Faraday İndüksiyon Kanunları
Ünlü İngiliz fizikçi ve kimyacı Michael Faraday’ın, i-Bir devreyle bağlantılı olan manyetik indüksiyon çizgilerinin sayısı değişirken, devreden, süresi söz konusu değişimin süresiyle sınırlı bir indüksiyon akımı geçer, ii-İndüksiyon akımının yönü, devreyle bağlantılı olan manyetik indüksiyon çizgilerinin sayısını sabit tutacak bir manyetik alan yaratacak biçimdedir, iii-Devreden geçen toplam elektrik miktarı, indüksiyon çizgilerinin sayısındaki toplam değişimle doğru, devrenin direnciyle ters orantılıdır şeklindeki indüksiyon kanunları incelenecektir.
I. MICHAEL FARADAY
Michael Faraday 1791-1867 yılları arasında yaşamış İngiliz fizikçi ve kimyacıdır. Hans Christian Orsted’in 1820’de bir telden geçen elektrik akımının tel çevresinde bir manyetik alan oluşturduğunu buldu. Fransız fizikçi Andre Marie Ampere ise tel çevresinde oluşan manyetik kuvvetin dairesel olduğunu gerçekte de tel çevresinde bir manyetik silindir oluştuğunu gösterdi. Bu çalışmalar Faraday’a mıknatısın sabit tutulması halinde kablonun hareket edebileceğini düşündürdü. Bu öngörü üzerine harekete geçerek bir mıknatıs ve içinden elektrik akımı geçtiği sürece bir mıknatısın yakınında sürekli dönen bir kablodan oluşan bir düzenek hazırlamayı başardı. Aslında Faraday’ın yaptığı bu tasarım ilk elektrik motoruydu, bir cisme hareket vermek için elektrik akımının kullanıldığı ilk düzenekti. Faraday’ın bu icadı günümüzde kullanılan elektrik motorlarının atasıdır.
Bu alanında önemli bir gelişmeydi fakat elektrik akımı üretmek için o günün ilkel pillerinden başka düzenek bir yoktu. Başka bir yöntem bulunmadığı sürece uygulamada sağlayacağı yarar sınırlı kalıyordu. Faraday ilk buluşunun tam tersini düşünerek, manyetikliği kullanarak elektrik üretmenin mümkün olabileceğini varsaydı. Yaptığı çalışmalarla 1831 yılında kapalı bir devre içinde bir mıknatıs gezdirilmesi halinde, mıknatıs hareket ettiği sürece devrede akım olduğunu keşfetti. Bu etki elektromanyetik indüksiyon olarak adlandırılır. Elektromanyetik indüksiyon etkisi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirmek yani jeneratör demekti ve bugün de barajlardan su gücüyle elektrik üretimi bu ilkeye dayanır.
II. İNDÜKSİYON DENEYİ
Faraday’ın yaptığı deneyde birincil bobin bir anahtar ve bataryaya bağlanmıştır. Bu bobin, bir halkanın etrafına sarılmıştır ve anahtar kapatıldığı zaman bu bobindeki akım bir manyetik alan oluşturur. İkincil bobin de bu halkanın etrafına sarılmış olup, galvanometreye bağlanmıştır. İkincil devrede herhangi bir batarya yoktur ve ikincil bobin birincil bobine bağlı değildir. İkincil devrede gözlenen herhangi bir akım, bazı dış etkenler tarafından oluşturulmak zorundadır.
Soldaki ilk devrede bulunan anahtar kapatıldığında, sağdaki ikinci devrede bulunan galvanometre sapma gösterir. İkincil devrede oluşan elektromotor kuvvet (emk) bu devredeki bobin içinden geçen manyetik alanın değişmesiyle gerçekleşir.
İlk bakışta, ikincil devrede hiçbir akımın gözlenemeyeceği tahmininde bulunulur. Fakat, birincil devredeki anahtar aniden kapatıldığı veya açıldığı zaman ilginç bir gözlem meydana gelir. Birincil devredeki anahtar kapatıldığı anda, ikincil devredeki galvanometre bir yöne sapar ve sonra sıfır konumuna geri döner. Anahtar açıldığı an, galvanometre zıt yönde sapar ve tekrar sıfır konumuna geri döner. Akım trafo seçimi yazımız için linki ziyaret edebilirsiniz.
