Manyetik Histeresiz Nedir |Elektromanyetizma Dersleri

MANYETİK HİSTEREZİS NEDİR ?

Manyetik histerezis nedir ? Manyetik histerezis eğrisi nedir ? Manyetik histerezis nerelerde ve nasıl kullanılır ? Manyetik histerezisin çalışma prensibi nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Manyetik Histeresiz Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

MANYETİK HİSTEREZİS

Elektromanyetik bir bobin tarafından üretilen manyetik akının, belirli bir alanda üretilen manyetik alan veya kuvvet çizgilerinin miktarı olduğunu ve daha yaygın olarak “Akı Yoğunluğu” olarak adlandırıldığını biliyoruz. Tesla(T)  akı yoğunluğunun biriminin de B sembolü olduğunu biliyoruz.

Daha önceki derslerden, bir elektromıknatısın manyetik gücünün bobinin sarım sayısına, bobinden geçen akıma veya kullanılan çekirdek malzemenin türüne bağlı olduğunu ve akımın veya dönüşlerin sayısının artmasının manyetik alan gücünü artırabildiğini biliyoruz.

Daha öncesinde, göreceli geçirgenlik, μr sembolü, mutlak geçirgenliğin μ ve boş alanın geçirgenliği μo  (vakum) oranı olarak tanımlanmış ve bu bir sabit olarak verilmişti.Bununla birlikte, akı yoğunluğu, B ve manyetik alan kuvveti, H arasındaki ilişki, göreceli geçirgenlik, μr’nin sabit olmadığı, manyetik alan yoğunluğunun bir fonksiyonu olduğu ve dolayısıyla manyetik akış yoğunluğunun aşağıdaki gibi verildiği ile tanımlanabilir:

B = μ H

Malzemedeki manyetik akı yoğunluğu, malzeme için vakumdaki, akış içindeki manyetik akı yoğunluğuna kıyasla nispi geçirgenliğinin bir sonucu olarak, daha büyük bir faktörle artacak ve bir hava-sarmal bobini için bu ilişki şöyle verilmektedir:

B = ɸ/A ve B/H = μo

Bu nedenle ferromanyetik malzemeler için akı yoğunluğunun alan kuvvetine oranı (B/H) sabit değildir ancak akı yoğunluğuna göre değişir.Bununla birlikte, hava çekirdekli bobinler veya ahşap veya plastik gibi herhangi bir manyetik olmayan orta çekirdek için bu oran sabit olarak kabul edilebilir ve bu sabit, boş alanın geçirgenliği olarak bilinir

(μo = 4.π.10-7 H/m)

Akı yoğunluğu (B) ‘nin alan kuvvetine (H) karşı değerlerini çizerek, resimde gösterildiği gibi kullanılan her bir çekirdek malzeme türü için Mıknatıslanma Eğrileri, Manyetik Histerezis Eğrileri veya daha yaygın olarak B-H Eğrileri adı verilen bir dizi eğri üretebiliriz.

Mıknatıslanma veya B-H Eğrisi

Mıknatıslanma eğrileri kümesi, yukarıdaki M, yumuşak demir ve çelik çekirdekler için B ve H arasındaki ilişkinin bir örneğini ifade eder, ancak her çekirdek malzeme türü kendi manyetik histerezis eğrileri kümesine sahip olacaktır.

Akı yoğunluğunun, alan kuvveti ile orantılı olarak arttığını, belli bir değere ulaşana kadar arttığını, alan kuvveti artmaya devam ettikçe, neredeyse düz ve sabit hale gelmeyecek şekilde artacağını fark edebilirsiniz.

manyetik histerezis nedir

Bunun nedeni, demirdeki tüm alanlar mükemmel bir şekilde hizalandığından, çekirdek tarafından üretilebilecek akı yoğunluğu miktarında bir sınırın olmasıdır.Başka bir artışın M değeri üzerinde bir etkisi olmayacak ve akı yoğunluğunun sınırına ulaştığı grafikteki noktaya Çekirdek Doygunluğu olarak da adlandırılan Manyetik Doyma denir ve çelik eğrinin doyma noktasının üzerindeki basit örneğimizde metre başına yaklaşık 3000 amper-dönüşle başlar.

Weber’in teorisinden de hatırladığımız gibi, doygunluk cereyan eder, çekirdek materyal içindeki molekül yapısının rastgele tesadüf düzenlemesi, materyal içindeki minik moleküler mıknatıslar “sıralanır” hale geldikçe değişir.

Manyetik alan kuvveti (H) arttıkça, bu moleküler mıknatıslar maksimum akı yoğunluğu üreten mükemmel hizalamaya ulaşana kadar gittikçe daha fazla hizaya girerler ve bobin içinden akan elektrik akımındaki bir artış nedeniyle manyetik alan kuvvetindeki herhangi bir artış az ya da etkisiz olacaktır..

Kalıcılık

içinden akan akım nedeniyle yüksek bir alan kuvvetine sahip bir elektromanyetik bobimiz olduğunu ve ferromanyetik çekirdek malzemesinin doyma noktasına, maksimum akı yoğunluğuna ulaştığını varsayalım.

Şimdi şalterİ açarsak ve bobinden akan mıknatıslanma akımını kaldırırsak, bobin etrafındaki manyetik alanın, manyetik akı sıfıra düştüğünde kaybolmasını bekleriz.

Bununla birlikte, elektromanyetik çekirdek malzemesi, akım bobinde akışı durduğunda bile manyetik alanın bir kısmını koruduğundan manyetik akı tamamen kaybolmaz.Bir bobinin, mıknatıslama işlemi durduktan sonra çekirdek içindeki bazı mıknatıslıklarını tutma kabiliyetine, Kalıcılık veya geri kalma denir, oysa hala çekirdekte kalan akı yoğunluğu miktarı , Kalan Mıknatıslanma, BR olarak adlandırılır.

