manyetik-alan
advertisement
1.Tarihçe • Manyetizma M.Ö.2000’li yıllarda Eski Yunan’da, Magnesia bölgesindeki bazı gizemli kaya parçalarının metalleri çektiği gözlendi. (Bu kaya parçalarına manyetit(Fe3O4) adı verilir). • Mıknatısın ilk kullanımıpusulada! • M.Ö. 1100’ler Çinli gemiciler pusula kullanılıyor. • Manyetizmanın varlığı biliniyordu ancak manyetizma ile ilgili açıklamalar 19.yy başlarına kadar yapılamamıştı. • Manyetizma olgusu üzerine ilk önemli yaptın yazarı İngiliz bilim adamı William Gilbert(15441600)’dir. 1600 yılında yayınlanan “De Magnet” adlı yapıtında Gilbert dünyanın de bir mıknatıs olduğunu ve pusulanın ibresinin dünyanın manyetik kutbunu gösterdiğini söyledi. • Manyetizmanın, elektrik ile ilgisi 1820 yılına kadar anlaşılamamıştır. • 1820 yılında Hans Christian Oersted(1775-1851) pusula iğnesinin yakınındaki bir telden akım geçtiğinde pusula iğnesinin saptığını gördü. Oersted, bir telin içinden akım geçirildiğinde telin çevresinde manyetik alan oluştuğu sonucuna da vardı. • Yine aynı yıl Fransız matematikçi ve fizikçi Andre Marie Ampere (1775-1836) üzerinden akım geçen iki telin birbirlerine kuvvet etkittirdiğini gözlemledi. • Tellerden geçen akımlar aynı yönlü iken teller birbirini çekiyor, zıt yönlü iken itiyordu. • Ampere, manyetik alan ile bu alanı doğuran akım arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak formülüze etmeyi başardı. • Oersted, elektrik akımın manyetik alan Doğurduğunu bulmuştu. İngiliz kimyacı ve Michael Faraday(1791-1867) fizikçi mıknatısların elektrik akımı yarattığını ve değişen manyetik alanın elektrik alanı doğurduğunu buldu. Manyetik alan ve kuvvetler Manyetizma Magnetler Manyetizma Manyetik kuvvetler Manyetizma Yeryüzünün manyetik alanı Manyetizma Manyetik kutuplar Belki elektrik yükler gibi manyetik yüklerde vardır. Bunun gibi bir varlık ,manyetik kutup olarak adlandırılır. (yada manyetik yükler). Bu manyetik yükü nasıl izole edersiniz? Bir kalıp magneti yarıdan kesmeyi deneyelim: S N S N S N Bir tek elektron bile bir manyetik “dipol”e sahiptir! • Manyetik kutupların varlığı yönündeki çoğu araştırmalar elektrik yükünün kuantumlanmasını(QM sistemi içinde) açıklayabilmektedir(Dirac tartışması) • Hiçbir kutup bulunamadı: Manyetizma Manyetik alan kaynağı Şayet manyetik yük yoksa manyetik alan kaynağı nedir? Cevap : Hareketli elektrik yükü! Örneğin, Silindiri çevreleyen teldeki akım (solenoit) kalıp magnettekine çok benzer bir alan üretir. Bu yüzden, kalıp magnet tarafından üretilen alan kaynağını anlamak, bulk madde içerisinde atomik seviyelerdeki akımı anlamakta yatar. Çekirdek etrafındaki elektronların orbitalleri elektronların “spin” gerçeği (çok önemli etki) Manyetizma Manyetik alan çizgileri Manyetizma Manyetik alan Manyetizma Manyetik kuvvet (Lorentz kuvveti) Manyetizma Manyetik kuvvet Manyetik kuvvetlerin bileşenleri Manyetizma Manyetik kuvvet Manyetik kuvvet B x x x x x x x x x x x x v x x x x x x q F B →→→→→ v →→ →→→ × q F B ↑↑↑↑↑↑↑↑ v ↑↑↑↑↑↑↑↑ q F=0 Manyetizma Manyetik kuvvet Manyetik alanın birimleri Manyetizma Manyetik kuvvet Manyetik kuvvet ve Elektrik kuvvet karşılaştırması Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik alan çizgileri S N Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik alan çizgileri Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik alan çizgileri Bir elektrik dipolün elektrik alan çizgileri Bir kalıp magnetin manyetik alan çizgileri S N Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik alan çizgileri Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik alan çizgileri Manyetik alan çizgileri ve Akı Manyetik akı r r r dΦ B = B⊥ dA = B cos φdA = B ⋅ dA = B ⋅ nˆ dA r r Bir yüzeyden geçen manyetik akı Φ B = ∫ B⊥ dA = ∫ B cos φdA = ∫ B ⋅ dA • Φ B = BA r • Φ B = B ⋅ nˆ dA r r = B ⋅ dA = B cosθdA r • Φ B = ∫ B ⋅ nˆ dA B A alanı n̂ θ B n̂ B Bir manyetik alandaki yüklü parçacıkların hareketi Durum 1: Manyetik alana dik hız υ B ye dik Parçacık B ye dik düzlemdeki bir yörüngede sabit υ hızında hareket eder F/m = a merkezcil ivmeyi verir, böylece Bir manyetik alandaki yüklü parçacıkların hareketi Durum 1: Manyetik alana dik hız Bir manyetik alandaki yüklü parçacıkların hareketi Durum 1: Manyetik alana dik hız Hız seçici Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 1 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 1 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 1 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 1 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 1 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 2 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 2 Akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik kuvvet Bir akım (düz tel ) üzerindeki manyetik kuvvet : Örnek 2 Bir akım ilmeği üzerindeki kuvvet ve tork Manyetik alana paralel ilmek düzlemi Bir akım ilmeği üzerindeki kuvvet ve tork İlmek düzlemi : Genel durum Uygulamalar Galvanometre Bir akım ilmeği üzerinde bir tork oluşturabilen bir magneti göz önüne alalım – alan ile ilmeğin “dipol moment” leri sıralanır. – Bu resimde ilmek (ve böylece ibre) saat yönünde dönmek istemektedir. – Sıçrama, zıt yönde bir tork meydana getirir. – İbre denge pozisyonunda kalacaktır. Artan akımla μ = I • Area artar B dolay tork artar İbre açısı artar Azalan akımla μ azalır B dolayı tork azalır İbre açısı azalır Uygulamalar Motor Hafifçe ilmek eğilir Manyetik torktan dolayı yenilenen kuvvet Titreşimler Şimdi ilmeğin manyetik momenti gibi dönen akım da B ile yönlenir μ ile B ters yönlenene kadar ilmek çevresinde eğilmeye devam eder. Akım ters döner Manyetik tork ilmeğe ters tepki verir. Sabit durumdaki dönüş devam eder. Uygulamalar Motor (cont’d) Uygulamalar Motor Daha da iyi bir şekilde Her yarım dönüşte akım değişik yönlere sahip olur. Tork tüm zamanda hareket eder. İlmekteki akımı değiştirmek için iki yol: 1. Sabit bir voltaj kullanılır, fakat devre değişir (örneğin, her yarım dönme bağlantısı kırılır) DC motorları 2. Akım sabit tutulur, kaynak voltajı salınır. AC motorları VS I t