Birincil devrede kararlı bir akım olduğu zaman ya da hiçbir akım olmadığı zaman galvanometre sıfır konumunda kalır. Bu deneyde neler olduğunun anlaşılması için dikkat edilecek ilk nokta, anahtar kapatıldığı zaman, birincil devredeki akımın, bu devrenin bulunduğu bölgede bir manyetik alan oluşturması ve bu manyetik alanın da ikinci devreye nüfuz etmesi gerçeğidir. Anahtar kapatıldığı zaman birincil devredeki akım tarafından oluşturulan manyetik alan belirli bir zaman aralığında sıfırdan belli bir değere çıkar ve ikincil devrede bir akım oluşturan işte bu değişken manyetik alandır.
Bu gözlemlerin ardından Faraday, devrede bir elektrik akımının oluştuğu sonucuna vardı. Oluşan bu akım, ikincil devreden geçen manyetik alan değiştiği sürece, sadece kısa bir zaman varlığını gösterir. Manyetik alan kararlı bir değere ulaştığı anda ikincil devredeki akım sıfıra düşer. Gerçekte, ikincil devre, sanki kendisine kısa bir an bir emk kaynağı bağlanmış gibi davranır. Sonuçta varılan sonuç; manyetik alanı değiştirerek, ikincil devrede indüklenmiş bir emk üretilir.
İlginizi Çekebilir: Elektrik Depolama Yöntemleri
III. İNDÜKSİYON KANUNU
İndüksiyon kanunu tek bir tel bobindeki elektromotor kuvvetin manyetik akıdaki değişiminin zamanla değişiminin negatifine eşit olduğunu söyler. Eğer telin birden fazla döngüsü var ise (birden fazla bobin sarımı), bu ifade bobindeki tel döngülerinin yani sarımlarının sayısı ile çarpılır.
Faraday yasasının denklem haline gelmiş ifadesi şu şekildedir:
- ε, indüklenen gerilimi veya elektromotor kuvveti temsil eder.
- N, telin sarım sayısıdır.
- dΦB, manyetik akıdaki değişimdir
- dt, zamandaki değişimdir.
Negatif işaret indüklenen gerilimin yönünü verir. Lenz yasasına göre indüklenen akım veya gerilim kendisini oluşturan indüklenmedeki değişime zıt bir yönde olmalıdır.
IV. İNDÜKSİYON KANUNUN UYGULAMALARI
Faraday’ın İndüksiyon Kanunu elektromanyetizmanın en temel ve önemli yasalarından biridir. Bu yasa elektriksel makinelerin ve medikal alanın çoğunda uygulamaya sahiptir.
Elektrik Trafoları; akımı veya gerilimi adım adım düşürmede veya artırmada kullanılan statik bir alternatif akım (AC) aygıtıdır. Bu aygıt enerji üreten istasyon, aktarım ve dağıtım sistemlerinde kullanılır.
Elektrik Jeneratörleri; Elektrik jeneratörü mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmede kullanılır.
İndüksiyon Ocakları; Bir indüksiyon ocak, pişirmenin en hızlı yoludur. Pişirme kabı altındaki bakır telden bobin boyunca akım geçtiğinde üretilen manyetik alan elektromanyetik kuvveti indükler. Bu nedenle iletken kapta akım oluşur ve bu akım her zaman ısı üretir.
Elektromanyetik Akış Ölçer; Kanın ve belirli sıvıların hızının ölçülmesinde kullanılır. Bir manyetik alan, içinden akışkanın geçtiği elektriksel olarak yalıtkan olan boruya uygulandığında Faraday yasasına göre bir elektromotor kuvvet indüklenir. Bu ndüklenen elektromotor kuvvet akan akışkanın hızı ile orantılıdır. Yalnız bu sıvının iletken olması gerekir.
Müzik Aletleri; Elektrogitar, elektro keman gibi müzik aletlerinde de Faraday yasası uygulanır.
REFERANSLAR
[2] https://www.muhendisbeyinler.net/faraday-induksiyon-kanunu-nedir/
[3] Paul A. Heckert, Understanding of Faraday’s Law, Suite101
[4] https://www.electrical4u.com/faraday-law-of-electromagnetic-induction/
Satış Mühendisi
Aktif Mühendislik