin özellikleri ile kontrol edilir. Yani
kuvvet hatları kendilerine en az zorluk (relüktans ya da manyetik direnç) yolu takip ederler.
7) Elektrik devrelerindeki ohm kanunu ile manyetik devreler arasında bir ilişki kurulabilir. Ohm
kanununa göre bir devreden geçen akımın miktarı devreye uygulanan e-m-k’nın miktarı ile
doğru orantılı ve akım akışına zorluk gösteren direnç değeri ile ters orantılıdır. Manyetik
devrelerde ise manyetik devreden geçen akı çizgilerinin sayısı mıknatıslanma kuvvetinin
değeri ile doğru orantılı, akı çizgilerine zorluk gösteren etki ile ters orantılıdır. Manyetik
devrelerdeki akıya karşı gösterilen bu zorluğa manyetik direnç veya relüktans denir ve  ile
gösterilir.
MANYETİZMANIN BAZI UYGULAMALARI
Şekil 9.18. Manyetik uygulamaların kullanıldığı bazı ürünler
Şekil 9.19. Disketlerin yapısı
Bilgisayar disketlerinde bilgiler iz ve sektör formatında depolanmaktadır. Böylece istenilen döngüdeki
istenen bilgiye manyetik olarak belleğe yerleştirildikleri için ulaşılabilmektedir.
Ses kasetlerinde ses dalgaları kayıt kafasında elektrik işaretlerine dönüştürülmektedir. Bu durumda
manyetik örnekler elde edilmektedir. Kaydedilen sesin çalınması sırasında bu işlemin tersi olmaktadır.
Tabii arada sesi işleyen bazı devre yapıları da vardır.
Video kasetlerinde benzer fakat daha karmaşık işlemler kullanılmaktadır. Her iki durumda da ses ve
video işaretleri manyetik olarak depolanmaktadır.
Şekil 9.20. Ses, video veya sayısal verilerin kaydedilmesi ve okunması için manyetizmanın
kullanılması
Endüstriyel cihazlar
Endüstride oldukça fazla sayıda elektromanyetik cihaz kullanılmaktadır. Bunların en bilinenleri röleler,
kontaktörler, selenoidler ve manyetik anahtarlardır. Günümüzde düşük güçlü uygulamalarda elektromekanik röle ve selenoidlerin yerini katı hal anahtarlama cihazları alıyor olsa da bu tür cihazlar yine de
yaygın olarak kullanılmaktadır. Rölelerin kontakları elektromanyetik çekirdeklerinden akımın geçip
geçmemesine bağlı olarak açık veya kapalı durumlar arasında konu8m değiştirmektir. Selenoidlerdeki
hareketli çekirdek elektrik enerjisini miktarına bağlı olarak konumunu değiştirmektedir.
Dönüştürücülerde, valflerde ve pek çok iletim sürecinde başka uygulamalar için yaygın olarak
kullanılmaktadır.
Şekil 9.21. Çok bilinen bazı elektromanyetik cihazlar
Endüstride çalışan teknik elemanlar çalışmaları manyetizma ve elektromanyetizmaya bağlı olan ölçüm
cihazları veya enstrümanlarını sıklıkla kullanmaktadır.
Şekil 9.22. a) Arabalarda kullanılan kontak rölesi b) Tek kontakla düşük güçle yüksek güçlü cihazı
kontrol eden röle
Manyetizma ve elektromanyetizmanın bir diğer önemli kullanım alanı motor ve generatörlerdir.
Motorlarda elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülmektedir. Selenoidlerde doğrusal bir hareket
elde edilirken motorlarda genellikle dönme hareketi elde edilmektedir. Generatörler mekanik enerjiyi
elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır.
Transformatörler elektromanyetizmanın diğer bir uygulaması olup değişken akımlı sistemlerde ayrıca
anlatılacaktır.
ÖNEMLİ MANYETİK BİRİMLER, TERİMLER, SİMGELER VE DENKLEMLER
Daha önce akı çizgisi veya kuvvetin manyetik çizgisi için maxwell ve 10 8 akı çizgisine eşit olduğunu
söyleyerek Weber birimlerini kullanmıştık.
Günlük hayatta fiziki boyutlar hacim, ağırlık, hız vb için birçok birim kullanmaktayız. Elektronik
sahasında da kendine özgü birçok birimin varolduğunu biliyoruz. CGS birim sisteminde uzunluk için
cm, ağırlık için gr ve zaman için saniye kullanılmakta olup bu ü birimin baş harfleri birleştirilerek CGS
adı elde edilmektedir. Bununla beraber 1960’lardan sonra uzunluk için metre, ağırlık için kilogram,
zaman için saniye ve elektriki akım için Amperin kullanıldığı MKSA birim sistemi kullanılmaya
başlanmıştır. Bu sistem milletlerarası çalışmalarda genel kabul gördüğünden İngilizce adının ilk harfleri
ile SI birim sistemi olarak ta bilinmektedir.
