Elektromanyetik İndüksiyon

Elektromanyetik indüksiyon, bir halka ya da iletkenden geçen manyetik akı değiştiğinde indüklenen bir emk oluşması demektir. Yol kapalıysa bu emk bir akım oluşturabilir. Bu, jeneratörlerin, transformatörlerin ve hareketi ya da değişen alanları elektriksel etkilere dönüştüren birçok günlük cihazın temel fikridir.

En kullanışlı nicel ifade Faraday yasasıdır:

$$\mathcal{E} = -N \frac{d\Phi_B}{dt}$$

Burada $\mathcal{E}$ indüklenen emk, $N$ sarım sayısı ve $\Phi_B$ bir sarımdan geçen manyetik akıdır. Eksi işareti Lenz yasasından gelir: indüklenen etki, kendisini oluşturan değişime karşı koyar.

Elektromanyetik İndüksiyon Yalnızca Akı Değiştiğinde Oluşur

Önemli olan yalnızca bir manyetik alanın varlığı değildir. Önemli olan, halkadan geçen manyetik akının değişip değişmediğidir.

Düz bir halka düzgün bir manyetik alan içindeyse,

$$\Phi_B = BA \cos\theta$$

Bu yüzden akı üç yaygın şekilde değişebilir:

1. Alan şiddeti $B$ değişir.
2. Halkanın alanı $A$ değişir.
3. Halka döndüğü için açı $\theta$ değişir.

Bunların hiçbiri değişmiyorsa akı sabit kalır ve emk indüklenmez.

Değişen Akı Neden İndüklenen Emk Oluşturur

Değişen bir manyetik ortam, iletkendeki yükleri iter ve bir emk oluşturur. Akıdaki değişim ne kadar hızlıysa emk o kadar büyük olur. Değişim daha yavaşsa emk daha küçük olur.

Bu yüzden bir mıknatısı bobinin içinden hızlı geçirmek, diğer her şey aynıyken, yavaş geçirmekten daha güçlü bir etki oluşturur. Aynı düzen, bir halkayı daha hızlı döndürdüğünüzde veya alanı daha hızlı değiştirdiğinizde de görülür.

Çözümlü Örnek: Değişen Manyetik Alandaki Bir Bobin

Bir bobinin $N = 50$ sarımı ve $A = 0.020 \, \mathrm{m}^2$ alanı olduğunu varsayalım. Düzgün manyetik alan bobine dik kalıyor, yani $\cos\theta = 1$. Alan, $0.10 \, \mathrm{s}$ içinde $0.30 \, \mathrm{T}$'den $0.80 \, \mathrm{T}$'ye çıkıyor.

Alan dik olduğundan, sarım başına akı değişimi

$$\Delta \Phi_B = A \Delta B = (0.020)(0.80 - 0.30) = 0.010 \, \mathrm{Wb}$$

Şimdi bu zaman aralığı için Faraday yasasının ortalama büyüklük biçimini kullanalım:

$$|\mathcal\{E\}| = N \frac\{|\Delta \Phi_B|\}\{\Delta t\}$$ $$|\mathcal\{E\}| = 50 \cdot \frac\{0.010\}\{0.10\} = 5.0 \, \mathrm\{V\}$$

Buna göre ortalama indüklenen emk'nin büyüklüğü $5.0 \, \mathrm{V}$ olur. Eğer alan bu aralık boyunca sabit bir hızla artıyorsa, bu aynı zamanda değişim süresince anlık emk büyüklüğüdür.

Bobin kapalı bir devrenin parçasıysa, bu emk bir akım oluşturabilir. Devre açıksa yine indüklenen bir emk vardır, ancak tam bir halka boyunca sürekli bir akım akmaz.

Elektromanyetik İndüksiyonda Yaygın Hatalar

• Her manyetik alanın indüksiyona neden olduğunu düşünmek. Durağan bir halkadan geçen sabit bir alan bunu yapmaz.
• Akının yalnızca alan şiddetine ve alana değil, açıya da bağlı olduğunu unutmak.
• Faraday yasasındaki eksi işaretini yalnızca negatif bir sayısal cevap gibi görmek. Bu işaret, indüklenen etkinin değişime karşı koyduğunu söyler.
• Emk ile akımın aynı şey olduğunu varsaymak. İndüklenen akım için kapalı bir iletken yol gerekir.

Elektromanyetik İndüksiyon Nerelerde Kullanılır

Elektromanyetik indüksiyon, değişen manyetik akının gerilime veya akıma dönüştürüldüğü her yerde kullanılır. Yaygın örnekler arasında elektrik jeneratörleri, transformatörler, indüksiyonlu ocaklar ve kablosuz şarj sistemleri bulunur.

Ayrıca hareket, manyetik alanlar ve devreler arasında pratik bir bağ kurmanızı sağlar. İndüksiyon bir emk oluşturduktan sonra, devrenin geri kalanını direnç, akım ve güç gibi kavramlarla inceleyebilirsiniz.

Benzer Bir Problem Deneyin

Aynı bobini koruyun, ancak alan değişiminin $0.10 \, \mathrm{s}$ yerine $0.20 \, \mathrm{s}$ sürdüğünü düşünün. Akı değişimi aynıdır, bu yüzden ortalama indüklenen emk büyüklüğü yarıya iner. Dönen bir halka veya farklı bir sarım sayısıyla kendi örneğinizi deneyin ve formülü kullanmadan önce akının hangi kısmının değiştiğini kontrol edin.