manyetİk alan ve İndİksİyon · 2013-02-12 · manyetik alanın ve elektrik alanının...

16. ÜNİTE

MANYETİK ALAN VE İNDİKSİYON

KONULAR1. MIKNATISLAR VE MIKNATISLANMA

2. MANYETİK ALANIN MEYDANA GELİşİ

3. ELEKTRİK ENERJİSİNİN MEYDANA GELİşİ

4. SAĞ VE SOL EL KURALI

5. BİR MANYETİK ALAN İÇİNDE AKIM GEÇEN İLETKENE TESİR EDEN KUVVET VE DOĞRU AKIM ELEKTRİK MOTORLARININ ÇALIşMA PRENSİBİ

215

3. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞIELEKTRİK BİLGİSİ

16.1. MIKNATISLAR VE MIKNATISLANMADemir, nikel, kobalt gibi metalleri çekme özelliği gösteren metallere mıknatıs

dendiğini biliyoruz. Mıknatıslar doğal ve yapay olmak üzere iki çeşittir. Doğal mık-natıs, demirin (Fe) oksijenle (O2) oluşturduğu Fe3O4 bileşiğidir. Yapay mıknatıslar ise demir, nikel, kobalt gibi malzemelerin alaşımlarının mıknatıslandırılması (mıknatıs etkisine sokulması) ile elde edilir.

Mıknatısın etkisinin görüldüğü alana manyetik alan denir. Manyetik alan, kuv-vet çizgileri şeklinde de ifade edilir. Dünyamız da kendisini çevreleyen bir manyetik alana sahiptir ve pusulanın çalışmasını bu alana borçluyuz (Resim 17).

Üzerinden akım geçirilen iletkenlerde de manyetik alan oluşmaktadır. Elektrik akımının manyetik etkisinin kullanım alanı oldukça geniştir. Gerilim dönüştürücü ve daha başka amaçlı trafolar, elektrik motorları, haberleşme sinyallerinin üretimi, iletimi ve alınması, indüktif sensörler, mikro dalga uygulamaları, elektrik akımının manyetik etkisini kullanır.

Sektörel anlamda, enerji, haberleşme, güvenlik, tıp vb. alanlarda kullanımı yaygındır.

Resim 16.1 Farklı tipte mıknatıslar ve yer kürenin manyetik alanı

16.1.1. Manyetik Maddeler Manyetik alandan etkilenen ya da manyetik alanı etkileyen maddelere man-

yetik maddeler denir.

Demir gibi yumuşak malzemeler kolay mıknatıslanırlar ancak mıknatıs etkisin-den uzaklaşınca manyetik (mıknatıs) özelliklerini kolay kaybederler. Nikel ve kobalt gibi sert malzemeler ise daha zor mıknatıslanırlar ancak mıknatıslık özelliklerini yu-muşak malzemelere göre daha uzun süre koruyabilirler.

Alüminyum, nikel ve kobaltın alaşımından yapılan yapay mıknatıs ise mıkna-tıslandıktan sonra bu özelliğini hiç kaybetmez.

216


Manyetik maddeler özelliklerine göre üç başlık altında incelenebilir.

16.1.1.1 Ferromanyetik Madde

Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’ den çok büyük olan maddelerdir. Böyle mad-deler manyetik alana konursa mıknatıslanırlar ve bölgedeki manyetik alan şiddetini alırlar. Kobalt, nikel, demir gibi maddeler ferromanyetik maddedir.

16.1.1.2 Paramanyetik Madde

Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’ den biraz büyük olan maddelerdir. Bunlar manyetik alana konursa çok az mıknatıslanırlar ve bulundukları bölgede alan şidde-tini biraz arttırırlar. Alüminyum, manganez gibi maddeler paramanyetik maddedir.

16.1.1.3 Diyamanyetik Madde

Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’ den biraz küçük olan maddelerdir. Bunlar manyetik alana konulduklarında alana zıt yönde ve zayıf olarak mıknatıslanırlar. Bu-lundukları bölgedeki manyetik alan şiddetini azaltırlar.Bakır, gümüş, bizmut ve kar-bon gibi maddeler diyamanyetik maddelerdir

16.1.2 Manyetik Olmayan Maddeler

Manyetik alandan etkilenmeyen maddelere manyetik olmayan maddeler de-nir.

