Manyetik Alan [Uyumluluk Modu]

Bölüm 7
Manyetik Alan ve
Manyetik Kuvvet
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Hedef Öğretiler
• Manyetik Kuvvet
• Manyetik Alan ve Manyetik Akı
• Manyetik Alanda Yüklerin hareketi
• Yarıiletkenlerde Manyetik Kuvvet hesabı
• Manyetik Tork
• Elektrik Motor Prensibleri
• Hall etkisi
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Giriş
• Elektromanyetik kuvvet elektrik
yüklü bir parçacığın manyetik
alandan geçerken üzerine etki eden
kuvvettir. Bir manyetik alan,
bir sarmalın sarımlarında
dolaşan elektron örneğinde olduğu
gibi, elektrik yüklü parçacıklar
hareket ettiğinde ortaya çıkar.
• Elektromanyetik kuvvet ise
elektrik kuvveti ve manyetik kuvvet
birbirleri ile ilişkilidir. James Clerk
Maxwell , 1873'te elektrik ve manye
tik kuvvet alanlarının uyduğu
eksiksiz denklemleri bulmayı
başardı ve böylece
günümüzde elektromanyetizma den
ilen kuralı elde etmiş oldu.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Giriş
Elektromanyetik kuvvetin temel parçacıklara etki ederken
gösterdiği özellikler şu şekilde sıralanabilir.
Kuvvet, elektrik yükü üzerine evrensel bir şekilde etkir.
Kuvvet, çok büyük bir menzile sahiptir (manyetik alanın
yıldızlarası etkisi vardır).
Kuvvet oldukça zayıftır. Kuvvetin şiddeti, elektron yükünün
karesinin 2hc (2 x Planck sabiti x ışık hızı)'na bölümüne eşittir.
Bu oran yaklaşık 1/137,036 dır.
Bu kuvvetin taşıyıcısı, durgun kütlesi sıfır, spini 1 olan
ve foton denilen bir parçacıktır. Fotonun kendisinin elektrik
yükü yoktur.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetizma
Mıknatıslık (manyetizm): fizik (doğabili
m) alanı mıknatısın özelliğini
kaybetmesi ancak
etki,sürtünme,çarpma ve elektrikle olur.
Mıknatıslık etkisi, malzemelerde iki
karşılıklı uçta toplanır. Bu iki uca
mıknatısın kuzey ve güney kutubu ismi
verilir. İki mıknatısın eş kutupları
birbirini iterken, zıt kutupları birbirini
çeker.
.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetizma ve metaller
• Mıknatıslar, ferromanyetik yani
bağıl manyetiklik geçirgenlikleri 1
den büyük olan maddelere etki
etmektedirler.
• 25°C de demir, nikel ve kobalt
ferromanyetiktir. Demir (Fe), nikel
(Ni) ve kobalt (Co) elementleri ile
alaşım yapıldığı takdirde çoğu
zaman ferromanyetizma
özelliklerini korurlar.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Dünya'nın manyetik alanı
Dünya'nın bir manyetik alanı vardır. Bu alan,
kabaca kuzey-güney doğrultusundadır.
Ancak manyetik kutup coğrafi kutuptan farklıdır.
Her şeyden önce kuzey coğrafi kutup
dolaylarında yer alan kutup manyetizma
açısından kuzey değil, güney kutuptur. Aynı
şekilde güney coğrafi kutup dolaylarında yer alan
manyetik kutup da manyetizma açısından kuzey
kutuptur. Ne var ki, bu
durum pusula kullanımında bir sorun yaratmaz.
Ayrıca manyetik kutuplar her yıl birkaç kilometre
yer değiştirir. 20. yüzyıl boyunca manyetik
kutupların toplam olarak 1100 km yer
değiştirdiği saptanmıştır. 2001 yılı verilerine
göre, kuzey yarıküredeki manyetik kutup 81.3
kuzey ve 114.4
batı koordinatlarındadır. 1998 verilerine göre
de güney yarıküredeki manyetik kutup 64.6
güney ve 138.5 doğu koordinatlarındadır.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetik kutuplar ?
• Elektriksel anlamda
tek kutupluluk
vardır. (+) ve (−)
kutuplar tek
başlarına bir yerde
bulunabilir ve bu
iki kutup arasında
alan çizgileri
çizilebilir.
