MANYETIZMA. Manyetik Alan ve Manyetik Alan Kaynakları

Transkript

1 MANYETIZMA Manyetik Alan ve Manyetik Alan Kaynakları

2 MAGNETİZMA Mıknatıs ve Özellikleri Magnetit adı verilen Fe 3 O 4 (demir oksit) bileşiği doğal bir mıknatıstır ve ilk olarak Manisa yakınlarında bulunduğu söylenir. Doğal halde bulunan bu siyah taş, demir çubuğa sürtülünce demire mıknatıslık özelliği kazandırır. Doğal mıknatısın çektiği maddelere magnetik madde denir. Mıknatısta çekme kuvvetinin fazla olduğu uç noktalarına mıknatısın kutupları denir. Mıknatısın ağırlık merkezinden asılacak olursa çubuğun coğrafî kuzey - güney doğrultusunu aldığı görülür.

3 Doğu ip Kuzey N S Güney Batı Mıknatısların kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır ve kutuplar aynı büyüklükte kuvvet oluşturmaktadır. Mıknatıslar birbirine yaklaştırıldığında aynı cins kutuplar birbirini iter, zıt cins kutuplar birbirini çeker. İki kutbun birbirine etkisi kutup şiddetiyle doğru, aradaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.

4 Kutup şiddetleri m 1, m 2 olan iki kutup birbirinde d uzaklığındaysa, aralarındaki itme ya da çekme kuvveti, F = K µ 1 µ 2 2 d K : Manyetik alan sabiti m 1, m 2 : Mıknatısların kutup şiddetleri d : Uzaklık (m)

5 Soru? İkili mıknatısta kutup şiddetleri 2 katına çıkarılıp uzaklık yarıya indirilirse aralarındaki kuvvet öncekinin kaç katı olur? A) 1 B) 2 C) 4 D) 8 E) 16

6 Magnetik Alan ( B ) Yerin çekim alanı ve yüklü bir cismin elektrik alanında olduğu gibi mıknatıs etkilerinin görüldüğü bölgeye o mıknatısın magnetik alanı denir. Magnetik alan vektörel bir niceliktir. Birim şiddetteki kutba etkiyen kuvvet diye tanımlanır. B = F = K µ 2 µ d B: Magnetik alan m: Kutup şiddeti d: Uzaklık (m)

7 Magnetik Alanın Yönü Herhangi bir noktadaki magnetik alanın şiddeti ve yönünü belirtmek için o noktaya bir birimlik kuzey (N) kutbunun konulmuş olduğu kabul edilir.

8 Soru? V IV I K III II Şekilde K noktasında mıknatıs kutuplarının oluşturduğu bileşke magnetik alanın yönü hangisidir? A) I B) II C) III D) IV E) V N S

9 Magnetik Alan Çizgilerinin Özellikleri N S Kuvvet çizgileri bir kuzey (N) kutbunda başlayıp, bir güney (S) kutbunda sona eren kapalı eğrilerdir. Kuvvet çizgileri birbirlerini asla kesmezler. Alanın şiddetli olduğu yerde çizgiler sıkışık, zayıf olduğu yerde seyrektir. Düzgün bir alanda çizgiler birbirine paralel ve eşit aralıklıdır.

10 Soru? K L M Şekilde magnetik alan çizgilerinin yönü verilmiştir. Buna göre K, L ve M kutuplarının cinsi nedir? K L M A) Kuzey Kuzey Güney B) Güney Kuzey Kuzey C) Kuzey Güney Kuzey D) Güney Güney Kuzey E) Kuzey Kuzey Kuzey

11 Akımın Magnetik Etkisi Bir Telin Çevresinde Meydana Gelen Magnetik Alan Şiddeti i - r 1 r 2 r 3 + i i Akım taşıyan telin etrafında oluşan magnetik alan şiddeti akım şiddetiyle doğru orantılı r uzaklığı ile ters orantılıdır.

12 2 B K i = r K: sabit sayı (10 7 N/amp 2 ) i: akım (Amper) r: uzaklık (metre) B: magnetik alan Manyetik alan birimleri Tesla = Weber = Newton m2 Ampermetre

13 Sağ el kuralı; B i Sağ el Başparmak akımın yönünü gösterecek şekilde iletken avuç içine alındığında, dört parmağın yönü (B) magnetik alanın yönü olur.