Temel manyetik devre
Aşağıdaki tabloda manyetik birimler, simgeler ve denklemler verilmiştir. Teknik elemanlar bu çizelgede
verilenlerle ilgilenmek zorunda kaldıkları pek çok uygulamayla karşılaşmaktadırlar. Ohm kanununun
manyetik eş değeri olan ve Rowland kanunu olarak bilinen manyetik ifadeler bir sonraki tabloda
verilmiştir.
Çizelge 9.1. Manyetik birimler, simgeler ve formüller
Çizelge 9.2. Rowland kanunu
B, H ve manyetik geçirgenlik etkenleri arasındaki ilişkiler
M-m-k in birim uzunluktaki değeri veya manyetik alan yoğunluğu diye tarif edilen H , verilen manyetik
ortamdaki akı yoğunluğunu veya birim alandaki akıyı üreten etkendir. Verilen bir H için B’nin miktarı
akı yolunun manyetik geçirgenliği ile doğru orantılıdır. Vakum ortamı için bu ifade şöyle olacaktır.
0=B / H
B=0 x H
H=B / 0
Örnek
100 sarımlı bir sarıdan 5A geçiyorsa m-m-k ne kadardır?
Çözüm
m-m-k=N . I=100 . 5 = 500 Amper-sarım
Örnek
Yukarıdaki örnekte sargının uzunluğu 0,1 metre ise manyetik alan yoğunluğu nedir?
Çözüm
H=amper-sarım / metre = 500 / 0,1 = 5000 Amper-sarım/metre
Örnek
Kesit alanı 0,002 m2 olan kuzey kutbundan gelen 10000 çizgi varsa SI birim sisteminde akı yoğunluğu
ne olur?
Çözüm
Ø = hat sayısı / 108 = 104 / 108 = 10-4
B= Ø / A =10-4 / 0,002 = 0,05 Tesla
Örnek
Bağıl geçirgenliği 2000 olan bir malzemenin SI birim sisteminde mutlak geçirgenliği nedir?
Çözüm
=0 x r =12,57.10-7 x 2000 = 2514.10-6
Örnek
Metrekare başına 100 Weber akı varsa akı yoğunluğu Tesla cinsinden ne olur?
Çözüm
B=100Weber / 1m2 = 100 Tesla
Örnek
Eğer bir manyetik devre 2mm genişliğinde ve kesit alanı 5cm 2 olan bir hava boşluğuna sahipse
boşluğun relüktansı ne olur?
Çözüm
Hava için r =1 olduğundan  = l / A = 2.10-3 / 12,57.10-7 .5.10-4 = 31,82.105 SI birimi
Örnek
Eğer bir sargının bilinmeyen bir çekirdek malzeme kullanıldığında akı yoğunluğu 3000 Weber ve
çekirdek olarak hava kullanıldığında akı yoğunluğu 1000 Weber ise bilinmeyen malzemenin bağıl
manyetik geçirgenliği nedir?
Çözüm
r=(Bilinmeyen çekirdekle akı yoğunluğu) / (Çekirdek olarak hava ile akı yoğunluğu) = 3000 / 1000 = 3
ÇEKİRDEK MALZEMELERLE İLGİLİ BAZI ÖNEMLİ BİLGİLER
Elektromanyetizma ile ilgili ilkeleri kullanan pek çok devre elemanı ve cihazla çalışacağınız için
çekirdek malzemeler hakkında diğer bazı bilgilere de ihtiyacınız olacaktır. Verilen bir mıknatıslama
kuvveti için sargıda manyetik alan gücü çekirdek hava olduğunda ferromanyetik maddeden yapılmış
çekirdeğe göre daha zayıf olacaktır.
Şekil 9.23. Çekirdek malzemelerin etkileri
Ayrıca malzemenin manyetik özellikleri mıknatıslanmanın derecesi ile değişmektedir. Bu yüzden
mıknatıslanma kuvvet alanı yoğunluğu H ile, üretilen akı yoğunluğu B arasındaki ilişki sabit değildir.
B-H EĞRİSİ
Manyetik malzeme üreticileri kullanıcıların istenen amaca uygun malzemeleri seçebilmeleri için gerekli
verileri sunmaktadırlar. Bunun için kullanılan en önemli veri B-H eğrisi ya da mıknatıslanma eğrisidir.
Şekil 9.24. B-H eğrisi
Yukarıdaki şekilde verilen B-H eğrisine bakılırsa mıknatıslanma yoğunluğu H arttıkça akı yoğunluğu
B’nin de doğrusal olmayan bir ilişkiyle arttığı görülecektir. Bu eğriden bazı önemli sonuçlar çıkarılabilir.
1) Mıknatıslanma süresince (sürekli çizgi) sargıdan geçen akımın artışıyla H da artmakta , ama
S gibi bir noktaya erişildikten sonra H’taki ilave artışlar akı yoğunluğunu (B) arttırmamaktadır.
Bunun sebebi çekirdeğin doyma denilen duruma erişmesidir. S ile gösterilen bu noktada
çekirdek daha fazla akı çizgisi içeremez.