• Manyetizmada tek
kutupluluk yoktur.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Elektrik akımı ve manyetizma
21 Nisan 1820 tarihinde bir akşam, Hans Christian
Ørsted ders için hazırlarken, şaşırtıcı bir duruma tanık oldu.
Malzemelerini hazırladığı sırada, kullandığı pildeki elektrik
akımı açık ve kapalı iken pusula iğnesinin manyetik
kuzeyden saptığını fark etti. Bu sapma, onu şuna ikna etti:
Manyetik alan çizgileri, tıpkı ışık ve ısıda olduğu gibi, elektrik
akım taşıyan bir telin her tarafından yayılıyordu. Bu durum
da, elektrik ve manyetizma arasındaki doğrudan ilişkiyi teyit
ediyordu.
Keşif sürecinde, Ørsted, olgunun herhangi bir tatmin edici
açıklamasını yapmadı, onu matematiğe dökmeye de
çalışmadı. Ancak, üç ay sonra daha yoğun araştırmalara
başladı. Bundan kısa süre sonra da, bir teldeki elektrik
akımının bir manyetik alan ürettiğini kanıtlayan bulgularını
yayınladı. Onun elektromanyetizma konusuna yaptığı
katkılardan dolayı, manyetik indüksiyon, CGS birimine göre
(oersted) olarak isimlendirilmiştir.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Elektrik Akımı ve Manyetizma
Elektrik yükleri, aralarındaki uzaklığın karesi ile
ters orantılı bir güç ile birbirlerini çekerler ya da
iterler: Zıt yükler birbirini çeker, aynı yükler
birbirini iter.
Benzer şekilde, manyetik kutuplar (ayrı
noktalardaki kutuplaşmalar) birbirlerini çeker ya da
iterler ve her zaman çift olarak ortaya çıkarlar: Her
kuzey kutbu, manyetik alan çizgileriyle bir güney
kutbuna bağlanmıştır.
Bir tel içerisindeki elektrik akımı, tel etrafında,
yönü akıma bağlı olan (saat yönünde veya saat
yönünün tersine), dairesel bir manyetik alan
oluşturur.
Telin içinde, manyetik alana doğru veya manyetik
alandan doğru hareket eden, döngü halindeki bir
akım indüklenir. Benzer olarak bir mıknatıs,
manyetik alana doğru veya manyetik alandan doğru
hareket ettirildiğinde, akımın yönü bu harekete
bağlı olarak değişir.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
The interaction of magnetic force and charge
• The moving
charge interacts
with the fixed
magnet. The
force between
them is at a
maximum when
the velocity of
the charge is
perpendicular to
the magnetic
field.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Sağ El Kuralı I
• Düzgün telde geçen akımın yönü biliniyorsa manyetik
alanın yönü bulunabilir. Sağ elin baş parmağı akımın yönü
olarak seçildiğinde diğer dört parmak bu baş parmağın
etrafında kıvrılır. Elde edilen çevrimsel yön manyetik
alanın yönüdür.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Sağ El Kuralı II
• Zıt işaretli özdeş iki yük aynı doğrultuda manyetik alan içinde
hareket etmektedir. Bu yüklere etki eden manyetik kuvvet zıt
yöndedir.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetik Kuvvet
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetik Alan çizgileri
• Manyetik alan çizgileri N kutuptan S kutuba doğrudur.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Manyetik Alan çizgileri Manyetik Kuvvet
çizgileri değildir.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Yüzey boyunca Manyetik Akı
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Yüklü parçacıkların Manyetik Alanda Hareketi
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Yüklü parçacıklar düzgün olmayan Manyetik Alanda
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Kütle spektrometresi
• Manyetik alan kullanarak
iyonları saptırma..
• Manyetik alana giren ilk hiza
sahip yüklü bir cismin
üzerine bir kuvvet etki eder.
•
Bu kuvvet sayesinde farklı
kütleye sahip moleküller
farklı miktarlarda saparlar.
• Bu metoda manyetik sektör
Kütle spektrometresi denir...
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Akım taşıyan iletkende Manyetik Kuvvet
•
Manyetik Kuvvet daima iletkene ve
Manyetik Alana diktir.
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Akım taşıyan iletkende Manyetik Kuvvet
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Akım ilmeğinde Kuvvet ve Tork
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley
Hall Olayı
Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley