Manyetik Kuvvet
Düzgün manyetik alana yerleştirilen telden akım geçerse tele bir kuvvet etki eder. Bu kuvvete manyetik kuvvet denir.
Üzerinden Akım Geçen Bir Tele Manyetik Alanda Etki Eden Kuvvet
Tele uygulanan manyetik kuvvet, manyetik alana ve tele diktir.
Düzgün \(\vec{B}\) manyetik alan içinde üzerinden \(i\) elektrik akımı geçen telin \(l\) uzunluğundaki kısmına etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü;
- \(F=B.i.l\)
Formülü ile hesaplanabilir.
Tele etki eden manyetik kuvvetin yönü sağ el kuralı ile bulunur. Şekildeki gibi sağ elin dört parmağı manyetik alanın yönünü gösterecek şekilde tutulurken baş parmak da akımın yönünü gösterecek biçimde açılırsa, avuç düzleminden çıkan dik vektör manyetik kuvvetin yönünü gösterir.
Manyetik alana aşağıdaki şekildeki gibi paralel olarak konulan K ve L tellerine manyetik kuvvet etki etmez.
Tel manyetik alana eğik konulmuşsa tele uygulanan manyetik kuvveti bulabilmek için aşağıdaki şekildeki gibi \(\vec{B}\) nin tele dik bileşeni alınır ve manyetik kuvvetin şiddeti bulunur.
- \(F = B.i.l.\sin{\theta}\)
Akım Geçen Dikdörtgen Tel Çerçeveye Manyetik Alanda Etki Eden Tork
Bir elektrik motorunda, iletken dikdörtgen çerçeve manyetik alana yerleştirilir ve çerçeveden akım geçirilir. Bu durumda çeröevenin kenarlarına manyetik kuvvet etki eder. Kuvvetin oluşturacağı tork sebebiyle çerçeve döner. Bu prensip sayesinde elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülür.
- Çerçevenin manyetik alana dik olan kenarlarına etki eden kuvvetler çerçevenin düşey eksenine göre tork oluşturarak ok yönünde dönmesini sağlar.
- N sarımdan oluşan tel çerçeveye etki eden toplam tork; çerçevenin yüzey alanı A olarak alınırsa aşağıdaki formülle hesaplanır.
\[tork = N.B.i.A \]
Proof
- Write a proof here.
Akım Geçen Paralel Tellerin Birbirine Uyguladığı Kuvvet
Aralarında d uzaklığı bulunan boyca eşit iki paralel telden akım geçirildiğinde teller birbirleri üzerinde sayfa düzlemine dik manyetik alan oluşturarak birbirlerine manyetik kuvvet uygular. Bu kuvvetler zıt yönlü ve eşit büyüklüktedir.
- Aynı yönlü akım geçen paralel teller birbirini çeker.
- Zıt yönlü akım geçen paralel teller ise birbirini iter.
Tellerin l kadar uzunluktaki parçasına etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü;
\[F = K.\frac{2.i_1.i_2}{d}.l \]
Proof
Bir telin kendisinde d kadar uzakta oluşturduğu manyetik alan formülü şudur:
- \(B = K.\frac{2.i}{d}\)
Manyetik kuvvet ise manyetik alan içindeki telin üzerinden geçen akıma bağlıdır. \(F=B.i.l\) (B manyetik alanı oluşturan telden yola çıkarak hesaplanırken, formüldeki i ise manyetik alan içindeki telden geçen akımdır.)
- \(F = (B_1).i_2.l = (K.\frac{2.i_1}{d}).i_2.l\)
Formülü ile bulunabilir.
Yüklü Parçacıkların Manyetik Alandaki Hareketi
Elektrik akımı, yüklü parçacıkların hareketleri sonucunda oluşur. Üzerinden akım geçen tele manyetik alanda bir kuvvet etki ettiğine göre, aslında bu kuvvet tele değil telin içindeki yüklere etki etmektedir.
- Buna göre, manyetik alana dik olarak fırlatılan yüklü parçacıklar manyetik alanda saparlar.
Artı yükler için yine sağ el kuralı aynı şekilde kullanılırken, eksi yükler için kuvvetin yönü avuç içi değil, tam ters yöndür.
Parçacığa etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü;
- \(F = q.v.B\)
Formülü ile hesaplanabilir.
- Bu manyetik kuvvet parçacığı hızlandırmaz, çünkü parçacığın hızına daima diktir. Sabit hızda dairesel hareket yapmasına sebep olur.
Manyetik alanda hareket eden yüksüz parçacıklar ile manyetik alana paralel fırlatılan yüklü parçacıklara manyetik kuvvet etki etmez.
Manyetik kuvvet, daima hıza dik olduğundan manyetik alana giren yüklü parçacıklar, manyetik alan içinde kaldığı sürece şekildeki gibi çembersel bir yörünge izler, sürat değişmez.
Parçacık manyetik alanla şekildeki gibi \(a\) açısı yapacak biçimde atılırsa kuvvetin büyüklüğü b'nin manyetik alana dik bileşeni alınarak hesaplanır.
- \(F = q.v.B.sina\)
Elektrik yükü q, kütlesi m olan bir parçacık, B manyetik alanına dik v hızıyla fırlatıldığında izleyeceği çembersel yörüngenin yarıçapı;
\[r = \frac{m.v}{B.q} \]
Formülü ile hesaplanabilir.
Yüklü Parçacıların Manyetik Alan ve Elektrik Alandaki Hareketi
Yüklü parçacık aynı anda hem manyetik alan hem de elektrik alanın bulunduğu bir ortamda hareket ettirilirse, parçacığa hem manyetik hem de elektriksel kuvvet etki eder.
\[\vec{F} = q.\vec{E} + q(\vec{v}.\vec{B}) \]
Bu bağıntıya Lorentz kuvvetleri denir.
- Bunun vektörel bir toplam olduğuna dikkat et. Elektriksel kuvvet her zaman elektrik alan çizgileri ile aynı doğrultuda iken, manyetik kuvvet her zaman hem hıza hem de manyetik alana diktir. Yani aynı yönlerde değildir.
İndiksiyon ocağı, metro trenlerinde kullanılan frenleme sistemi, metal dedektörleri, parçacık hızlandırıcı ve para otomatları bunu olguyu kullanan teknolojilere örnek olarak verilebilir.
Questions
- Mıknatıslarda akım N'den S'ye doğru hareket eder.
- Akımın aynı yönlü olduğu teller birbirini çeker, zıt yönlü olduğu teller birbirini iter.
- Manyetik alan içinde manyetik kuvvete, elektriksel alan içinde de elektriksel kuvvete maruz kalınır. İkisi farklı şeylerdir.
- Kuvvet ve hız vektörü birbirine daima dik olduğu için yük dairesel hareket eder.
