13037_Mıknatıs Ve Manyetik Alan
advertisement
MANYETİK ALAN Bu konuda cevap verilecek sorular? 1. Manyetik alan nedir? 2. Maddeler manyetik özelliklerine göre nasıl sınıflandırılır? 3. Manyetik alanın varlığı nasıl anlaşılır? 4. Mıknatısın manyetik alan kuvvet çizgileri, mıknatısın farklı noktalarında nasıl değişir? 5. Mıknatısların itme ve çekme kuvvetlerinin büyüklüğü nelere bağlıdır? MIKNATIS NEDİR? Çivi üzerine sarılan telden akım geçirilince çivinin bazı metalleri çektiğini çünkü mıknatıslık özelliği kazandığını ve bu mıknatısa elektromıknatıs denildiğini öğrenmiştik. Ayrıca mıknatısların zıt kutuplarının birbirini çektiğini aynı kutupların ise ittiğini biliyoruz. Mıknatısların birbirlerine ve bazı metallere uyguladığı kuvvetin temas gerektirmeyen kuvvet olduğunu söylemiştik. Temas etmedikleri hâlde birbirlerine kuvvet uygulayabilmelerinin nedeninin çevrelerinde yarattığı MANYETİK ALAN OLDUĞUNU biliyoruz . Her maddenin etrafında manyetik alan olmaz, bu durum maddenin manyetik özelliği ile ilgilidir. Maddelerin manyetik özelliği ile ilgili bilgiler, MÖ 800’lü yıllarda ortaya çıkmıştır. • Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren mıknatıslar, doğal olarak bulunabildikleri gibi yapay olarak da üretilebilir. Doğal mıknatıslar bir demiroksit (Fe3 O4) bileşiğidir. Mıknatısların Kullanım Alanları MANYETİK MADDELER Mıknatıslardan etkilenerek mıknatıslık özelliği kazanabilen maddelere MANYETİK MADDELER denir. Sonradan etkileşim ile değişik şekillerde oluşturulabilen bu tür mıknatıslara YAPAY MIKNATIS adı verilir. Bazı maddeler, doğal mıknatısla etkileşme yapamaz ve mıknatıs özelliği kazanamaz. Bu durumdaki maddelere MANYETİK OLMAYAN MADDELER denir. MANYETİK MADDELER: MIKANTIS KUTUPLARI Çubuk şeklinde bir mıknatısın üzerine serpilen demir tozlarının yoğun bir şekilde mıknatısın uç kısımlarında toplandığı görülür. MIKNATISIN ÇEKME ÖZELLİĞİNİN EN ŞİDDETLİ OLDUĞU BU BÖLGELERE MIKNATISIN KUTUPLARI DENİR Bir mıknatısın asla tek bir kutbu olmaz. Mıknatıs N ve S kutuplarından oluşur. MIKNATISLAR BÖLÜNDÜKÇE YENİ MIKNATISLAR OLUŞUR Manyetik Alan Nedir? Mıknatısların da çevrelerinde manyetik etki oluşturabildiği bir alan vardır. İşte mıknatısların manyetik etki gösterebildiği bu bölgeye o mıknatısın MANYETİK ALANI denir. MANYETİK ALANIN YÖNÜ VAR MIDIR? Demir tozlarının neden şekil aldığını düşünelim. Resimdeki pusula iğnelerinin yönelimine dikkat ediniz KARŞILAŞTIRALIM SONUÇ Cam levha üzerine serpilen demir tozları mıknatısın manyetik alanının etkisiyle küçük birer mıknatıs hâline gelir. Birbirini çekerek uç uca eklenen demir tozları resimlerde görüldüğü gibi çizgiler oluşturur. Mıknatısın çevresinde demir tozlarının oluşturduğu bu çizgilere, mıknatısın o bölgede oluşturduğu MANYETİK ALAN ÇİZGİLERİ denir. MANYETİK ALAN ÇİZGİLERİ VE ÖZELLİKLERİ Birim yüzeyde dik olarak geçen çizgi sayısı, bu yüzey üzerindeki bir noktanın manyetik alan şiddetinin bir ölçüsü olarak alınabilir. 1>3>2 • Bir noktadaki manyetik alan; doğrultusu, yönü ve şiddeti ile belirtilir. • Manyetik alan çizgilerinin yönü, alanı oluşturan mıknatısın N kutbundan çıkıp S kutbuna yönelen alan çizgilerinin yönü olur. • Manyetik alan şiddeti; alan çizgilerinin sık olduğu yerde büyük, seyrek olduğu yerde daha küçüktür. • Mıknatıs yakınlarında manyetik alan çizgileri sık, mıknatıstan uzaklaştıkça seyrektir. • Öyleyse manyetik alanın şiddeti mıknatıs yakınlarında büyük, uzağında küçüktür. Manyetik Alan Çizgileri ve Elektrik Alan Çizgileri Arasındaki Fark Manyetik alan çizgileri kapalı eğrilerdir. Bir