Manyetik olmayan maddeler, kağıt, lastik, plastik, cam, mika, seramik, tahta vb. şeklinde sıralanabilir.

16.1.3 Mıknatıs Kutupları Mıknatısın itme ya da çekme kuvvetinin en yoğun olduğu bölgeler, mıknatısın

kutuplarıdır. (şekil 64) Bir mıknatısın N (North) ve S (South) olmak üzere iki kutbu vardır. Bir mıknatıs parçalara bölündükçe her bir parça yine iki kutuptan oluşan bir mıknatıs özelliği gösterir.

Şekil 16.1 Mıknatıs kutupları ve kuvvet çizgileri

217


Farklı iki mıknatıs birbirlerine yaklaştırıldığında aynı kutupların (N-N ya da S-S) birbirini ittiği, zıt kutupların (N-S ya da S-N) ise birbirlerini çektiği görülür (şekil 16.2).

Şekil 16.2 Mıknatıs kutupları ve aralarındaki kuvvetlerin yönü

16.2. MAyNETİK ALANIN MEyDANA GELİŞİ

16.2.1. Manyetik Alan Manyetik alan, bir mıknatısın kuvvetinin etkili olduğu alandır. Bu etki, bir mık-

natısın etrafına demir tozları döküldüğünde tozların, kutupların bölgesinde yoğun olmak üzere mıknatısın etrafında çizgiler meydana getirmesinden anlaşılır. Bu ne-denle manyetik alan, alan çizgileri ya da manyetik kuvvet çizgileri şeklinde de ifade edilmektedir (Resim 16.2).

Resim 16.2 Mıknatıslar ve etraflarındaki çizgiler

16.2.2. yerkürenin Manyetik AlanıBir mıknatıs, ortasından bir ip ile bağlanarak serbest bırakıldığında bir ucu

kuzey, diğer ucu güney yönünü gösterir. Yön bulmaya yarayan bu tür mıknatısla-

218


ra pusula denir. Pusula iğnesi de bir mıknatıstır. Pusulanın sürekli aynı doğrultuyu gösterecek şekilde sapması, yerin mıknatıslık özelliğinden kaynaklanır. Yerkürenin çeşitli yerlerinde yapılan deneylerde pusula iğnesinin yaklaşık hep aynı doğrultuyu gösterdiği belirlenmiştir. Bu nedenle yerkürenin daimi bir çubuk mıknatıs özelliği gösterdiği söylenebilir.

Pusula ibresinin kuzey kutbu, kuzeye yöneldiğinden yerkürenin kuzeyinde bir güney mıknatıs kutbu, güneyinde de kuzey mıknatıs kutbu vardır. Ancak Dünya’nın değişik noktalarında yapılan deneylerde pusula iğnesinin tam olarak kuzey ya da güney kutuplarını göstermediği belirlenmiştir. Bu nedenle yerkürenin coğrafi ku-tupları ile manyetik kutupları aynı noktalarda çakışmaz. Yerin manyetik kutupları ile coğrafi kutupları çakışık olmadığından pusula ibresi ile coğrafi kuzey – güney doğ-rultusu arasında bir açı vardır. Bu açıya sapma açısı denir. Sapma açısı, bulunulan konuma göre doğuya ya da batıya doğru olur Ayrıca sapma, yıllara ve mevsimlere göre de değişir.

Mıknatısınızın gösterdiği yöne, sapma açısını hesaplamadan gitmeye kalkar-sanız, gitmek istediğiniz noktaya varamazsınız.

Resim 16.3 Dünyanın manyetik alanı

16.2.3. Manyetik Kuvvet Çizgilerinin Özellikleri • Kuvvet çizgileri kapalı bir devre oluşturacak şekilde ilerlerler.

• Kuvvet çizgileri birbirlerini iterler (birbirlerine paralel ilerler) ve bu nedenle de kesişmezler.

• Kuvvet çizgilerinin yönü dışarıda N kutbundan S kutbuna doğrudur.

• Manyetik kuvvet çizgileri her maddeyi etkilemese de her maddeden ge-çerler.

• Zıt yöndeki kuvvet çizgileri birbirlerini zayıflatırlar.

219


• Aynı yöndeki kuvvet çizgileri, manyetik alanı kuvvetlendirir.

16.2.4. İletken Etrafında Oluşan Manyetik Alan ve Bunun zararlı Olduğu Ortamlar

Bir iletkenden akım geçirilince iletken etrafında bir manyetik alan oluşur. Tıpkı mıknatısta olduğu gibi bu alanın da itme ve çekme özelliği vardır.

