İndüksiyon-Özindiksiyon

Manyetik Akı

Birim yüzeyden dik olarak geçen manyetik alan çizgileri sayısına manyetik akı denir.

Manyetik akı \(\Phi\) sembolü ile gösterilir. Birimi weberdir.
Bir yüzeyden geçen manyetik alan çizgi sayısı, manyetik alanın şiddetine, yüzey alanına ve yüzeyin manyetik alan içindeki konumuna bağlıdır.
\(a\), yüzeyden geçen dikme ile manyetik alan çizgilerinin doğrultusu arasında kalan açı olmak üzere, yüzey alanı A olan bir düzlemin, B manyetik alanındaki manyetik akı büyüklüğü, alan ile yüzey normalinin yaptığı açıya bağlı olarak hesaplanır.

\[\Phi = B.A.\cos{a} \]

Eğer iki boyutlu düzlem, manyetik alan çizgilerine paralel ise, \(\Phi = B.A.\cos{90}\)'dan \(\phi = 0\) olur.

İndüksiyon Akımı (Faraday Yasası)

Faraday'a göre, manyetik alan değişimleri iletkende elektrik alan meydana getirmektedir. Faraday, iletken tel çerçeveden geçen manyetik akı değiştirildiğinde, çerçevede bir elektromotor kuvvet (V) dolayısıyla bir akım oluştuğunu keşfetmiştir.

İletken çerçevede oluşan bu akıma indüksiyon akımı, bu akımı oluşturan elektromotor kuvvetine indüksiyon elektromotor kuvveti, manyetik alan değişimi ile elektrik akımı üretme olayına ise elektromanyetik indüksiyon denir.

Şekildeki tel çerçeve \(\vec{B}\) manyetik alanının içinde alana dik sabit v hızıyla hareket ettirilirse çerçevenin yüzeyinden geçen manyetik akı zamanla değişir. Manyetik akı değişiminden dolayı tel çerçevede indüksiyon elektromotor kuvveti oluşur.

Faraday yasası aşağıdaki gibidir.

\[\varepsilon = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} \]

\(\varepsilon\) elektromotor kuvvetidir (emk) ve birimi volttur.
Formülde EMK, birim zamandaki manyetik akıdaki değişim miktarına karşıdır (-).

N tane sarımdan oluşan bir tel çerçeve, düzgün \(\vec{B}\) manyetik alanının içine sabit v hızıyla çekilirse çerçevede oluşan indüksiyon elektromotor kuvveti aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

\[\varepsilon = -N.\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} \]

Manyetik Alanda Hareket Eden Telin Uçları Arasındaki Elektromotor Kuvveti

Düzgün manyetik alanda bulunan iletken telin hareket ettirilmesi yöntemi kullanılarak da indüksiyon elektromotor kuvvetinin oluşması sağlanabilir.

İletken bir tel manyetik alan içinde şekildeki gibi v süratiyle hareket ederken telin üzerindeki "-" yükler manyetik kuvvetin etkisinde L ucunda toplanır. K ucuunda ise "+" yük birikir. (Sağ el kuralı ile manyetik kuvvetin yönünü bularak yüklerin nereye hareket edeceğini bulabilirsin.)

Yüklerden kasıt elektronlardır ve eksi yüklüdürler.

İletken telin uçları arasındaki postansiyel fark \(V_{KL}\) ye indüksiyon elektromotor kuvveti denir. \(\varepsilon\) ile gösterilir.

\(\varepsilon = - B.v.l\) (Bavul)

Formülde, B'nin birimi tesla, v'nin birimi metre/saniye ve l'nin birimi metre olarak alınırs, \(\varepsilon\)'un birimi volt olur. "-" işaret, Lenz Yasası'ndan dolayı vardır.

Manyetik alanda hareket ettirilen bir telde indüksiyon elektron motor kuvvetinin oluşabilmesi için manyetik alan vektörü, hız vektörü ve telin uzunluğu birbirlerine dik olmalıdır. Örneğin, eğer şekildeki gibi hız tel uzunluğuna dik değilse, hızın tele dik olan sinüs bileşeni alınır.