başka deyişle manyetik alan çizgilerinin başlangıcı ve sonu yoktur. Oysa elektriksel alan çizgileri artı işaretli yüklerden çıkıp eksi işaretli yüklerde son bulmaktadır. Elektriksel alan çizgileriyle manyetik alan çizgileri arasındaki tek fark budur. MANYETİK MADDELERİN SINIFLANDIRILMASI Manyetik alan çizgilerinin görünümü manyetik alanı yaratan kaynağın özelliğine bağlı olarak değişir. Örneğin manyetik alan çizgileri birbirine paralel olabilir. Çizgileri birbirine paralel olan manyetik alana düzgün manyetik alan denir. U şeklindeki mıknatısın iki kolu arasındaki bölgede oluşacak alan, düzgün bir manyetik alandır. MANYETİK GEÇİRGENLİK Mıknatısın Bulunduğu Ortam Manyetik Alan Şiddetini Nasıl Etkiler? Bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alan çizgilerinin sıklığı ya da seyrekliği, içinde bulunduğu ortama da bağlıdır. Bazı ortamlar, manyetik alan çizgilerini sıklaştırırken bazıları seyrekleştirir. Çizgilerin sıklığı manyetik alan şiddetini belirlediğine göre mıknatıs çevresindeki ortamın değişmesi manyetik alanın şiddetini de değiştirir. Maddelerin manyetik alan çizgilerini seyrekleştirme ya da sıklaştırma özelliğine o maddenin manyetik geçirgenliği denir Bağıl Manyetik Geçirgenlik Maddenin manyetik geçirgenliğinin boşluğun manyetik geçirgenliğine oranına bağıl manyetik geçirgenlik denir ve μb ile gösterilir. μ0 boşluğun, μ maddenin geçirgenlik katsayısı bağıl manyetik geçirgenlik, Maddelerin Bağıl Manyetik Geçirgenliklerine Göre Sınıflandırılması 1. Paramanyetik maddeler: Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’den biraz fazla olan maddelerdir. Paramanyetik bir madde, manyetik alan içerisine konulduğunda manyetik alan şiddetini artırır. Demirin Manyetik Alana Etkisi İçin Ne Söylenebilir? Boşluktaki şiddeti B0 olan düzgün manyetik alan vardır. Bu alan içine demir konulduğunda manyetik alan çizgileri sıklaşır, yani şiddeti artar. Alüminyum, kalsiyum, krom, lityum, magnezyum, platin, tungsten paramanyetik maddelere örnek olarak verilebilir. 2. Diyamanyetik maddeler: Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’den biraz küçük olan maddelerdir. Diyamanyetik bir madde olan bizmut manyetik alan içerisine konulunca manyetik alanın çizgilerini seyrekleştirir, dolayısıyla manyetik alan şiddetini zayıflatır. Bizmut, bakır, altın, gümüş, kurşun, silisyum diyamanyetik maddelerdir. 3. Ferromanyetik maddeler: Bağıl manyetik geçirgenliği 1’den çok büyük olan maddelerdir. Sadece demir, nikel ve kobalt oda sıcaklığında ferromanyetik maddedir. Ferromanyetik maddeler, manyetik alan içerisine konulduklarında kuvvetli olarak mıknatıslanır ve manyetik alan şiddetini oldukça artırır. Bu özellikleri nedeniyle ferromanyetik maddeler; doğal mıknatıs, elektrik motorları ve jeneratörleri, manyetik teyp vb. yapımında önemli yer tutar. Buraya kadar; • Mıknatısların manyetik özelliklerini açıkladık, maddeleri manyetik özelliklerine göre sınıflandırdık. • Mıknatısların birbirine değmeden kuvvet uyguladıklarını biliyoruz. Peki, bu kuvvet nelere bağlıdır? Mıknatıslar Arasındaki İtme ve Çekme Kuvvetinin Bağlı Olduğu Değişkenler Bir mıknatısa, başka bir mıknatıs yaklaştırıldığında aynı cins kutuplar birbirini iter, farklı cins kutuplar birbirini çeker. Mıknatısların birbirine değmeden kuvvet uygulayabilmelerini, oluşturdukları manyetik alan aracılığı ile gerçekleştirdiklerini biliyoruz. Peki bu nasıl gerçekleşir? YORUMLAYALIM Zıt kutuplar karşı karşıya gelmişse bu kutupların çevresindeki manyetik alan çizgileri, âdeta mıknatısların zıt kutuplarını birbirine