2. ÜNİTE: 4. BÖLÜM DEĞERLENDİRME SORULARI
A. Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kelimeleri kullanarak tamamlayınız.
Cevap: 1. iş 2. öz-indüksiyon 3. manyetik akı, indüksiyon 4. zıt 5. indüksiyon emk
1. Yüklü parçacık, düzgün manyetik alana dik olarak girdiğinde iş yapılmaz.
2. Akım makarasına bağlı üretecin devreye verdiği akım değiştirilirse öz-indüksiyon akımı oluşur.
3. Bir halkadan geçen manyetik akı değişirse indüksiyon akımı oluşur.
4. Manyetik alana giren “+” ve “-” yüklü iki parçacığın dönüş yönleri zıt olur.
5. Manyetik alan içindeki halkanın dönüş hızı artırılırsa oluşan indüksiyon emk büyüklüğü artar.
B. Aşağıdaki cümlelerin başına doğru ise “D”, yanlış ise “Y” yazınız.
Cevap: 1. D 2. Y 3. Y 4. Y 5. D
1. (D) Üzerinden akım geçen bir akım makarası mıknatıs gibi davranır.
2. (Y) Manyetik alana dik giren yüklü bir parçacığın yalnızca yükü artırılırsa yaptığı dairesel hareketin yarıçapı da artar.
3. (Y) Aynı yönlü akım taşıyan, birbirine paralel iki iletken tel birbirini iter.
4. (Y) Manyetik alan skaler bir büyüklüktür.
5. (D) Manyetik alan çizgileri ile halka yüzeyinin normali paralel olduğu anda manyetik akı en büyüktür.
C. Aşağıda verilen soruları cevaplayınız.
1. İndüksiyon akımı ve öz-indüksiyon akımı nedir? Aralarındaki benzerlikler ve farklılıklar nelerdir?
Cevap:
İndüksiyon akımı ve öz-indüksiyon akımı arasındaki benzerlikler ve farklılıklar şöyle özetlenebilir:
-
İndüksiyon akımı, bir devredeki manyetik akının değişmesi sonucu oluşan akımdır. Öz-indüksiyon akımı ise bir devredeki elektrik akımının değişmesi sonucu oluşan akımdır.
-
İndüksiyon akımı, devreye dışarıdan uygulanan bir manyetik alanın etkisiyle meydana gelir. Öz-indüksiyon akımı, devrenin kendi oluşturduğu manyetik alanın etkisiyle meydana gelir.
-
İndüksiyon akımı, devredeki manyetik akının değişim hızına bağlıdır. Öz-indüksiyon akımı, devrenin öz-indüktansına ve elektrik akımının değişim hızına bağlıdır.
-
İndüksiyon akımı ve öz-indüksiyon akımı arasındaki ortak nokta, her ikisinin de Lenz yasasına göre yönlerinin belirlenmesidir. Yani, her iki durumda da oluşan indüksiyon elektromotor kuvveti, indüksiyon akımını meydana getiren manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde oluşur.
2. Manyetik akı nedir? Manyetik akıyı etkileyen faktörler nelerdir?
Cevap:
-
Manyetik akı, bir mıknatısın veya bir manyetik devrenin oluşturduğu manyetik alanın gücünü ölçen bir büyüklüktür. Birim kesit alandan geçen manyetik akı miktarına ise manyetik akı yoğunluğu denir. Manyetik akı, Φ harfiyle, manyetik akı yoğunluğu ise B harfiyle gösterilir.
-
Manyetik akının birimi weber (Wb) veya tesla-metre kare (Tm2) dir. Manyetik akı yoğunluğunun birimi ise tesla (T) veya weber-metre kare (Wb/m2) dir.
-
Manyetik akı, manyetik alanın yönü ve alan elemanının yüzey normali arasındaki açıya bağlıdır. Açı 90 derece olduğunda manyetik akı en büyük, 0 derece olduğunda ise manyetik akı sıfır olur.
-
Manyetik akı, ayrıca manyetik devrenin kesit alanına, manyetik alan şiddetine ve manyetik geçirgenliğine de bağlıdır. Kesit alanı ne kadar büyükse, manyetik akı da o kadar büyük olur. Manyetik alan şiddeti ne kadar yüksekse, manyetik akı da o kadar yüksek olur. Manyetik geçirgenlik ise maddenin manyetizmaya karşı gösterdiği dirençtir. Manyetik geçirgenlik ne kadar yüksekse, manyetik akı da o kadar yüksek olur.
-
Manyetik akının değişmesi, bir devrede indüksiyon elektromotor kuvveti (EMK) oluşturur. Bu EMK, indüksiyon akımını meydana getiren manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde oluşur. Bu ilke, elektrik jeneratörlerinin çalışma prensibidir.
3. İndüksiyon yolu ile elektrik akımı elde etmenin yolları nelerdir?
Cevap:
İndüksiyon yolu ile elektrik akımı elde etmenin yolları şöyle sıralanabilir:
-
Bir iletken tel veya bobin, değişken bir manyetik alanda hareket ettirilerek indüksiyon akımı oluşturulabilir. Bu durumda, iletken tel veya bobin içinden geçen manyetik akı değişir ve bu da iletken üzerinde indüksiyon elektromotor kuvveti (EMK) meydana getirir. İndüksiyon EMK’si, indüksiyon akımını meydana getiren manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde oluşur.