İletken etrafında oluşan alanın yönü sağ el kuralı ile bulunur. Kurala göre ilet-ken avuç içine alacak şekilde tutulduğunda ve başparmak akımın yönünü, kalan dört parmak ise iletkende oluşan manyetik alanın yönünü gösterir (şekil 16.3).

Girişte de değinildiği gibi elektrik akımının manyetik etkisinden faydalanma alanları oldukça fazladır. Buna karşın birçok zararlı etkileri de söz konusudur.

Manyetik alanın ve elektrik alanının yaydığı dalgalara elektromanyetik dalga denmektedir.

Bazı dalgaların canlılar üzerinde birtakım olumsuz etkileri olmaktadır. Halâ tartışmalar sürse de bu dalgaların insanın bağışıklık sistemini zayıflattığı ve kanser türü hastalıklara neden olduğu söylenmektedir.

Şekil 16.3 İletken etrafında oluşan manyetik alan ve sağ el kuralı

Bir sistemin manyetik alanı, iyi bir manyetik yalıtım yapılmazsa başka sistemle-rin çalışmasını olumsuz etkileyebilir. Örneğin, televizyon ya da bilgisayarın yanında cep telefonu faaliyete geçince hem parazit sesleri duyulur hem de ekran görüntüle-rinde bozulmalar olur.

Benzer şekilde, yakından geçen bir arabanın yaydığı manyetik alanlar sonu-cu radyonun alıcı devresini etkilemesi ve üretilen seslerin bozulması da bir örnek olabilir. Özellikle elektronik yöntemlerle hassas sistemlerde ve hassas ölçümlerin yapıldığı yerlerde bu etki sakıncalı sonuçlar doğurabilir. Örneğin, birtakım önlemler sonucunda cep telefonları birçok ulaşım aracında kullanılabilse de hala cep telefon-

220


larının kullanımının sakıncalı (yasak) olduğu toplu taşıma araçları bulunmaktadır.

Manyetik alanın sakıncalarını maddeler halinde sıralayacak olursak:

• canlı metabolizmasını bozarak halsizlik, yorgunluk ve bir takım hastalıkla-ra sebebiyet verebilir.

• Ölçüm cihazlarını etkileyerek yanlış ölçümlere neden olabilir.

• Bazı elektronik cihazların çalışmaları üzerinde olumsuz etkileri görülebilir.

16.2.5. Elektromıknatıs ve Kullanım Alanları

Elektromıknatıs, bir manyetik nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobinden oluşur.

Bir iletkenden akım geçirildiğinde etrafında bir manyetik alanın oluştuğunu biliyoruz. Bir bobinden akım geçirildiğinde ise etrafında daha güçlü bir manyetik alan oluşur ve bu alan, nüve üzerinden dolaşarak nüvenin mıknatıs özelliği göster-mesini sağlar.

İletken telin üst üste sarılmasının nedeni birim alandaki manyetik alan şidde-tini artırmaktır, çünkü oluşan manyetik alan miktarı telin boyu ile doğru orantılıdır.

Düz bir elektromıknatısta alanın yönü sağ el kuralına göre bulunur. Sağ elin dört parmağı akımın yönünü gösterecek şekilde tutulduğunda başparmak alanın yönünü (N kutbunu) gösterir (şekil 16.4).

Şekil 16.4 Elektromıknatıs ve manyetik alanı - sağ el kuralı

Elektromıknatıslar, evlerde iletişim araçlarının mikrofon ve hoparlörlerinde, çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazların motorlarında, birçok elektronik cihazın

221


adaptörlerinde, kaçak akım ve aşırı akım rölelerinde, sigortalarda, kumandanda rö-leleri ve kontaktörlerde vb. yerlerde kullanılır (Resim 16.3-Resim 16.4).

• Elektromıknatısın kullanım alanlarından bazılarını aşağıdaki gibi sıralaya-biliriz.