2) Manyetizmanın azaltılması süresince (sargıdan akan akımın sıfır değerine azaltılması
sırasında) kesikli çizgi ile gösterilen hat diğer bazı ilginç karakteristikleri beraberinde taşır.
a) sargıdan akan akım sıfır olduğunda H sıfıra erişir. Bu durumda kalıcı veya artık
mıknatısıyet yüzünden çekirdekte bir miktar akı yoğunluğu (B) kalır. Bu miktar eğrinin
sıfır noktasından düşey yönde büyük R noktasına kadar olan uzaklıkla gösterilir (0-R)
b) artık mıknatıslanmayı kaldırmak ve çekirdekteki manyetizmayı sıfıra düşürmek için
yatay eksende gösterilen sıfır noktasından C noktasına kadar olan miktara eşit
miktarda ve ters yönde mıknatıslanma yoğunluğu gerekecektir. Bu değer çekirdeğin
kalıcı veya artık mıknatıslanmasını yok etmek için ihtiyaç duyulan zorlayıcı kuvvetin
miktarını vermektedir.
Farklı malzemelerin manyetik özelliklerini göstermek için kullanılan bazı B-H eğrileri aşağıdaki şekilde
verilmiştir. Şekle baktığınızda farklı malzemelerin farklı akı yoğunluğu seviyelerinde (B) doymaya
gittiğini göreceksiniz. Yukarıda da söylendiği gibi doyma oranı H’taki artışın B’de kayda değer bir artışa
yol açmadığı durumda oluşmaktadır.
Şekil 9.25. Farklı metaller için mıknatıslanma eğrileri
HİSTEREZİS ÇEVRİMİ
Bir diğer faydalı çizge (grafik) histerezis çevrimidir. Bu çevrim sargısından geçen bir yöndeki akımla
çekirdeğin doymaya gitmesi durumunda ne olduğunu tanımlar. Daha sonra akım yönü ters çevrilir ve
ters kutuplanmada çekirdek doymaya gidene kadar arttırılır. Bu olaylar sürekli olarak tekrar edilirse
aşağıdaki şekilde gösterilene benzer bir sonuç elde edilir. Bu arada sargıya değişken akım
uygulandığını belirtelim. Histerezis kelimesinin anlamı “geri kalma”dır. Bu çizgede de gösterildiği gibi
akı yapısı mıknatıslanma kuvvetindeki değişimin gerisinde kalmaktadır.
Şekil 9.26. Histerezis çevrimi
Bu çizgeden elde edilen bazı önemli bilgiler şunlardır:
1) A ve B noktaları H’nin sıfır değerinden çekirdeğin doymaya erişmesine kadar ilk
mıknatıslanmayı temsil etmektedir.
2) B ve C noktaları H’nin en büyük seviyesinden sıfır değerine kadar değişmesi sırasındaki akı
yoğunluğu azalmasını temsil etmektedir. A ve C arasındaki düşey mesafe çekirdekteki artık
mıknatıslanmanın miktarını vermektedir.
3) C ve D noktaları sıfıra dönüş ve ters kutuplanma yönünde H uygulandığında akı yoğunluğu
azalmasını göstermektedir. A ve D arasındaki yatay mesafe zorlayıcı kuvveti temsil eder.
4) D ve E noktaları ilk mıknatıslanmadan ters yöndeki kutuplanma sonrasında çekirdek
doymasına kadar akı yoğunluğunun yapısını temsil etmektedir. A ve I noktaları arasındaki
toplam yatay mesafe doyma için gereken H değerini vermektedir. Çizgenin düşey ekseni
gereken akı yoğunluğu miktarını (B) göstermektedir.
5) E ve F noktaları H’nin en büyük değerinden o kutuplanma için sıfıra kadar değişmesi sırasında
akı yoğunluğundaki azalmayı göstermektedir. Artık mıknatıslanma A noktasından F noktasına
kadar olan bölümle ifade edilmiştir.
6) F ve G noktaları kalıcı mıknatıslığın üstesinden gelen ters H’nin zorlayıcı kuvveti yüzünden
sıfıra doğru düşen akı yoğunluğunun azalmasını göstermektedir. Zorlayıcı kuvvet A
noktasından G noktasına kadar olan kısımdır.
7) G noktasından B noktasına gidilerek çevrim tamamlanmaktadır. Asıl yöndeki doymaya kadar
B’nin artışı görülmektedir. Çevrimin bu parçası için B’den H’ye kadar olan düşey mesafe
doymadaki akı yoğunluğu değeridir.
8) Histerezis çevriminin iç alanı mıknatıslanma, mıknatıslığı kaybetme, ters yönde mıknatıslanma
ve tekrar bu mıknatıslığı kaybetme süreçlerinden oluşan çekirdek kayıplarını verir. Bu kayıplar
çekirdekte ısınma ile ortaya çıkmaktadır. Zira sargıya uygulanan değişken akım ile manyetik
alandaki hizalanma sürekli olarak değişmektedir. Çekirdek kayıpları ayrıca ele alınacak bir
konudur.