bağlayan bir bağ oluşturuyor. Bu bağ da sanki zıt kutupların birbirini çekmesini sağlıyor. Eğer mıknatısların aynı kutupları karşı karşıya gelmişse bu kutupların yakınındaki manyetik alan çizgileri birbirine değmiyor. Birbirlerine değmemek için karşı karşıya gelen kutuplardan birinin kuvvet çizgileri diğerininkini itiyor. Dolayısıyla mıknatıslar da birbirini iter. Mıknatıslar Temas Etmeden Nasıl Kuvvet Oluşturur? Mıknatısların oluşturduğu ortak manyetik alan, onların birbirine kuvvet uygulamalarını sağlayan bir araç olduğu anlaşılmaktadır. Ortak manyetik alan da eğer zıt kutuplar karşı karşıya gelmişse bu kutupların manyetik alan çizgileri birleşiyor, aynı kutuplar karşı karşıya gelmişse bu kutupların manyetik alan çizgileri birbirine değmemek için birbirinden uzaklaşıyor. Bu oluşumlar, mıknatısların birbirine değmeden kuvvet uygulayabilmelerini, MANYETİK ALAN ARACILIĞI İLE gerçekleştirdiklerini göstermektedir. Peki, mıknatısların manyetik alan aracılığı ile birbirlerine uyguladığı bu itme veya çekme kuvvetinin büyüklüğü nelere bağlıdır? Coulomb Kanunu İki mıknatıs kutbunun birbirine uyguladığı itme ya da çekme kuvvetinin büyüklüğü, MIKNATISIN KUTUPLARININ ŞİDDETİYLE DOĞRU, ARALARINDAKİ UZAKLIĞIN KARESİYLE TERS orantılıdır. Bu kuvvet, kutuplar arasındaki ortamın türüne de bağlıdır. Mıknatısların kutup şiddetlerini pN ve pS simgeleriyle gösterirsek; Burada K bir orantı katsayısıdır. Bir mıknatısın kutbunun itme ya da çekme kuvvetinin büyüklüğüne o mıknatısın kutup şiddeti denir. Kutup şiddeti kısaca şöyle açıklanabilir: Toplu iğne ya da demir tozu dolu kutuya yaklaştırılan mıknatıslardan hangisi daha çok toplu iğne veya demir tozu çekiyorsa onun kutup şiddeti büyüktür. Değerlendirme Manyetik alan çizgilerine bakarak o bölgedeki manyetik alan şiddetinin sabit olup olmadığını anlayabilir miyiz? Nasıl? Kutup şiddetinin büyük ya da küçük olması, manyetik alan çizgilerini etkiler mi? Maddeleri manyetik özelliklerine göre kaç sınıfa ayırabiliriz? Kısa kısa açıklayınız. Mıknatıslar arasındaki itme ya da çekme kuvvetinin bağlı olduğu değişkenler nelerdir? Bir mıknatısın kutup şiddetini nasıl açıklayabiliriz? AKIM VE MANYETİK ALAN İLİŞKİSİ Hans Oersted, bir gösteri deneyi ile ortaya koymuştur. Oersted bu deneyi sırasında üzerinden akım geçen iletkenlerin yakınında duran pusula iğnesinin saptığını gözlemiştir. Öyleyse akım taşıyan tellerin çevresinde bir manyetik alan oluşur diyerek akım ile manyetizma arasındaki ilişkiyi ortaya koymuştur. Üzerine sarılan telden akım geçirilince mıknatıslanan bu çiviye elektromıknatıs denir. Bir elektromıknatısın sarım sayısı ve bobininde dolaşan akım şiddeti arttıkça yarattığı manyetik alan şiddetinin büyüklüğü artar. Elektromıknatıslık olayları, elektrik akımının manyetik alan oluşturabilme özelliğiyle açıklanmaktadır. Bir telden geçen elektrik akımı, o telin çevresindeki bölgede bir manyetik alan oluşturur. Akım, oluşturduğu bu manyetik alan aracılığıyla mıknatıslanma oluşturmakta, böylece çevresine manyetik etkilerde bulunmaktadır. • Öyleyse telin şekli ne olursa olsun üzerinden akım geçerse çevresinde manyetik alan oluşur. Üzerinden Akım Geçen Düz İletkenin Oluşturduğu Manyetik Alanı Etkileyen Değişkenler Manyetik alan şiddeti akım şiddeti ile doğru, tele uzaklık ile ters orantılıdır. Manyetik alanın şiddeti, ortamın manyetik geçirgenliğine de bağlıdır. Manyetik alanın, dolayısıyla elektromanyetik kuvvetin yönü akımın yönüne bağlıdır. Akımın yönü ters dönünce manyetik alanın, dolayısıyla elektromanyetik kuvvetin yönü de ters döner.