• Radyo, televizyon, müzik çalar gibi cihazların hoparlörlerinde, mikrofon-larda,

Resim 16.4 Elektromıknatısın çeşitli cihazlarda kullanımı

• Evlerdeki tokmaklı kapı zilinde; buzdolabı, çamaşır makinesi gibi cihazların motorlarında, araba marş motorlarında, evlerde, iş yerlerinde ve endüstri-nin hemen her kolunda kullanılan çok değişik tipteki motorlarda,

• Evlerdeki adaptörlerin trafolarında, enerji iletiminde kullanılan gerilim dönüştürücü trafolarda ve yine hemen her cihazda kullanılan gerilim uy-gunlaştırıcı trafolarda kullanılır. Ölçme (ölçme alanını genişletme) amaçlı trafolar da kullanılabilir.

Resim 16.5 Elektrik motorunda elektromıknatıs

• Koruma amaçlı röleler, şalterler ve kumanda amaçlı röle ve kontaktörlerde, sigortalarda kullanılır.

• Haberleşmede ses ve görüntü iletiminde,

222


• Arama ve güvenlik amaçlı endüktif dedektörlerde,

• Hızlı (manyetik) trenlerde,

• Metal ayıklama sistemlerinde ve vinçlerde,

• Atom laboratuarlarında parçacık hızlandırıcılarda kullanılır.

16.2.6 Basit Bir Elektromıknatıs Uygulaması Bu uygulamada Resim 21’deki gibi bir elektromıknatıs yapmaya çalışacağız.

Deney için hazırlık Uygulama için aşağıdaki malzemeleri hazırlayınız.

• Bir adet 1.5 V’luk pil

• 15-20 cm uzunluğunda bir çivi ya da yaklaşık ölçülerde demir parçası

• İki adet 0.50 mm² kesitinde ve 100 - 150 cm uzunluğunda bir emaye bobin teli kesiniz. (0.75 mm2 kesitinde zil teli de olabilir.)

• Bir adet doğal mıknatıs

• Bir miktar topluiğne, cam çivisi ya

Resim 16.6 Basit bir elektromıknatıs

Deneyin yapılışı: Elektromıknatısı yapmak için aşağıdaki adımları izleyebilirsiniz.

1. Bobin teli kullanıyorsanız tellerin uçlarından 1 cm civarında maket bıçağı ile kazıyarak iletken kısmı ortaya çıkarınız. Zil teli kullanıyorsanız kablo uçlarını yan keski ile 1 cm kadar soyunuz.

223


2. Teli düzgün bir şekilde çivinin ya da metal çubuğun üzerine sarınız.

3. Pili, Resim 16.5’te görüldüğü gibi elde ettiğiniz elektro mıknatısın üzerine yapıştırınız.

4. Bobinin (kablonun) bir ucunu pilin eksi kutbuna (altına) yapıştırınız.

5. şimdi bir elinizle açıkta kalan bobin ucunu pilin artı kutbuna dokundurarak diğer elinizle elektro mıknatısı metal cisimlere (toplu iğne, ataç, çivi vb) yaklaştırınız.

6. Elektromıknatısı sağa sola, yukarı aşağı hareket ettirerek çekim gücünü an-lamaya çalışınız.

7. Bobinin diğer ucunu da bantlayınız (artı uca) ve elektromıknatısınızı çeşitli açılarla doğal mıknatısa yaklaştırınız ve iki mıknatıs arasındaki etkileşimi gözlemle-yiniz.

Deneyin Sonucu: • Manyetik bir malzeme, üzerine iletken tel sarılıp akım geçirildiğinde mık-

natıslık özelliği kazanır.

• Elektromıknatıs çalışır haldeyken doğal mıknatısa yaklaştırıldığında arala-rında itme ve çekme gerçekleşir. Bu da elektromıknatısın aktifken tama-men doğal mıknatıs gibi davrandığını gösterir.

• Akım kesilince elektromıknatısın mıknatıslık özelliği çok kısa bir sürede yok olur.

16.3. ELEKTRİK ENERJİSİNİN MEyDANA GELİŞİ

16.3.1. Gerilim Üretme yöntemleri Gerilim üretme yöntemlerine elektrik enerjisi üretiminde kullanılan kaynaklar

konusunda kısmen değinmiştik. Orada, şebeke enerjisinin elde edilmesinde farklı enerji kaynaklarından nasıl faydalanıldığı gördük.

şimdi, en bilindik yollarla elektrik enerjisinin nasıl elde edildiğine odaklanaca-ğız. Biliyorsunuz, elektrik enerjisi denince akla elektrik akımı gelmekte. Elektrik akımı ise elektrik geriliminden kaynaklanmaktadır. Öyleyse biz herhangi bir yolla elektrik gerilimi elde ettiğimizde bunun anlamı aslında elektrik enerjisi ürettiğimizdir.