Geldiğimiz bu noktada malzemelerin nasıl mıknatıslandırıldıklarını ve bu mıknatıslanmanın nasıl
kaldırıldığını merak ediyor olmalısınız. Bunun bir yolu H’nin her iki yönde yavaş yavaş azaltıldığı bir
histerezis çevrimine malzemeyi koymaktır. H’deki azalmayı sağlamak için büyük bir değişken akım
mıknatıslanma yok edici sargı kullanmak ve malzemeyi bu sargının içine yerleştirmek iyi bir yoldur.
Malzeme değişken akımla enerjilenen bu sargıdan yavaş yavaş çekilmelidir. Televizyon tekniğinde
renkli resim tüplerinin mıknatıslanmalarının kaldırılması için buna benzer sargılar kullanılmaktadır.
Şekil 9.27. Mıknatıslanmayı kaldıran sargı örneği
İNDÜKSİYON VE İLGİLİ ETKİLERİ
Motor etkisi
Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren cihazlardır. Bildiğiniz gibi kuvvet alanları aynı
yönde ise birbirini itmekte, farklı yönde ise birbirini çekmektedir. Bu gerçeğin önemli bir uygulaması
motorlarda kullanılmaktadır. Konuyu daha iyi anlatmak için manyetik alan içine yerleştirilen akım
taşıyan iletken örneğini kullanalım.
Şekil 9.28. İletken üzerinde motor etkisinin gösterilmesi.
Yukarıdaki şekil için şunları söyleyebiliriz :
1) Mıknatısın akı çizgilerinin yönü kuzeyden güneye doğrudur.
2) Akım taşıyan iletkenin akı çizgilerinin yönü sol el kuralı ile belirlenebilir.
3) İletkenin akı çizgileri ile mıknatısın kuvvet çizgilerinin etkileşimi iletkenin üstündeki hatlarda
itme (çünkü yönleri aynı) ve iletkenin altındaki bölgede çekme (çünkü yönler farklı) şeklinde
olacaktır. Bu yüzden alt taraftaki alan zayıflayacaktır. Bunun soncu iletkenin aşağıya doğru
iletilmesidir. Bir diğer ifade ile iletkenin üstündeki bölgede mıknatıs ve iletkenden geçen
akımın oluşturduğu hatlar birbirine yardım ederken alttaki bölgede birbirini yok etmeye
çalışmaktadır.
4) İletkeni aşağı itmeye çalışan kuvvetin miktarı her iki alanın gücüne bağlıdır. İletkenden geçen
akım arttıkça oluşan alanın gücü de artar. Aynı şekilde mıknatısın akı yoğunluğu arttıkça
oluşturacağı alan da daha güçlü olacaktır.
5) Daha güçlü bir motor etkisi elde etmek için bir diğer yol iletkenin bir armatür gibi çok sarımlı bir
sargıya dönüştürerek amper-sarım miktarını ve dolayısıyla oluşacak alanın gücünü
arttırmaktır. Bu durum aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 9.29. Bir armatür sargısı ile daha güçlü bir motor etkisi elde edilebilir.
6) Aşağıdaki şekle bakalım.iletkenden geçen akım ters çevrildiğinde veya mıknatısın kutupları
değiştirildiğinde motor etkisinin yönü de ters dönecektir. Bu değişiklikler her iletken hem de
mıknatıs için aynı anda yapılırsa yönde bir değişme olmayacaktır.
Şekil 9.30. Akım ve alanın yönünün değiştirilmesinin etkileri
Generatör etkisi
Generatör etkisi ile anlatılmak istenen mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesidir.
Elektrikle manyetizma arasındaki ilişkiyi önceki konularda ele almıştık. Elektromanyetik indüksiyon
aradaki bu bağı ifade etmektedir. Faraday tarafından gözlenen fiziksel olayı tekrar hatırlayalım :
Manyetik akıyı kesen bir iletkende eğer iletken kapalı bir yola sahipse bir e-m-k indüklenecektir. Aynı
şekilde kapalı bir yola sahip iletken kuvvet çizgileri kesildiğinde de iletkende bir e-m-k oluşacaktır. Öz
olarak bu ikisi arasında (iletkenle manyetik akı çizgileri arasında) bağıl bir hareket olduğunda e-m-k
indüklenmektedir.
Aşağıdaki şekle bakarak aşağıdakileri söyleyebiliriz:
1) Manyetik alanın yönü kuzeyden güneye doğrudur.
2) Mıknatısın manyetik alanına göre iletkenin fiziki hareket yönü yukarı doğrudur.
3) Gösterilen yönde iletkenin bu alanı kesmesi durumunda oluşacak akımın yönü size doğrudur.
Aslında akım taşıyan iletkenler için sol el kuralı akım yönünün bu şekilde olacağını
gösterecektir. Mesela parmaklarınızı akı yönünde kuzeyden güneye doğru uzatırsanız ve dört
parmağınızla iletkeni manyetik alandaki bükülmeye uyacak şekilde kavrayıp başparmağınızı
dışa doğru uzatırsanız iletkende üretilecek akımın yönü ile baş parmağınızın yönü aynı
olacaktır.
