Elektromanyetik İndükleme

Günlük hayatta kullandığımız elektrik akımının nasıl üretildiğini hiç merak etmiyor musunuz? Elektrik akımının manyetik alan ürettiğini biliyoruz. Bu bölümde de manyetik alan değişiminin bir elektrik akımı ürettiğini göreceğiz.

Bilindiği gibi durgun yükler elektrik alan oluşturur . Yük hareket ederse akı­mı, akımda manyetik alanı oluşturur. Bir yüzeyden geçen manyetik alanın çiz­gi sayısına akı denir. Akı değişimi elektrik akımını oluşturur. Bizim için olmazsa olmazların başında gelen elektrik akımı işte bu akı değişimi ile elde edilir.

Fizikteki temel bağıntılarından biri Faraday yasasıdır. Faraday ve arkadaş­ları; manyetik alanın, alan içine konan bir iletkende elektrik akımının doğması­na neden olup olamayacağını araştırmışlar ve elektromanyetik indüksiyon ola­yını açıklamışlardır.

Faraday yasasına göre, indüksiyon elektromotor kuvveti (emk) farklı iki yol­la oluşturulabilmektedir;

1. Kapalı bir devreden geçen manyetik akının değişmesiyle,

2. İletken bir çubuğun manyetik alanda hareket etmesiyle.

Bu işlemler günümüzde elektrik santrallerinde ve transformatörlerde kullanılmaktadır. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerden oluşan bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üre­ten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duy­duğumuz elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndü­recek büyük güç santrallerine ihtiyaç duyarız. Fosil yakıtlar, nükleer yakıt­lar ve barajlarda biriktirilen su, rüzgar, güneş ve jeotermal enerji bu güç santrallerinin enerji kaynağı olabilir. Kısacası indükleme ile saydığımız bu enerji kaynaklarından birisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Üretilen enerjinin uzak mesafelere iletilmesi ilk zamanlar ciddi bir problem oluşturmaktaydı. George W estinghouse, transformatör diye adlandırılan bir alet geliştirdi. Transformatör, üretilen elektriğin gerilimini artırıp akım değerini azaltarak, uzun mesafeler iletken teller üzerinden verimli bir şekilde iletilmesi­ni sağlar. Böylece elektriğin üretildiği santrallerden çok uzaklardaki ev ve iş­yerlerinde kullanılması mümkün olur. Transformatörlerin de çalışmasında elektromanyetik indükleme vardır. Elektriğin hayatımızdaki önemini düşündü­ğümüzde bu konunun ne kadar önemli olduğu anlaşılır. Faraday ve Lenz ya­salarına göre, indüksiyon e.m.k. ları sadece bobinlerde değil manyetik alanda hareket eden herhangi bir sistem içinde de oluşabilir. Bu akımlara Girdap ve­ya Foucault akımları denilmektedir. Bu oluşan akımlar, ısı kaybına sebep olur. Girdap akımlarından, elektrikli vasıtaların frenlerinde ve küçük çaplı demir çe­lik işletmelerindeki indüksiyon fırınlarında faydalanılmaktadır.

Elektromanyetik İndükleme ile İlgili Kavramlar

Akı (Φ)

Manyetik alan içine konan bir yüzeyden dik olarak geçen manyetik alanın çizgi sayı­sına akı denir.  Φ (fi) ile gösterilir. Skaler bir büyüklüktür. Yüzey manyetik alana dikse akının değeri Φ = B.A olur.

Formülde bir de cosα vardır. Ancak yüzey manyetik alana dik olduğunda α açısı 90 derece olur sin90 = 1 ve cos0 değeri de 1'e eşit olduğu için etkisiz eleman olur. Eğer diklik dışında herhangi açılı bir durum varsa bu durumda genel formül Φ = B.A.cosα olur.

Akı Değişimi ve İndüksiyon Emk'sı

Daha önce akıyı bir yüzeyden geçen manyetik alanın çizgi sayısı olarak tanımlamıştık.

Akıyı değiştirmek için B, A ve α niceliklerinden en az birini değiştirmek gerekli ve yeterlidir. Şekildeki A yüzeyinden geçen akı Φ₁ iken bu nicelikler­den biri değiştirilerek akı Φ₂ yapılırsa manyetik akıdaki değişme miktarı,

ΔΦ = Φ₂ - Φ₁ olur.

İndüksiyon Akımı

Bir yük manyetik alan içinde hareket ederse üzerine kuvvet etki eder. İletken KL çubuğu manyetik alan içinde ha­reket ederse, K ucunda (+) yük, L ucunda ise (-) yük birikir.

İletken bu telin iki ucu birbirine bağlanırsa K ucundan elektronlar L ucuna hareket eder. Böylece bir akım oluşur. Bu akıma indüksiyon akımı denir. KL çubuğu ö hızı ile hareket ederken K ucunda (+) yükler L ucunda ise (-) yükler bi­rikir. Böylece K den L ye doğru bir elektrik alan doğar. Bu alandan dolayı da elektriksel kuvvet oluşur.