şimdi elektrik gerilimini elde etme yöntemlerine bakalım.

16.3.1.1 İndüksiyon (manyetik alan) yoluyla Lenz Kanunu’na göre bir iletken, manyetik bir alan içerisinde hareket ettirilirse

bu iletkenin iki ucu arasında potansiyel bir fark oluşur. Aynı şekilde bir manyetik alan

224


bir iletkeni kesecek (görecek) şekilde hareket ettirilirse bu iletkende yine bir elektrik gerilimi oluşur.

Resim 16.7’de mıknatıs hareket ettirildiğinde manyetik alanın etkisi ile bobin atomları uyarılır. Bir elektrik alanındaki gibi manyetik alanda da serbest elektronlar bir yönde harekete geçerler. Böylece bobinin bir ucunda negatif, diğer ucunda ise pozitif yüklü atomlar yoğunlukta olur. İletken uçlarındaki bu yük farkına elektrik ge-rilimi denir ve bu olaya da indüklenme denir. Bobin uçları bir alıcı üzerinden birleşti-ğinde bobinde indüklenen (oluşan) bu gerilim, devreden akım dolaştırır.

Bu şekilde indüklenen gerilimin değeri iletkenin uzunluğuna, manyetik alanın yoğunluğuna (şiddetine) ve manyetik alanın ya da iletkenin hareket hızına bağlıdır.

Alan sabitken iletken hareket ettirildiğinde ise iletkenin gerilimini, iletkenin hareket hızı belirler.

Bir iletkende indüklenen gerilimin değeri (MKS birim sisteminde)

e = B. L. V formülü ile bulunur.

Formüldeki değişkenlerin anlam ve birimleri aşağıdaki gibidir.

e: İletkende indüklenen emk (V)

B: Manyetik akı yoğunluğu (weber/m2)

L: İletkenin boyu (m)

V: İletkenin hızı (m/sn)

şayet iletkenin hareketi açısal bir karakter taşıyorsa o zaman eşitlik,

Resim 16.7 Bir bobinde oluşan gerilim (emk)

225


e = B. L. V.Sinα şeklini alır. Örneğin alternatörlerde gerilimin indüklendiği ro-tor üzerindeki iletkenler dairesel bir dönüş yaparlar. Dolayısıyla da stator sargılarını 0-360 derecelerde kestiklerinden elde edilen gerilimin formu sinüzoidaldir.

Sinüzoidal gerilim elde etmenin diğer bir yolu da sabit kutupların etkisindeki bir iletkeni ya da iletken sarımlarını döndürmektir (şekil 16.5).

Normalde alternatörler çok kuvvetli elektromıknatıslara, çok sarımlı ve kalın tellere sahiptirler. Bu şekilde yüksek miktarlarda enerji üretebilmektedirler. Alterna-törler gibi elektrik enerjisi üreten diğer elektrik makineleri de dinamolardır. Dinamo-lar doğru akım üreten makinelerdir.

Şekil 16.5 Alternatör modeli

16.4. SAĞ EL VE SOL EL KURALI

16.4.1 Sağ El KuralıBir iletkende gerilim oluşturabilmek endüksiyon prensibine dayanır. Endüksi-

yon prensibine göre; iletken ve manyetik alanın birbirlerini etkileyecek şekilde ko-numlandırılıp, en az birinin hareket ettirilmesi sonucunda iletkendeki yükler hare-kete geçer. Bu olay sonucunda iletkende bir gerilim meydana gelir.

İletkende meydana gelen akımın yönü sağ el kuralına göre bulunabilir. şekil 16.6’yı inceleyiniz.

Birbirlerine dik tutulan; baş, işaret ve orta parmaklardan, baş parmak hareket yönünü (V), işaret parmağı manyetik alan yönünü (B) gösterecek şekilde tutulursa, orta parmak iletkenden geçecek olan akımın yönünü (I) gösterir.

226


Şekil 16.6 Sağ el kuralı

Şekil 16.7 Sağ el kuralının uygulanması

şekil 16.7’de mıknatısın N-S kutupları arasında iletken 1,2,3 ve 4 yönlerinde ayrı ayrı hareket ettirilmektedir. İletkenin bu yönlerdeki hareketi sonucunda ilet-ken üzerinde sağ el kuralına uygun olarak akımlar meydana gelir. şekil 16.8, 16.9 ve 16.10’te bu akımların oluşumu görülmektedir.

