FİZ121 FİZİK Ankara Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi 2013-2014 2013 2014 Bahar Yarıyılı Ders Ders-11 11 14.05.2014 Ankara Aysuhan OZANSOY Bölüm 9: Faraday Yasası 1. İndüksiyon (Etkileme) Deneyleri 2 Faraday Yasası 2. 3. Lenz Kuralı 4 Jeneratörler 4. 5. Elektromanyetik Dalgalar 2 A.Ozansoy 14.05.2014 1 İndüksiyon (Etkileme) Deneyleri 1. ¾ Günlük Gü lük hayatta h tt kullandığımız k ll d ğ bütü teknolojik bütün t k l jik aletlerde l tl d (çamaşır ( makinasından alarmlara kadar) hepsinde elektrik devreleri yer almaktadır. ¾ Elektrik devrelerinde elektrik akımının sürekliliğini sağlamak için emk ya ihtiyaç olduğunu daha önce görmüştük. ¾Tüm teknolojik cihazlar için elektrik üretim santralleri olarak bilinen emk kaynaklarına ihtiyaç duyulur. Bu santraller farklı enerji türlerini kullanarak elektrik enerjisi üretirler. Bu farklı enerji türlerine örnekler; su barajlarında yerçekimi potansiyel enerjisi, enerjisi termik santrallerde kimyasal enerji (yanma enerjisi) ve nükleer santrallerde nükleer enerjidir. Î Peki, P k böyle b l bir b enerji dönüşümü d nasıll sağlanır? ğl ? Cevap: Elektromanyetik indüksiyon (etkileme) olayıdır. Elektromanyetik indüksiyon, elektrik gücü üretimdeki belirleyici rolü nedeniyle günümüz indüksiyon teknolojisinin temelini oluşturur. 3 A.Ozansoy 14.05.2014 Î İngiliz kimyacı ve fizikçi Michael Faraday(1791-1867) ve ABD’ li J Joseph hH Henry (1797-1878) (1797 1878) manyetik tik iindüksiyonla dük i l il ilgili ili ilk deneyleri d l i yapmışlardır. Şekil Kaynak [1]’ Şekil, [1] den alınmıştır alınmıştır. 4 A.Ozansoy 14.05.2014 Bazı deneysel gözlemler; Bu kesim, Kaynak [2]’ den alınmıştır. 2 1 5 A.Ozansoy 14.05.2014 2. Faraday Yasası Michael Faraday (1791-1867) Î Elektromanyetik indüksiyon ilkesinin odağı ve bu bölümün ana konusu Faraday Yasası ‘ dır. Î İndüksiyon ile ilgili incelediğimiz olayların tümünde ortak kavram, bir devreden geçen manyetik akının değişimidir. Manyetik akı: Bir yüzeyi dik olarak kesen manyetik alan çizgisi sayısı ile ilgili bir niceliktir. Manyetik y akının SI birimi Weber (Wb)’ dir. 1 Wb = 1 T .m 2 r r Φ B = ∫ B ⋅ dA = ∫ B cosθ dA (Bir yüzeyden geçen manyetik akı). 6 A.Ozansoy 14.05.2014 Faraday’ ın İndüksiyon Yasası: İletken çerçeveyle çevrelenmiş bir yüzeyden y y geçen g ç manyetik y akının zamanla değişimi, ğ ş , bu ç çerçevede ç bir indüksiyon emk’ sı oluşturur. Bu emk, devreden geçen manyetik akının zamanla değişiminin negatifine eşittir. dΦ B ε =− dt ÎManyetik akıdaki değişimi göz önüne aldığımızda; - B manyet manyetik k alan değ değişebilir. şeb l r. - Yüzey alanı A değişebilir. - Yüzeyle y manyetik y alan arasındaki açı ç değişebilir. ğş - Yukarda sıralanan bu üç değişimden birkaçı birlikte değişebilir. Î Bu B d denklemdeki kl d ki ((-)) işareti i ti Lenz L K l ile Kuralı il açıklanır. kl 7 A.Ozansoy 14.05.2014 3. Lenz Kuralı Bu kesim, Kaynak [2]’ den alınmıştır. 8 A.Ozansoy 14.05.2014 4. Jeneratörler Bu kesim, Kaynak [2]’ den alınmıştır. 9 A.Ozansoy 14.05.2014 r r ΦB = B ⋅ A 10 Î Sabit manyetik alanda A yüzeyinden geçen manyetik tik akı k Bu kesim, Kaynak [2]’ den alınmıştır. A.Ozansoy 14.05.2014 5. Elektromanyetik Dalgalar Î Elektromanyetik indüksiyon, zamana bağlı olarak değişen bir manyetik alanın bir elektrik alan kaynağı olduğunu gösterir. gösterir Ayrıca zamana bağlı olarak değişen bir elektik alan da bir manyetik alan kaynağı gibi davranır. Î “Böylelikle elektrik ya da manyetik alandan bir tanesi değişmeye ş y etrafını etkiler ve bir tür etkileme alanı y yaratır. Bu olguları g başlayınca, birleştiren Maxwell, bir bölgede zamanla değişen elektrik ve manyetik alanlar nedeniyle elektromanyetik bozulmanın uzayda bir bölgeden diğerine ilerleyebilmesinin mümkün olduğu fikrini öne sürdü” (Bknz. Kaynak[1]). Î Dalga özelliğiÎ Elektromanyetik dalga 11 A.Ozansoy 14.05.2014 •Elektrik + manyetizmaÎElektromanyetizma •Elektromanyetik El kt m tik k kuramın m kurucusu k s İskoç bilim adamı James Clerk Maxwell(1831-1879) •Maxwell, ışığın bir elektromanyetik dalga olduğu görüşünü benimsedi. Elektrik ve manyetizmanın temel kanunları Maxwell denklemleri olarak bilinen bir dizi diferansiyel denklemdir. Maxwell denklemleri r r Qic Gauss Kanunu ∫ E ⋅ dA = ε0 İntegral formda Maxwell denklemleri r r ∂Φ B E d l Faraday Kanunu ⋅ = − ∫ ∂t r r ∫ B ⋅ dA = 0 Manyetik monopol yoktur r r ∂Φ E ⋅ = + B d l μ ( I ε ) ic 0 0 ∫ ∂t 12 Ampere − Maxwell Kanunu A.Ozansoy 14.05.2014 Yayılma y m doğrultusuna ğ dik olarak titreşen dalgalar enine dalgalardır. 13 A.Ozansoy 14.05.2014 Elektromanyetik spektrum: 14 A.Ozansoy 14.05.2014 Kaynaklar 1. “ Üniversite Fiziği”, Young & Freedman, 12. Baskı, Pearson Education Yayıncılık, 2010. 2. http://www.seckin.com.tr/kitap/413951887 (“Üniversiteler için Fizik”, B. Karaoğlu, Seçkin Yayıncılık, 2012). 15 A.Ozansoy 14.05.2014