\(\vec{B}\bot\vec{v}\bot\vec l\)

Aşağıdaki şeklide K,L ve M tellerinin uçları arasındaki indüksiyon elektromotor kuvveti sıfırdır.

İlk düzenekte B, v ve l'nin hepsi birbirine paraleldir.
İkincide l ve v, B'ye dik olsalar da birbirlerine paraleldir.
Üçüncüde l diğerlerine dik olsa da, v ve B birbirlerine paraleldir.

Manyetik Alanda Dönen Telin Uçları Arasındaki Elektromotor Kuvveti

İletken telin K ucunun sürati v, L ucunun sürati sıfır olduğu için, telin uçları arasındaki indüksiyon elektromotor kuvveti bulunurken telin ortalama sürati alınır.

\(\varepsilon = -B.v_{ort}.l\) olur. \(v_{ort}=v/2\) olduğundan,

\(\varepsilon = (B.v.l)/2\) formülü elde edilir.

İndüksiyon Akımının Şiddeti ve Yönü

İndüksiyon elektromotor kuvvetinden dolayı devrede oluşan akıma indüksiyon akımı denir. Akım (+)'dan (-)'ye hareket eder.

\(\varepsilon = B.v.l\)
\(\varepsilon = i.R\)

\[i = \frac{B.v.l}{R} \]

Lenz Yasası

Lenz Yasası'na göre indüksiyon akımının yönü, kendisini meydana getiren sebebe karşı koyacak yöndedir. Başka bir ifade ile indüksiyon akımının oluşturacağı manyetik alan, devreden geçen manyetik akı değişimine karşı koyacak biçimde olur.

Birinci durumda akı değişimi sıfır olduğu için indüksiyon akımı oluşmaz.
Eğer telin içinde bulunduğu manyetik akım içeri doğru ise, tel bu manyetik alana girerken manyetik alanı dışarı yönde olacak biçinde karşı bir akım oluşturur, önceki durumu korumaya çalışır.
Tel manyetik alanın tamamen içine girdiğinde, akının değişmemesi sebebiyle akım ve manyetik alan oluşturmaz. "Bu koşula alışır."
Tel manyetik alandan çıkarken akı azaldığı için Lenz Yasası'na göre, aynı yönde manyetik akı oluşturacak biçimde akım geçer. İndüksiyon akımının yönü sağ el kuralına göre bulunur.

Manyetik akı değişimi ile oluşan indüksiyon akımı, çubuk mıknatısı bobine yaklaştırıp uzaklaştırarak da elde edilebilir.

Mıknatıs bobine aşağıdaki gibi yaklaştırıldığında manyetik akı artar, devre zıt yönde manyetik alan oluşturur. Mıknatıs bobinden uzaklaştırılırken de manyetik akı azalır, devre aynı yönde manyetik alan oluşturur.

Öz İndüksiyon Akımı

Öz indüksiyon (self-induction), bir devredeki akım değiştiğinde, aynı devrede o değişime karşı koyan bir elektromotor kuvvetinin (EMK) oluşması olayıdır. Basitçe söylemek gerekirse, değişen akım kendi başına kendine karşı bir voltaj üretir.

Şekildeki devrede anahtar kapatıldığında ok yönündeki akıma doğru anlık karşı bir öz indüksiyon akımı oluşur.
Anahtar açıldığında ise ok yönünde bir öz indüksiyon akımı oluşur.

Faraday yasası'na göre, manyetik akı değişimi devrede elektromotor kuvvet oluşmasını sağlar. Oluşan bu elektromotor kuvvetine öz indüksiyon elektromotor kuvveti denir.

Öz indüksiyon elektromotor kuvveti devre akımının değişim hızı olan \(\Delta i / \Delta t\) ile doğru orantılıdır. N sarım sayısı olmak üzere aşağıdaki formül elde edilir.

\[\varepsilon = -N.\frac{\Delta i}{\Delta t} \]

Öz indüksiyon elektromotor kuvvetinin oluşturduğu akıma öz indüksiyon akımı denir.