4) Eğer iletken alanın yukarısına değil de aşağısına doğru hareket ediyorsa oluşan akım ters
yöndedir. Sol el kuralını parmaklardan dördünü yine manyetik alandaki bükülmeye uyacak
şekilde kullanarak bu durumu rahatlıkla görebilirsiniz.
5) Eğer alana göre iletkeni daha hızlı hareket ettirirsek oluşacak akım veya e-m-k daha yüksek
olacaktır. Çünkü bu durumda birim zamanda kesilen çizgi sayısı artacaktır.
Şekil 9.31. Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi
İletkenin akı çizgilerini kesmesi ile e-m-k oluşması ve böylece kapalı bir yola sahip iletkende akım
akışının üretilmesi gerçekten merak uyandıracak bir konudur. Daha önce kablodaki elektronların her
birinin manyetik alanlarının belirtilmesi ile hizalanmaları elektron akışı ve akımın oluşması anlatılmıştı.
Eğer iletken kapalı bir yola sahip değilse akım yolunu tamamlayamayacağından iletkenin bir tarafında
elektron fazlalığı (negatif yüklü), diğer tarafında ise elektron azlığı (pozitif yüklü) sonucuna
ulaşılacaktır. Böylece indüklenen bir e-m-k ya sahip oluruz. Eğer iletken kapalı bir devre üzerinde ise
indüklenen bu e-m-k akım akışına yol açacaktır.
İndüklenen gerilimin değerini belirleyen etkenler şunlardır :
1)
2)
3)
4)
Akının miktarı
Akı tarafından kesilen sarımların sayısı
Akının kesme açısı
Bağıl hareketin hızı
FARADAY KANUNU
Faraday kanunu kesen akının (Ø) hızına bağlı oranda e-m-k indükleneceğini ifade eder.
VİND=Ø / T
Burada VİND indüklenen e-m-k, Ø/T ise akının kesme hızıdır. SI birim sisteminde tek bir iletken 1
Weberlik (108) çizgi akıyı 1 saniyede keserse indüklenen gerilim 1 Volttur. Aynı şartlarda iki sarımlı bir
sargı için gerilim 2 Volt olur. Burada kullanılan  simgesi gerçekleşen değişimin miktarını
anlatmaktadır. Bazı durumlarda bu durum d harfiyle de ifade edilir.
VİND=N.dØ / dt
Burada N sarım sayısı, Ø Weber cinsinden akı ve t de saniye cinsinden zamandır.
Eğer 100 sarımlı bir sargı saniyede 3 Weberlik akıyı kesiyorsa indüklenen gerilim 100 x 3 = 300V’tur.
Aynı şekilde 3.108 akı çizgisi her saniye 100 sarımlı bir sargıyı kesiyorsa indüklenen gerilim 300V’tur.
Generatörleri ayrıntıları ile anlatacak olmasak da manyetik alanda döndürülen bir iletken kangalı
bilmek gerekecektir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi iletkenler akı çizgilerini uygun açılarda kestikleri
zaman en yüksek değerde gerilim indüklenecektir. Bu kangal 90 dereceden daha küçük açılarda iken,
yani 90 dereceden sıfır dereceye doğru açı azalacak şekilde hareket ediyorken indüklenen gerilim de
aynı oranda azalacaktır. Açı sıfıra indiğinde yani akı çizgileri ile kangal paralel olduğunda gerilim sıfıra
düşecektir.
Şekil 9.32. En büyük ve en küçük değerde gerilimlerin indüklendiği durumlar
Şekil 9.33. Kangalın bir tam dönüşü sırasında oluşan çıkış gerilimini değiştirmek.
İletken kangal ile akı çizgileri paralel olduğunda kangalda indüklenen gerilim en az, yani sıfır
değerinde olduğu gibi bu açı 90 derece olduğunda indüklenen gerilim en büyük değerinde olacaktır.
Sıfır ve 90 derece arasında değişen kangal konumu için indüklenen gerilim de sıfır ve en büyük değeri
arasında değişecektir.
LENZ KANUNU VE MOTORLARLA GENERATÖRLERİN KARŞILIKLI ETKİLERİ
Lenz kanunu
Bildiğiniz gibi enerji dönüşümü ile herhangi bir şey için başka bir şey elde edilmek istenmektedir.
Mesela generatördeki motor etkisi durumunda generatör ile elektrik enerjisi üretmek için ters yöndeki
motor etkisi kuvvetinin üstesinden gelmek ve armatür milini döndürmek üzere mekanik bir enerji
uygulamamız gerekecektir. Sonuç olarak indüklenen akım ve bu akımın oluşturduğu alanlar söz
konusudur.
Lenz kanunu, üretilen gerilim veya akımın kendisine sebep olana karşılık koyma eğiliminde olan
yönünü anlatır. Yani bir devredeki akı değişimi veya devredeki elektro-motor- kuvvet veya akımdaki
değişme bu değişime ters yönde bir alan oluşturur.