Dikkat edilirse şekil 16.10’da akım oluşmamıştır. Sağ el kuralına göre de akım oluşması mümkün değildir.

Manyetik alanda hareket ettirilen iletkende akım oluşabilmesi için; iletkenin alan kuvvet çizgileriyle arasında bir kesişme açısı olmalıdır. şekil 16.10’da iletken, alana paralel hareket etmektedir.

227


Şekil 16.8 İletken 1 Şekil 16.9 İletken 2 yönünde yönünde hareket ediyor. (sayfa düzleminden dışarı) hareket ediyor.

Şekil 16.10 İletken 3 ve 4 yönlerinde hareket ediyor.

16.4.2 Sol El KuralıMotorlar elektrik enerjisinden üretilen elektromanyetik alanı kullanarak me-

kanik hareket elde eden cihazlardır. Elektrik enerjisini kullanarak hareket enerjisi üretirler.

Endüstriyel kontrol sistemlerinin hareket içeren parçaları genellikle motorlar-dan oluşur.

Elektrik motorları kullandıkları gerilim türleri bakımından Ac(alternatif geri-lim) ve Dc (doğru gerilim) olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Ayrıca bu iki gruba giren

228


motorların çalışma şekli ve yapıları bakımından farklılık gösterenleri de mevcuttur. Bu modül içinde direkt olarak Dc gerilim uygulanarak çalışan motorların ve step (adım) motor yapısını, çalışma şekilleri ile uygulama devrelerini inceleyeceğiz.

Dc motorların çalışmalarını daha iyi anlayabilmek için önce manyetik alan için-deki iletkenlerin üzerinden akım geçtiğinde neler olduğunu bilmek, ayrıca elektro-manyetik alanın özelliklerini anlamak gereklidir. şimdi bu konuları inceleyelim.

Manyetik alan içinde kalmış bir iletken tel üzerinden akım geçerse iletken tel üzerinde bir hareket gözlenir. Dc motorların elde ettiği hareket enerjisi bu temel prensibe bağlıdır.

Dc motorlar bu fizik prensibi ile iletken telden geçen akımı kullanarak hare-ket enerjisi elde eder. Ancak bu hareketin yönü manyetik alanın yönü ve iletkenden akan akımın yönü ile ilişkilidir. Bu sayede manyetik alanın yönü veya iletken telden geçen akımın yönü değiştirilerek motorların dönme yönü de değiştirilebilir.

Şekil 16.11 Manyetik alan altında hareket yönleri

Sol el kuralı için öncelikle sol elimizi şekil 16.12’de gösterildiği gibi özel bir şekilde tutmalıyız. Manyetik alanın yönü her zaman N kutbundan S kutbuna doğru-dur. İşaret parmağımızı manyetik alan yönünde tutmalıyız. Aynı anda orta parmağı-mızın da akımın yönü ile aynı yönde olması gereklidir. Bu durumda başparmağımız hareket yönünü gösterir.

Motorların çalışmalarını daha iyi anlamak için elektromanyetizma adı verilen fiziksel olayı anlamak gereklidir. Manyetik alanlar sadece kalıcı mıknatıslara mahsus değildir. Akım taşıyan bir telin çevresinde manyetik bir alan oluşur. Bu manyetik ala-nı çubuk çevresinde döndürülerek yapılan pamuk şekerin kendisi gibi düşünebilir-siniz.

229


Şekil 16.12 Sol el kuralı

Kalıcı mıknatıslarda olduğu gibi elektrik akımlarının alanları da kuzeyden gü-neye yönelmiştir. Bir iletken tel üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan çok düşük değerdedir. Bobin adı verilen iletken tel sarımları ile güçlü manyetik alan-lar elde edilebilir.

16.5 BİR MANyETİK ALAN İÇİNDE AKIM GEÇEN İLETKENE TESİR EDEN KUVVET VE DOĞRU AKIM ELEKTRİK MOTORLARININ ÇALIŞMA PRENSİBİ

İçinden akım geçen bir iletkenin manyetik alan içindeki durumu ve sol el ku-ralı, manyetik alan içinde hareket eden bir iletken üzerinde EMK indüklenir ve bu EMK’den dolayı devreden bir akım geçer. şimdi bu durumun tersini inceleyelim. Yani manyetik alan içinde bulunan bir iletkenden akım geçerse ne olur?

Şekil 16.12 İçinden akım geçen iletken ve yönü

Manyetik alan içindeki iletkenin itilme yönü, iletkenin içinden geçen akımın ve manyetik alanın yönüne bağlıdır. İletkenin hareket yönü, sol el kuralı ile bulunur.

230


Sol el, dört parmak birbirine birleştirilerek açılır. Sol el kuvvet çizgileri avuç içinden geçecek ve bitişik dört parmak iletkenden geçen akımın yönünü gösterecek şekilde tutulursa başparmak iletkenin hareket yönünü göstermektedir.

Not: Akım yönü ve manyetik alan yönü aynı anda değiştirilirse iletkenin ha-reket yönü değişmez. Sadece birinin değiştirilmesi yeterli olmaktadır.

16.5.1 zıt EMKşekil 16.14’te görüldüğü gibi doğru akım motoruna gerilim uyguladığımızda

endüvinin N kutbunun altındaki iletkenlerde pozitif yönde akım geçerken, S kutbu-nun üstündeki iletkenlerde diğer yönde akım geçer. Manyetik alanın etkisiyle en-düvi sola doğru hareket eder. Manyetik alan içinde dönen ve iletkenleri kuvvet çiz-gileri tarafından kesilen Endüvi üzerinde EMK indüklenir. Endüviden geçen akımla, dolayısıyla endüviye uygulanan U gerilimi ile endüvide indüklenen EMK’nin yönleri birbirine terstir.

Endüviye uygulanan gerilime ters yönde oluşan bu EMK’ye zıt EMK denir.

Şekil 16.13 İçinden akım geçen iletkenin N-S kutup alanı içindeki durumu

Endüvide indüklenen zıt EMK, endüviye uygulanan gerilime (U) göre ters yön-de olduğundan U geriliminin endüviden geçirmek istediği akımı azaltmak ister. Yani endüviden geçen akım, iki gerilimin farkından dolayı geçen akımdır.

231


Şekil 16.14 İçinden akım geçen iletkenin kutuplar içerisindeki hareketi

232


ÖzETDemir, nikel, kobalt gibi metalleri çekme özelliği gösteren metallere mıknatıs

dendiğini biliyoruz. Mıknatıslar doğal ve yapay olmak üzere iki çeşittir. Doğal mık-natıs, demirin (Fe) oksijenle (O2) oluşturduğu Fe3O4 bileşiğidir. Yapay mıknatıslar ise demir, nikel, kobalt gibi malzemelerin alaşımlarının mıknatıslandırılması (mıknatıs etkisine sokulması) ile elde edilir.

Manyetik alandan etkilenen ya da manyetik alanı etkileyen maddelere man-yetik maddeler denir.

Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’ den çok büyük olan maddelerdir. Böyle mad-deler manyetik alana konursa mıknatıslanırlar ve bölgedeki manyetik alan şiddetini alırlar. Kobalt, nikel, demir gibi maddeler ferromanyetik maddedir.

Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1’ den biraz büyük olan maddelerdir.

Manyetik alandan etkilenmeyen maddelere manyetik olmayan maddeler de-nir. Mıknatısın itme ya da çekme kuvvetinin en yoğun olduğu bölgeler, mıknatısın kutuplarıdır. Bir mıknatısın N (North) ve S (South) olmak üzere iki kutbu vardır.

Manyetik alan, bir mıknatısın kuvvetinin etkili olduğu alandır. Bu etki, bir mık-natısın etrafına demir tozları döküldüğünde tozların, kutupların bölgesinde yoğun olmak üzere mıknatısın etrafında çizgiler meydana getirmesinden anlaşılır.

Bir mıknatıs, ortasından bir ip ile bağlanarak serbest bırakıldığında bir ucu kuzey, diğer ucu güney yönünü gösterir. Yön bulmaya yarayan bu tür mıknatıslara pusula denir.

Bir iletkenden akım geçirilince iletken etrafında bir manyetik alan oluşur. Tıp-kı mıknatısta olduğu gibi bu alanın da itme ve çekme özelliği vardır.

İletken etrafında oluşan alanın yönü sağ el kuralı ile bulunur. Kurala göre ilet-ken avuç içine alacak şekilde tutulduğunda ve başparmak akımın yönünü, kalan dört parmak ise iletkende oluşan manyetik alanın yönünü gösterir.

