Özel Ders

İNDÜKSİYON AKIMI

11. Sınıflar ve lys fizik konusu. İndüksiyon akım ve geriliminin oluşması. Faraday ve Lenz yasaları. Manyetik alanda hareket ettirilen iletkenin ürettiği indüksiyon EMK.

İndüksiyon Akımı Nedir?

Manyetik alan içerisinde bir iletkenin hareket ettirilmesiyle iletken uçlarında oluşan elektrik akımına indüksiyon akımı denir.

İçerisinde akım geçen bir telin çevresinde bir manyetik alan meydana gelir. Manyetik alanda akım taşıyan bir tel bulunursa bu tele bir kuvvet etki eder. Dolayısıyla elektrik yüklerinin hareketi ile manyetik alan arasında sıkı bir ilişki vardır. Elektrik yüklerinin hareketi manyetik alanı oluştururken, manyetik alan ise elektrik akımını oluşturur.

Manyetik alanda bir tel hareket ettirilirse, telin uçları arasında bir potansiyel fark meydana gelir. Telin bir ucu pozitif yükle yüklenirken, diğer ucu negatif yükle yüklenir. Bunun sebebi elektronların çubuğun bir ucunda toplanmasıdır. Eğer telin iki ucu kapalı devre haline getirilirse elektronlar iletkenin bir ucundan çıkıp diğer ucuna giriş yapar. Böylece indüksiyon akımı oluşturulmuş olur.

Induksiyon Akim1

Tel hareketsiz kalırsa veya manyetik alan vektörü ile aynı yönde hareket ederse indüksiyon akımı oluşmaz. Telin hızı veya manyetik alan vektörü yön değiştirirse, akım da yön değiştirir. Akım ile hız doğru orantılıdır.

Manyetik alandan yararlanarak elektrik akımı oluşturmak için iki adet mıknatıs alarak bunların arasında bir tel sargı hareket ettiririz. Tel sargının hareketi mıknatıs kutupları arasındaki manyetik akıyı değiştirecektir. Manyetik akının değişmesi ise iletken telin uçlarında bir gerilim indükleyecektir. Bu gerilime “indüksiyon elektromotor kuvveti “adı verilir. İndüksiyon elektromotor kuvveti ɛ ile gösterilir.

ɛ = –	∆Φ
	∆t

Bu formüle göre indüksiyon elektromotor kuvveti birim zamanda meydana gelen manyetik akı değişimidir. Bu ifadeye “Faraday İndüksiyon Yasası” adı verilir.

N tane tel sargı varsa ve her bir sargıdaki akı değişimi ∆Φ ise indüksiyon elektromotor kuvveti;

ɛ = –	∆Φ	. N
	∆t

Formülüyle verilir.

Manyetik alan içerisinde S alanına sahip bir çerçeve hareket ettirilsin, bu çerçevenin manyetik alan çizgilerini dik kesen yüzeyle yaptığı açı ϑ ise indüksiyon elektromotor kuvveti;

ɛ = –	∆Φ . cosϑ	. N
	∆t

Manyetik akıyı veren formül, Φ = B.A idi. Eğer A yüzey alanına sahip çerçeve manyetik alan çizgilerini dik kesen yüzeyle ϑ açısı yapıyorsa, Φ = B.A.cosϑ oluyordu. Bu değeri EMK ifadesinde yerine koyarsak;

ɛ = –	∆(B.A. cosϑ)	. N
	∆t

Faraday Kanunları

1- Kapalı bir devrede manyetik akı değişirse indüksiyon elektromotor kuvveti (EMK) meydana gelir ve indüksiyon akımı oluşur.

2- İndüksiyon akımının süresi; bu akımı meydana getiren manyetik akının değişme süresi kadardır.

Lenz Yasası

Faraday yasasındaki (–) işareti Lenz yasası olarak adlandırılır. Bu yasa, “İndüksiyon EMK sı kendisini oluşturan manyetik akı değişimine karşı koyacak bir akım oluşturabilecek yöndedir” şeklinde açıklanır. Bu yasa enerjinin korunumu kanunu ile uyumludur.

Kapalı bir devrede manyetik akı artıyorsa bu devrede bir indüksiyon akımı oluşur. Oluşan bu indüksiyon akımı önceki manyetik alan ile ters yönde bir manyetik alan oluşturacak yönde meydana gelir. Böylece manyetik akı artışını sıfırlamaya çalışır.

Eğer devrede manyetik akı azalması oluşursa yine indüksiyon akımı meydana gelir. Bu kez oluşan indüksiyon akımı manyetik akıdaki azalmayı engelleyecek yönde meydana gelir. İndüksiyon akımının oluşturduğu manyetik alan önceki manyetik alan ile aynı yönde olur.

Manyetik Alanda Hareket Ettirilen Bir Telde Oluşan Elektromotor Kuvvet

Manyetik alan içerisinde iletken bir telin v hızıyla hareket etmesi telin geçtiği düzlemdeki manyetik akıyı değiştirir. Manyetik akının değişmesi telde bir EMK indükler.

B manyetik alanı içerisinde L uzunluğunda bir çubuk V hızı ile hareket ediyorsa meydana gelen EMK;

ɛ = – B.L.v formülü ile verilir. Eğer iletkenin hareket doğrultusu ile manyetik alan çizgileri arasında ϑ açısı varsa EMK;

ɛ = – B.L.v.sinϑ ifadesi ile verilir.

v: Hız

B. Manyetik alan şiddeti

L: Uzunluk

Örnek:

Manyetik alan şiddetinin 2.10^-4 T olduğu bir alanda bu manyetik alana dik olarak 0,5 m uzunluğunda bir iletken çubuk 25 m/s hızla hareket ettiriliyor.

Bu iletkenin uçları arasında oluşan gerilim farkı kaç Volt’tur?

Çözüm:

ɛ = – B.L.V

ɛ = 2.10^-4 . 0,5 . 25

ɛ = 2,5 . 10^-3 Volt

ɛ = 2,5 mV

Örnek:

Induksiyon Akim2

50 cm uzunluğunda iletken bir çubuk, manyetik alan şiddeti 0,6 T olan bir manyetik alan içerisinde yukarıdaki şekildeki gibi kurulan ray sisteminde hareket ettiriliyor. Çubuk 0,05 s de A noktasının 2 m uzağındaki B noktasına gelmektedir. Bu süreçte meydana gelen indüksiyon EMK değerini ve 10 ohm’luk dirençten geçen akımı bulunuz.

Çözüm:

Elektromotor kuvveti birim zamanda manyetik akıdaki değişime eşittir.