Aşağıdaki şekilde elektromıknatıs ve akım taşıyan iletkenler için sol el kuralını kullanalım. Mıknatıs
sargı içinde aşağıya doğru hareket ettirildiği zaman oluşan akım sargının üst tarafında kuzey kutbu
oluşturur. Asıl akımın yol açtığı sargının akı bağlantısı mıknatısın kuzey kutbunu çeker. Bir diğer
anlatımla mıknatısı sargının içine hareket ettirmek için kullandığımız kuvvet kadar, oluşan akım
tarafından harekete ters yönde bir alan üretilir. Lenz kanunu ile ifade edilen tersinden de anlatılabilir.
Mıknatısı sargının dışına çektiğimiz zaman oluşan akım ters yöndedir, sargının üst tarafında güney
kutbu oluşturur ve mıknatısı ters yönde geri çekmeye çalışır. Manyetik kutuplanma Lenz kanununa
göre tanımlanabilir.
Şekil 9.34. Lenz kanunu
Generatördeki motor etkisi
Generatörler mili hareket ettiren mekanik enerjiyi generatör çıkışındaki elektrik enerjisine
dönüştürürler. Bildiğiniz gibi generatörün alan mıknatıslarının manyetik alanı içinde generatör sargıları
hareket ettirildiğinde bu sargılarda faraday kanununa göre gerilim indüklenmektedir. İndüklenen gerilim
sonucunda sargıların dahil olduğu kapalı devre boyunca bir akım akışı oluşacaktır. Oluşan bu akım
içinden geçtiği iletkenlerin etrafında kendine sebep olan harekete karşı yönde bir manyetik alan
oluşturur.
Şekil 9.35. Generatördeki motor etkisi
Motordaki generatör etkisi
Aşağıdaki şekilde iletkenden geçirdiğimiz akım motor etkisi yüzünden kangalı saat ibresi yönünden
döndürmektedir. Kangal saat ibresi yönünde döndüğünde kangalın sol tarafı akının üst tarafına,
kangalın sağ tarafı da akının alt tarafına hareket edecektir. Kangal ve akı çizgileri arasında bir hareket
söz konusu olduğu sürece indüklenen bir gerilim veya akım da var olacaktır. Oluşan bu akım motor
armatürünün saat ibresi yönünde çevirmeye çalışan akıma göre ters yöndedir. Bu durum Lenz kanunu
ile ilgilendirilerek motor içindeki generatör etkisi olarak ifade edilir.
Şekil 9.36. Akının kesilmesi ile üretilen akı motoru döndüren akıma göre ters yöndedir ve bu durum
motordaki generatör etkisi olarak bilinir.
MANYETİZMAYLA İLGİLİ DİĞER KONULAR
Manyetizmayla ilgili bazı genel konuların ifade edilmesinde fayda görülmektedir. Ele alınacak diğer
konular şunlardır:
1)
2)
3)
4)
5)
Toroid sargısı ( kapalı manyetik yol)
Manyetik kalkan
Kutup parçaları yolu ile alanların şekillendirilmesi
Hall etkisi
Malzemelerin özel sınıflandırılması.
Toroid sargısı
Toroidler can simidi şeklinde olup yumuşak demir, ferromanyetik veya düşük relüktanslı ve yüksek
manyetik geçirgenliğe sahip malzemelerle yapılmışlardır. Sargı, akı çizgilerini kendi içinde
hapsedeceğinden (hava boşluğu olmadığından) akı hatları son derece verimli olarak taşınacaktır.
Sadece çok az miktarda bir kaçak akı olabilir. Bu yüzden nesne civarında manyetik etkiler hemen
hemen hiç oluşmayacaktır. Aynı zamanda kendi iç alanı yakınlarda bulunan diğer manyetik alanlardan
oldukça az etkilenecektir.
Bir diğer ilginç durum toroid tasarımında hiç kutup bulunmamasıdır. Bununla beraber şeklin bir kısmı
açılarak bir hava boşluğu oluşturulduğunda bu hava boşluğunun her iki tarafında kuzey ve güney
kutbu oluşacaktır.
Şekil 9.37. Toroid sargısı
Manyetik kalkanlar
Bildiğiniz gibi manyetik alanlar manyetik olmayan malzemeleri etkiler. Elemanları, cihazları korumak
için manyetik kalkanlar kullanılır. Yüksek manyetik geçirgenlikli yumuşak demirden bir duvar kullanmak
kalkan işlevi için faydalı olmaktadır. Aslında bu işlemle yapılan akı çizgilerinin ilgisini düşük relüktanslı
yola çekerek diğer malzemeleri korumaktan ibarettir. Bu tür kalkanların önemli bir uygulaması elektrik
ölçüm cihazlarında görülmektedir.
Şekil 9.38. Manyetik kalkan kavramı
Kutup parçaları yolu ile alanların şekillendirilmesi
Aşağıdaki şekilde kullanılan kutup parçaları ile kutuplar arası bölgede hava boşluğundaki alan daha
doğrusal yapılmakta ve hava boşluğunun her tarafında akı yoğunluğunun aynı kalması
sağlanmaktadır. Bu tür bir kontrol çok sayıda uygulamada oldukça faydalı olmaktadır.
Şekil 9.39. Bir alanı doğrusallaştırmak için kutup parçalarının kullanılması
Hall etkisi
Şekil 9.40. Hall etkisi
Yukarıdaki şekilde Hall etkisi gösterilmektedir. Keşfeden bilim adamının soy adı ile anılan bu etkiye
göre akım taşıyan bir malzeme harici bir manyetik alan içinde bulunursa bu malzemenin karşı
yüzeylerinde küçük bir gerilim oluşmaktadır.
Şekilden de görüldüğü gibi akım, alan akı çizgileri ve potansiyel farkın oluştuğu yüzeyler arasındaki
konum ilişkisine göre gözlenen etki için şunlar söylenebilir.
1) Akı iletken üzerinden akan akımın yönüne diktir. Oluşan gerilim akı yoğunluğu (B) ile doğru
orantılıdır.
2) Eğer akım iletkenin uzunluğu boyunca akıyorsa iletkenin genişliği boyunca veya tarafları
arasında hal gerilimi (VH) oluşur.
İndium-arsenid, Hall etkisi yoluyla akı yoğunluğunu ölçmek için kullanılan gaussmetreler gibi
cihazlarda yararlanılan bir yarı iletken malzemedir. Birim akı yoğunluğu için yüksek değerde V H
geriliminin elde edildiği bir malzeme olduğu için tercih edilmektedir. Hall etkisi gerilimi ile akı yoğunluğu
doğru orantılı olduğu için proba bağlı ölçü aleti ilgili alandaki akı yoğunluğunu göstermek üzere kalibre
edilebilir. Bu durum aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Şekil 9.41. Akı yoğunluğunun ölçülmesi için Hall etkisinin kullanılması.
Malzemelerin özel sınıfları
Bu bölümde yüksek manyetik geçirgenliğe sahip olan ve güçlü bir şekilde mıknatıslandırılabilen
ferromanyetik malzemeler üzerinde durduk. Bu tür malzemelerin örnekleri demir, çelik, nikel ve bazı
alaşımlardır. Malzemelerin diğer sınıfları şunlardır:
1) Paramanyetik malzemeler zayıf manyetik özelliklere sahiptir. Bunların örnekleri alüminyum ve
kromdur.
2) Diyamanyetik malzemelerin manyetik geçirgenlikleri 1’den küçüktür ve manyetik alan yönüne
dik hizalanırlar. Bunların örnekleri cıva, bizmut, antimon, bakır ve çinkodur.
3) Ferritler toz haline getirilip sıkıştırılmış malzemeler olup manyetik geçirgenlikleri yüksek, fakat
elektriki dirençleri de yüksek olduğundan yüksek frekans uygulamalarında kullanıldıklarında
I2.R ifadesine bağlı eddy akımı kayıplarını en aza indirirler. Bu malzemelerin örnekleri nikelferrit, nikel-kobalt-ferrit’dir. Bildiğiniz gibi eddy akımları çekirdek malzeme içinde oluşan ve
istenmeyen I2.R kayıplarına yol açan akımlardır.
Bu bölümde anlatılanları özetlersek;
Mıknatıs demir, bakır gibi bazı malzemeleri çeken bir nesnedir. Doğal olabileceği gibi demir, çelik gibi
malzemelerde üretilen kalıcı veya sürekli mıknatıs türünde de olabilir. Ayrıca akım taşıyan bir sargı
civarında bulunan yumuşak demir gibi malzemelerde geçici olarak mıknatıslanabilir.
Demir ve nikel gibi bazı manyetik malzemeler mıknatıslar tarafından çekilir ve manyetik özelliklere
sahip olabilirler.
Mıknatıslar serbest hareket edecek şekilde asılırlarsa kuzey-güney yönünü gösterecek şekilde
hizalanırlar. Bu durumda kuzeyi gösteren uç N güneyi gösteren uç S olarak adlandırılır.
Bir manyetik alan mıknatıs etrafında akı olarak adlandırılan manyetik kuvvet çizgilerinden oluşur. Bu
bölge manyetik kuvvetlerin etki alanıdır.
Kuvvet çizgileri süreklidir. Mıknatısın dışında kuzey kutbundan güney kutbuna ve mıknatısın içinde
güney kutbundan kuzey kutbuna doğru hareket eder. Bu hareket en kısa ve akı akışına en az zorluk
gösteren yolu takip eder. Aynı yönde hareket eden kuvvet çizgileri birbirini iterken farklı yönde hareket
edenler birbirini çeker. Kuvvet çizgileri birbirini asla kesmez ve manyetik olmayan malzemelerin
içinden geçerler.