14 B B +y i B B xy sayfa düzleminde olmak üzere; B : sayfa düzlemine dik ve içeri doğru (-z) B: sayfa düzlemine dik ve dışarı doğru(+z) +z +x

15 Soru? K d 2d x 2i d L d i y Birbirine dik sonsuz uzunluktaki doğrusal x, y tellerinden şekilde belirtilen yönlerde sırasıyla 2i, i şiddetinde elektrik akımları geçiyor. Tellerin oluşturduğu düzlem ve tellerden şekilde belirtilen uzaklıklara konulan K ve L noktasında oluşan manyetik alanlar B K ve B L ise; BK oranları ne BL olur? A) 3 B) 2 C) 1 D) 1 2 E) 1 3

16 Soru? I 1 = i I 2 = 2i Kare şeklindeki telin dört köşesine şekildeki akım taşıyan teller yerleştirilmiştir. O I 4 = 3i I 3 = 4i i 1 akımı geçen telin O noktasında oluşturduğu magnetik alan B ise, bu noktanın net magnetik alan şiddeti kaç B dir? A) 3 B) 3 2 C) 5 D) 5 2 E) 8

17 Soru? M 4d 3d Gösterilen yönde akım geçen K ve L iletken telleri sayfa düzlemine şekildeki gibi yerleştirilmiştir. K İ 2 = 12i L İ 2 = 12i M noktasındaki bileşke magnetik alan kaç K i d dir? A) 1 B) 5 C) 6 D) 8 E) 10

18 Çembersel Bir İletkenin Merkezinde Bulunan Magnetik Alan Şiddeti r B O İ O merkezli ve r yarıçaplı iletken çemberde oluşan magnetik alanın şiddeti, B K 2π = i r ile bulunur.

19 Yönü sağ el kuralı ile bulunur; Baş parmak akımın, dört parmak magnetik alanın yönünü gösterir. İkinci sağ el kuralı; Dört parmak akımın yönünü gösterecek şekilde tel avuç içine alınırsa baş parmağın yönü halka merkezindeki magnetik alanın yönünü gösterir.

20 Soru? O r i 2 =4i i 1 =3i Şekildeki i 1 = 3i ve i 2 = 4i akım taşıyan teller. Özdeş çemberlerin merkezinde meydana gelen bileşke magnetik alan şiddeti kaç K. 2pi dir? r A) 5 B) 8 C) 10 D) 12 E) 15

21 Soru? O r i 1 = i Şekilde İ 1 akımı geçen iletken telin O noktasında oluşturduğu magnetik alan şiddeti B ise, bu noktadaki bileşke magnetik alan şiddeti kaç B dir? (π = 3) i 2 = 3i i 3 = i A) 0 B) 1 C) 3 D) 5 E) 10

22 Örnek! i 3 =i O 2r r i 4 =2i i 2 =6i i 1 =i i 5 =2i Üzerlerinden i 1, i 2, i 3, i 4 ve i 5 akımları geçen şekildeki beş telin akım yönleri gösterilmiştir. I 1 akımının O noktasında oluşturduğu magnetik alan şiddeti B ise, bu noktanın bileşke magnetik alanı şiddeti kaç B dir? (π = 3) A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

23 - + Selenoid (Akım Makarasının) Merkezindeki Magnetik Alan Şiddeti i L S i N (N) sarım sayılı dairesel ve düzgün sarımdan oluşan (L) uzunluğundaki bir makara, üzerinden geçen (i) akımıyla orantılı olan bir magnetik alan oluşturur. Magnetik alan makara ekseni boyunca uzanır ve yönü sağ el kuralı ile bulunur.

24 Başparmak magnetik alanı 4 dört parmağın kapanma yönü akımı gösterir. Magnetik alan şiddeti makara ortalarında sabittir. Yarıçapa bağlı değildir. B = N 4πKi den bulunur. L

25 N S S N

26 İçinde yumuşak demir bulunan bir akım makarasından akım geçtiğinde demir çekirdek mıknatıslanır. Buna elektromıknatıs denir.

27 Soru? N i L + - K 2i 4L + - 4N Şekilde merkezleri çakışık i ve 2i akım taşıyan akım makaraları N ve 4N sarımlıdır. Birinci selenoidin K noktasında oluşturduğu magnetik alan şiddeti B ise, bu noktanın bileşke magnetik alanı şiddeti kaç B dir? A) 0 B) 1 C) 2 D) 4 E) 5

28 Akım Taşıyan İletken Tele Magnetik Alanda Etkiyen Kuvvet Elektrik akımı, yüklerin iletken içinde hareketidir. Hareketli yüklere magnetik alanda bir kuvet etkidiğine göre içinden akım geçen iletken tele de bir kuvvet etki etmelidir. F F = q. v. B. sinα l = i t v B sinα q = i. t B a i F = Bi sinα dır.

29 α açısı: akım taşıyan tel ile B magnetik alan arasındaki açıdır. Kuvvetin yönü sağ el kuralı ile bulunur. Başparmak akımın yönü dört parmak magnetik alanın yönünü elin ortası kuvvetin yönünü gösterir.

30 Soru? i v - + KL telinin uzunluğu 20 cm ve içinde yay B K L yay B bulunduğu magnetik alan şiddeti B N = 05 amp m, dir. Magnetik alanın yönü sayfa düzlemine dik ve dışarı doğrudur. Telin kütlesi 20 gr ve özdeş yayların yay sabitleri 10N/m ise, telden 18 Amperlik akım geçtiğinde yaylar kaç cm uzar? (g = 10 m/sn 2 ) A) 5 B) 10 C) 40 D) 80 E) 100

31 Üzerinden Akım Geçen Paralel İki Tele Etkiyen Kuvvetler F 1 F 2 i 1 i 2 B 2 B 1 l d İletken tellerden aynı yönde i 1 ve i 2 akımı geçmekte ve aralarında d uzaklığı olduğunda birinci telden dolayı ikincinin üzerinde, ikinci telden dolayı birinci telin üzerinde bir magnetik alan oluşmaktadır. B = K 2 i 1 K 2i 1 B2 = 2 d d

32 Akım taşıyan tel bir magnetik alan içinde bulunursa aralarında bir çekme kuvveti oluşur. F = Bi den 2 F F K i i 1 2 1= 2 = d

33 F 1 B 1 B 2 F 2 l i 1 i 2 d İletken tellerden zıt yönde akımlar geçiyorsa teller birbirlerini F F kuvvetiyle iterler. = = 1 2 K 2i 1 i 2 d

34 Soru? i x d i y Birbirine paralel sonsuz uzunluktaki x ve y tellerinden şekildeki akımlar geçmektedir. Teller arasındaki uzaklık d kadar iken F x ve F y kuvvetleri ile birbirini çekiyor. X F x F y Y Buna göre F x kuvveti I. d II. i x III. i y niceliklerinden hangilerinin artmasıyla artar? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III

35 Soru? I L II i 1 =4A 2m i 2 =1A 2m K 1m i 3 =2A I ve II tellerinin arasına konulan KL telinin 2m lik bölümünde meydana gelen bileşke kuvvet kaç Newton dur? (k = 10 7 N/amp 2 ) A) 4x10 7 B) 6x10 7 C) 8x10 7 D) 10x10 7 E) 12x10 7

36 Soru? K i 2 =2A L i 1 =4A 3m 1m N M Şekilde i 1 akımından dolayı KLMN iletken kara çerçevede oluşan toplam kuvvet kaç N dir? (K=10 7 N/amp 2 ) A) B) C) D) E)

37 Soru? Y K i 2 i 1 L X Çembersel bir iletken tel ile bunun üzerine çap boyunca x eksenine paralel konmuş KL çubuğu şekildeki gibi xy düzleminde bulunuyor. Çembersel telden i 1, KL çubuğundan i 2 akımları geçmektedir. Z Buna göre, KL çubuğuna etki eden magnetik kuvvet hangi yöndedir? A) +x yönünde B) +y yönünde C) y yönünde D) +z yönünde E) z yönünde

38 Manyetik Alanda Akım Taşıyan Dikdörtgen Tel Çerçeveye Etki Eden Kuvvet L i F M F = 0 F = 0 P B N F Telin sadece LM ve PN kısmına kuvvet etki eder ve çerçeveyi verilen eksen etrafında döndürürler. Tel çerçeveye etki eden torkun büyüklüğü τ= BiA olur. F=0 B : Manyetik alan şiddeti i : Çerçeveden geçen akım A : Çerçevenin alanı Motor ve jeneratörün çalışma prensibi böyle olur.

39 Yüklü Parçacıklara Magnetik Alanda Etkiyen Kuvvet Elektrik alanı içine bir elektrik yükü konulduğu zaman bu yüke etkiyen bir F = kuvveti vardır. qe Doğal olarak bir magnetik alan içindeki elektrik akımlarına yani hareketli yüklere magnetik bir kuvvet etki eder. Durgun yüklere magnetik alanda bir kuvvet etki etmez. Yükü q olan bir parçacık, B magnetik alanına v hızı ile girerse, bu parçacığa etkiyen kuvvet, F = q v B sinα ile bulunur.

40 Buradaki α açısı parçacığın v hız vektörü ile B magnetik alan arasındaki açıdır. Yönü sağ el kuralı ile bulunur. B ϑ F Baş parmak hızın yönünü, dört parmak magnetik alanın yönünü göstermek üzere elin ortası kuvvetin yönünü gösterir. (Yük negatif ise kuvvet tam ters yönlüdür.)

41 Soru? ϑ k K B ϑ L Eşit büyüklükteki kütleye sahip K, L parçacıkları sayfa düzlemine dik, düzgün B manyetik alanına ϑ K, ϑ L hızlarıyla girdiklerinde şekildeki gibi hareket etmektedir. L K ve L nin yükleri sırasıyla 3q ve q ise hızlarının oranı A) 6 B) 3 C) 2 D) 1 3 ϑ ϑ K L ne olur? E) 1 6

42 Soru? x ve y parçacıklarının sırasıyla yükleri q ve 3q, yarıçapları 2R ve R dir. Düzgün B manyetik alana dik bir şekilde girdiklerinde momentumları P x ve P y olduğuna göre Px oranı ne olur? P y A) 6 B) 3 C) 2 D) 1 E) 2 3

43 Soru? v q Yükü q olan bir parçacık, şekilde görüldüğü gibi silindir biçimli içi boş bir bobinin içine ekseni doğrultusunda belli bir hızla giriyor. Buna göre, yüklü parçacık nasıl hareket eder? (Yer çekimi önemsenmiyor) A) Aynı hızla yoluna devam eder. B) Silindirin çeperine çarpar. C) Düzgün hızlanan hareketi yapar. D) Dairesel bir yörünge çizer. E) Düzgün yavaşlayan hareket yapar.

44 Soru? B K, L, M parçacıkları B magnetik alanına O noktasından girdiklerinde şekildeki yörüngeyi izliyorlar. K O L M Buna göre K, L ve M nin yük işaretleri için ne söylenebilir? K L M A) B) 0 C) + 0 D) + E) +

45 Manyetik Geçirgenlik Mıknatıslayıcı alan şiddeti H ile gösterilir. Birimi ise amper / metre olur. B = µ H şeklinde ifade edilir. Boşluktaki manyetik alan şiddeti ise; B = µ H olur. o o B nin B o a oranı maddenin bağıl geçirgenliğidir ve m 0 ile gösterilir. Buna göre; µ µ = olur. B µ o Boşluğun bağıl manyetik geçirgenliği 1 dir ve havanınki de 1 kabul edilir. Bağıl manyetik geçirgenliği üçe ayrılır;

46 Diyamanyetik Maddeler Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1 den biraz küçük olup zayıf manyetik özellik gösterirler. Paramanyetik Maddeler Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1 den biraz büyüktür. Ferromanyetik Maddeler Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1 den çok büyüktür.

47 Yerin manyetik alanının kuzey - güney doğrultusu, coğrafi kuzey - güney doğrultusundan bir miktar sapma gösterir. Bu açıya sapma açısı denir.