İndüksiyonda akı değişimi sonucunda bir karşı akım oluşurken, öz indüksiyonda devreden geçen akım sonucunda bir karşı akım oluşur.

Aşağıdaki devrede anahtarın kapatılması ve açılması durumunda indüksiyon akımının oluşumu \(i'\) ile gösterilmiştir.

Pratik olarak öz indüksiyon akımının yönü, devre akımı artıyorsa akıma zıt yönde, devre akımı azalıyorsa akımla aynı yöndedir.

Dinamo

Dinamo, hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren doğru akım jeneratörüdür.

Dinamoda, mıknatısın manyetik alanı içinde tutulan şekildeki kapalı bir tel çerçevenin döndürülmesiyle indüksiyon akımı elde edilir.

Tel çerçeve sürekli döndürülürse sürekli olarak akım elde edilir. Böylece elektrik enerjisi üretilmiş olur.

Elektrik motorui manyetik tork sayesinde dönerek elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştürür.

Elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren elektrik motorları birçok yerde kullanılmaktadır. Örneğin uzaktan kumandalı bir dronun pervaneleri, oyuncak arabaların tekerlekleri ve matkabın dişlileri elektrik motorları sayesinde döndürülür.

Manyetik alan içinde metal levha hareket ettirilirse yüzeyde girdap akımı adı verilen indüskiyon akımı oluşur. Girdap akımı, metal levhanın içerisinde sürekli dönen elektronlardan kaynaklanır.

Girdap akımı indüksiyon ocaklarında da kullanılır. İndüksiyon ocağı el yakmaz, tencere tabanında oluşturduğu girdap akımları ile tencerenin sıcaklığını artırır.

Questions

Details

Bu soruyu dairesel hızı öğrendiğinde tekrar çöz.
Fizikinito 2025 AYT kampı 21. gün 23:10. dakika.

Hali hazırda bulunan bir manyetik alandan çıkarken, daire şeklindeki tel aynı manyetik alanı korumak ister ve manyetik alan ile aynı yönde kendisi bir manyetik alan üretir.
Manyetik alana daha da yaklaşırken, eski durumu korumak ister ve manyetik alana ters yönde bir manyetik alan üretir.
Her ne kadar L'den M'ye geçişteki telden uzaklık değişimi M'den L'ye geçiştekiyle aynı olsa da, bunların zamanları farklıdır. \(e = \Delta\Phi /\Delta t\) olduğundan üçüncü şık yanlıştır ve cevap C'dir.

"Akı = Manyetik alan x Halkanın alanı". Uzaklaştıkça alanı değişmez fakat manyetik alan zayıflar.
Halka mıknatıstan uzaklaştıkça maruz kaldığı manyetik alan ve akı azalacak, halkada, içinde olduğu manyetik alan ile aynı yönde manyetik alan oluşturacak bir akım geçecektir.
Halka sabit hızla hareket ettirildiği için net kuvvet 0'dır. Ve KL ile LM arasında birbirine eşittir. Fakat ok yönüne uygulanan kuvvet metalden uzaklaştıkça azalır. Çünkü mıknatısın metali çekme gücü zayıflar.
Yine de emin değilim.

Manyetik alan şiddeti arttırıldığında akı değişir, ve tel eski akıyı korumak için ters yönde (dışarı doğru) manyetik alan oluşturan bir akım oluşturur.
Yüzey alanı azaldığında manyetik akı azalır. Bu da telin eski akıyı korumak için (akıyı artırmak) manyetik alan ile aynı yönde bir manyetik alan oluşturan, sağa doğru bir akım oluşturur.
Eğer ok yönünde bir akım oluşturmak istiyorsak, yüzey alanını artırmamız gerekir.
Halka manyetik alanın içinde kaldığı ve akı değişmediği için akım oluşmaz.