-
Bir mıknatıs, sabit bir iletken tel veya bobine yaklaştırılıp uzaklaştırılarak indüksiyon akımı oluşturulabilir. Bu durumda, mıknatısın hareketiyle iletken tel veya bobin içinden geçen manyetik akı değişir ve bu da iletken üzerinde indüksiyon EMK’si meydana getirir. İndüksiyon EMK’si, iletken bobinde artan veya azalan manyetik akıyı azaltacak veya arttıracak yönde oluşur.
-
Bir alternatif akım kaynağına bağlı bir iletken bobin, başka bir iletken bobine yaklaştırılıp uzaklaştırılarak indüksiyon akımı oluşturulabilir. Bu durumda, alternatif akım kaynağından geçen akım, ilk bobinde değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alan, ikinci bobinin içinden geçen manyetik akıyı değiştirir ve bu da ikinci bobin üzerinde indüksiyon EMK’si meydana getirir. İndüksiyon EMK’si, ikinci bobindeki indüksiyon akımının yönünü belirler.
4. Elektrik motorunun ve dinamonun çalışma prensiplerini açıklayınız.
Cevap:
Elektrik motorunun ve dinamonun çalışma prensipleri şöyle açıklanabilir:
-
Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir cihazdır. Elektrik motorunun temel parçaları, sabit olan stator ve dönen rotor adı verilen iki elektromıknatıstır. Elektrik motoru çalışırken, stator ve rotor arasında değişken bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan, rotor üzerindeki iletkenlere Lorentz kuvveti uygular ve rotoru döndürür. Böylece elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüşmüş olur.
-
Elektrik motorları, kullandıkları akım türüne göre alternatif akım (AC) motorları ve doğru akım (DC) motorları olarak ikiye ayrılır. Alternatif akım motorları, fazlardan oluşan ve yönü sürekli değişen bir akım kullanırlar. Doğru akım motorları ise sabit yönlü bir akım kullanırlar. Alternatif akım motorları, asenkron motorlar ve senkron motorlar olarak iki gruba ayrılır. Asenkron motorlarda, stator ve rotor arasındaki manyetik alanın frekansları farklıdır. Senkron motorlarda ise stator ve rotor arasındaki manyetik alanın frekansları aynıdır. Doğru akım motorları ise fırçalı DC motorlar, fırçasız DC motorlar, servo motorlar ve step motorlar olarak dört gruba ayrılır. Fırçalı DC motorlarda, stator sabit bir manyetik alan oluştururken, rotor değişken bir manyetik alan oluşturur. Fırçasız DC motorlarda, stator değişken bir manyetik alan oluştururken, rotor sabit bir manyetik alan oluşturur. Servo motorlar, hassas konumlandırma ve hız kontrolü sağlayan DC motorlardır. Step motorlar ise adım adım dönebilen DC motorlardır.
-
Dinamo, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Dinamonun çalışma prensibi elektrik motorunun tersidir. Dinamonun temel parçaları da stator ve rotor adı verilen iki elektromıknatıstır. Dinamo çalışırken, rotor dışarıdan bir etki ile döndürülür. Bu hareketle, rotor içinden geçen manyetik akı değişir ve bu da rotor üzerinde indüksiyon elektromotor kuvveti (EMK) meydana getirir. Böylece mekanik enerji elektrik enerjisine dönüşmüş olur.
5. Manyetik alana giren yüklü parçacığın üzerine etki eden manyetik kuvvetin ve parçacığın yaptığı dairesel hareketin yönünün nasıl bulunduğunu açıklayınız.
Cevap:
-
Manyetik alana giren yüklü parçacığın üzerine etki eden manyetik kuvvet, Lorentz kuvveti olarak adlandırılır. Lorentz kuvvetinin büyüklüğü, F = qvBsinθ formülü ile hesaplanır. Burada q, parçacığın yükü, v, parçacığın hızı, B, manyetik alanın şiddeti ve θ, hız vektörü ile manyetik alan vektörü arasındaki açıdır.
-
Lorentz kuvvetinin yönü ise sağ el kuralı ile bulunur. Sağ elin dört parmağı hız vektörünün yönünde, avuç içi manyetik alan vektörünün yönünde uzatıldığında, başparmak Lorentz kuvvetinin yönünü gösterir. Eğer parçacık pozitif yüklü ise, Lorentz kuvveti başparmağın gösterdiği yöndedir. Eğer parçacık negatif yüklü ise, Lorentz kuvveti başparmağın gösterdiği yöne zıttır.
-
Lorentz kuvveti, parçacığın hızına daima dik olduğu için hızın büyüklüğünü değiştiremez, sadece yönünü değiştirebilir. Bu yüzden hızı ve yükü olan bir parçacık manyetik alanda dairesel hareketler yapmaya başlar ve manyetik kuvvet bu dairesel harekette merkezcil kuvvet görevi görür.
-
Parçacığın yaptığı dairesel hareketin yarıçapı, r = mv/qB formülü ile hesaplanır. Burada m, parçacığın kütlesi, v, parçacığın hızı, q, parçacığın yükü ve B, manyetik alanın şiddetidir. Parçacığın yaptığı dairesel hareketin yönü ise manyetik alan vektörünün yönündedir. Yani manyetik alan kağıt düzleminden içe doğru ise, parçacık kağıt düzleminde dairesel hareket yapar.