Manyetik alanın sakıncalarını maddeler halinde sıralayacak olursak:

• canlı metabolizmasını bozarak halsizlik, yorgunluk ve bir takım hastalıkla-ra sebebiyet verebilir.

• Ölçüm cihazlarını etkileyerek yanlış ölçümlere neden olabilir.

• Bazı elektronik cihazların çalışmaları üzerinde olumsuz etkileri görülebilir.

Elektromıknatıs, bir manyetik nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobinden oluşur.

Elektromıknatıslar, evlerde iletişim araçlarının mikrofon ve hoparlörlerinde,

233


çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazların motorlarında, birçok elektronik cihazın adaptörlerinde, kaçak akım ve aşırı akım rölelerinde, sigortalarda, kumandanda rö-leleri ve kontaktörlerde vb. yerlerde kullanılır

Lenz Kanunu’na göre bir iletken, manyetik bir alan içerisinde hareket ettirilirse bu iletkenin iki ucu arasında potansiyel bir fark oluşur. Aynı şekilde bir manyetik alan bir iletkeni kesecek (görecek) şekilde hareket ettirilirse bu iletkende yine bir elektrik gerilimi oluşur.

Bir iletkende gerilim oluşturabilmek endüksiyon prensibine dayanır. Endük-siyon prensibine göre; iletken ve manyetik alanın birbirlerini etkileyecek şekilde konumlandırılıp, en az birinin hareket ettirilmesi sonucunda iletkendeki yükler harekete geçer. Bu olay sonucunda iletkende bir gerilim meydana gelir. İletkende meydana gelen akımın yönü sağ el kuralına göre bulunabilir.

Motorlar elektrik enerjisinden üretilen elektromanyetik alanı kullanarak me-kanik hareket elde eden cihazlardır. Elektrik enerjisini kullanarak hareket enerjisi üretirler.

Endüstriyel kontrol sistemlerinin hareket içeren parçaları genellikle motorlar-dan oluşur.

Kalıcı mıknatıslarda olduğu gibi elektrik akımlarının alanları da kuzeyden gü-neye yönelmiştir. Bir iletken tel üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan çok düşük değerdedir. Bobin adı verilen iletken tel sarımları ile güçlü manyetik alan-lar elde edilebilir.

Manyetik alan içindeki iletkenin itilme yönü, iletkenin içinden geçen akımın ve manyetik alanın yönüne bağlıdır. İletkenin hareket yönü, sol el kuralı ile bulunur. Sol el, dört parmak birbirine birleştirilerek açılır. Sol el kuvvet çizgileri avuç içinden geçecek ve bitişik dört parmak iletkenden geçen akımın yönünü gösterecek şekilde tutulursa başparmak iletkenin hareket yönünü göstermektedir.

Akım yönü ve manyetik alan yönü aynı anda değiştirilirse iletkenin hareket yönü değişmez. Sadece birinin değiştirilmesi yeterli olmaktadır.

Endüvide indüklenen zıt EMK, endüviye uygulanan gerilime (U) göre ters yön-de olduğundan U geriliminin endüviden geçirmek istediği akımı azaltmak ister. Yani endüviden geçen akım, iki gerilimin farkından dolayı geçen akımdır.

234


DEĞERLENDİRME SORULARI1-Aşağıdakilerden hangisi mıknatıslanmaya uygun olmayan maddedir?

A. Demir B. Arikel c. Alüminyum D. Kobalt

2- Aşağıdakilerden hangisi mıknatıslanabilen maddelerdir?A. Tornavida B. Altın küpe c. Gümüş yüzük D. Bakır vazo

3- Aşağıdakilerden hangisi doğru akım elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektrik makinesidir?

A. Asenkron motor B. Doğru akım motoru c. Dinamo D. Trafo

4- manyetik alan içinde bulunan iletkenin itilme yönü Aşağıdakilerden hangisine bağlıdır?

A. Akımın yönüne B. Sipir sayısına c. Gerileme D. Güce

5- Aşağıdakilerden hangisi doğal mıknatısın adıdır?A. Kalsin B. Silis c. Demir D. Magnetit

manyetİk alan ve İndİksİyon · 2013-02-12 · manyetik alanın ve elektrik alanının...

Documents