Akım taşıyan iletken bir manyetik alanla çevrelenir. Bu manyetik alanın gücü iletkenden geçen akımın
değeri ile doğru orantılıdır.
İçinden akım geçen bir sargı düz bir iletkene göre aynı akım eğerinde çok daha kuvvetli bir manyetik
alanın oluşmasını sağlar. Bu sargının içine demir çekirdek yerleştirilirse manyetik alan daha da
kuvvetlenir ve sargı ile demir çekirdek elektromıknatıs haline gelir.
Manyetizmanın en temel kanunu aynı kutupların birbirini itmesi ve farklı kutupların birbirini çekmesidir.
Sürekli mıknatıslar çubuk, at nalı ve disk gibi değişik şekillerde elde edilebilirler. Aslında sürekli
mıknatıslar gerçekten sürekli değildirler ve zamanla mıknatıslanma özelliklerini kaybederler.
Mıknatıslanmış bir malzeme manyetik malzemelere yaklaştırıldıklarında manyetik indüksiyon oluşur.
Sol el kuralı; akım taşıyan bir iletken etrafındaki manyetik alan yönünü belirlemek için kullanılır. Buna
göre akım taşıyan iletken sol el ile kavrandığında ve dışa açılan baş parmağın yönü iletkenden akan
akımın yönü ile aynı olduğunda iletkeni çevreleyen diğer dört parmağın yönü manyetik alanın yönünü
gösterecektir.
Sol el kuralı elektromıknatısların kutuplarını belirlemek için de kullanılabilir. Buna göre
elektromıknatısın sargısı parmakların yönü sargıdan geçen akımın yönü ile aynı olacak şekilde sol el
ile kavrandığında dışa açılan baş parmağın yönünün gösterdiği sargı ucu kuzey kutbudur.
Elektromıknatısların gücünü etkileyen etkenler şunlardır: sargının sarım sayısı , sargının uzunluğu,
sargıdan geçen akımın değeri, çekirdeğin türü ve sargının kesit alanı.
Manyetizma ile ilgili bazı önemli terim ve birimler şunlardır: Akı, weber, tesla, manyeto-motor-kuvvet,
manyetik alan yoğunluğu , manyetik geçirgenlik ve bağıl geçirgenlik.
Manyetik ve elektrik devrelerinin parametreleri karşılaştırılarak ohm kanunu manyetik devrelere
uyarlanabilir. Buna göre manyetik bir devreden akan akının miktarı, manyeto motor kuvvet ile doğru ,
akının arttığı yolun manyetik direnci (relüktansı) ile ters orantılıdır.
Çekirdek malzemelerin manyetik ve elektrik özellikleri ile birbirilerinden ayrılır. Sözgelimi bazı
malzemeler daha düşük mıknatıslanma seviyelerinde doymaya giderler.
İdeal bir çekirdek malzemesi yüksek manyetik geçirgenliğe sahip olan, sargısından geçen akım sıfır
olduğunda mıknatıslanmasını tamamen kaybeden, kolayca doymaya gitmeyen ve Eddy akımlarının
yol açtığı I2.R kayıpları küçük olan malzemelerdir.
Verilen bir manyetik alan tarafından üretilen akı yoğunluğu ile manyetik alana sokulan malzemenin
manyetik geçirgenliği arasında önemli bir ilişki vardır. Vakum şartlarında bu ilişki şu şekilde ifade edilir.
0=B / H , B=0 x H , H=B / 0 . Burada 0 vakumun manyetik geçirgenliği, B akı yoğunluğu ve H’ de
manyetik alan yoğunluğudur.
Elektromıknatısın sargısından değişken akım geçtiğinde mıknatıslanma kuvveti ile akı yoğunluğu
arasında bir geri kalma olayı vardır. Bu durum B-H eğrisi ile gösterilir veya histerezis döngüsü olarak
bilinir. Bu çizgilerden kalıcı mıknatıslık ta belirlenebilir.
Faraday Kanunu şunu anlatır: İletkenlerle manyetik akı çizgileri arasında bağıl bir hareket varsa ve 10 8
akı çizgisi bir iletken tarafından her saniye kesiliyorsa veya bir iletkeni saniyede 108 akı çizgisi
kesiyorsa iletkende 1V’luk gerilim indüklenir. Diğer bir ifade ile indüklenen gerilimin değeri birim
zamanda kesilen kuvvet çizgilerinin sayısı ile doğru orantılıdır.
Oluşan bir gerilim veya akım varsa bu akım veya gerilimin yönü ona sebep olan değişime terstir. Bu
durum Lenz Kanunu olarak bilinir.
Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürürler.
Generatörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler.

manyetizma ve elektromanyetizma

Transkript

Benzer belgeler

KUTUP IŞINIMI AURORA

amaç ue3070300 ue3070300 maltese-cross tüpü

Makaleyi Yazdır

MagnaTrak_202_Kullan..

MRG Uyumluluk ve Güvenilirlik Risklerinin Biyomalzemeler için

MRG

a Ders Kitapları