Bunun nedeni, küçük moleküler mıknatısların bazılarının tamamen rastgele bir desene dönmemesini ve hala orijinal mıknatıslanma alanının yönünü göstererek onlara bir tür “bellek” vermesidir.Bazı ferromanyetik malzemeler, kalıcı mıknatıslar üretmek için mükemmel olmalarını sağlayan yüksek manyetikliğe (manyetik olarak sert) sahiptir.

Diğer ferromanyetik malzemeler, düşük manyetikliğe (manyetik olarak yumuşak) sahipken, onları elektromanyetik, selonoid veya rölelerde kullanım için ideal kılar.Bu artık akı yoğunluğunu sıfıra indirmenin bir yolu, bobin içinden akan akımın yönünü tersine çevirerek H’ın değerini manyetik alan kuvveti negatif yapmaktır.Bu etki bir Zorlayıcı Kuvvet, HC olarak adlandırılır.

Bu ters akım daha da artırılırsa, ferromanyetik çekirdek tekrar doygunluğa ulaşana kadar, fakat daha önce ters yönde doyma noktasına gelinceye kadar akı yoğunluğu, ters yönde de artacaktır. Mıknatıslanma akımını azaltmak, bir kez daha sıfıra benzer miktarda artık manyetizma üretecektir ancak ters yönde olacaktır.

Ardından, bobin içinden mıknatıslama akımının yönünü, bir AC kaynağında olduğu gibi pozitif bir yönden negatif bir yöne sürekli olarak değiştirerek, ferromanyetik çekirdeğin bir Manyetik Histerezis halkası üretilebilir.

Manyetik Histeresiz Döngüsü

Yukarıdaki Manyetik Histerezis döngüsü, B ve H arasındaki ilişki doğrusal olmadığından ferromanyetik bir çekirdeğin davranışını grafiksel olarak gösterir.Manyetik olmayan bir çekirdekten başlayarak, hem B hem de H, mıknatıslanma eğrisinde 0 noktasında olacaktır.

Mıknatıslanma akımı, i, bazı değerlere pozitif bir doğrultuda arttırılırsa, manyetik alan kuvveti H, i ile doğrusal olarak artar ve akış yoğunluğu B, doygunluğa doğru yöneldiği zaman 0 noktasından A noktasına kadar olan eğri tarafından gösterildiği gibi artacaktır.

Şimdi eğer bobindeki mıknatıslama akımı sıfıra düşürülürse, merkezin etrafında dolaşan manyetik alan da sıfıra düşer.Bununla birlikte, bobinlerin manyetik akısı, çekirdek içinde mevcut olan artık manyetizma nedeniyle sıfıra ulaşmayacak ve bu, a noktasından b noktasına eğride gösterilmektedir.

B noktasındaki akı yoğunluğunu sıfıra indirmek için bobinden geçen akımı tersine çevirmemiz gerekir.Artık akı yoğunluğunu boşaltmak için uygulanması gereken mıknatıslanma kuvveti “Zorlayıcı Kuvvet” olarak adlandırılır.

Bu zorlayıcı kuvvet, çekirdek c noktasında manyetik hale gelene kadar moleküler mıknatısları yeniden düzenleyen manyetik alanı tersine çevirir.

Bu ters akımdaki bir artış, çekirdeğin zıt doğrultuda mıknatıslanmasına neden olur ve bu mıknatıslanma akımının arttırılması, çekirdeğin doyma noktasına ancak tam tersi yönde eğri üzerinde d noktasına ulaşmasına neden olur.

Bu nokta b noktasına simetriktir.Eğer mıknatıslama akımı tekrar sıfıra düşürülürse, çekirdekte mevcut olan kalıntı mıknatıs değeri önceki değere eşit olacaktır, ancak e noktasında tersi olacaktır.

Yine bu sefer bobin içinden akan mıknatıslama akımının pozitif bir yöne doğru geri döndürülmesi, manyetik akının sıfıra, eğri üzerinde f noktasına ve mıknatıslama akımının pozitif bir doğrultuda daha da arttırılmasından önce çekirdeğin a noktasında doygunluğa ulaşmasına neden olacaktır

Sonra B-H eğrisi, a-b-c-d-e-f-a’nın yolunu izler çünkü bobin içinden akan mıknatıslama akımı, bir AC voltajının döngüsü gibi pozitif ve negatif bir değer arasında değişir.

Bu yola Manyetik Histerezis Döngüsü denir.

Manyetik histerezisin etkisi, bir ferromanyetik çekirdeğin mıknatıslanma işleminin ve dolayısıyla akı yoğunluğunun, ferromanyetik çekirdeğin hangi kısmının mıknatıslandığı eğrinin hangi kısmına bağlı olduğunu gösterir; çünkü bu, çekirdeğe bir “bellek” şekli veren geçmiş devrelere bağlıdır.Daha sonra ferromanyetik malzemeler bir belleğe sahiptir çünkü harici manyetik alan çıkarıldıktan sonra mıknatıslanmış halde kalırlar.

Bununla birlikte, demir veya silikon çeliği gibi yumuşak ferromanyetik malzemeler çok dar manyetik histerezis döngülerine sahiptir, bu da çok az miktarda artık manyetizma ile sonuçlanmakta ve bunları kolayca mıknatıslanabildikleri ve manyetiklerinden arındırılabildikleri için röleler, selonoid ve transformatörlerde kullanım için ideal kılmaktadır.

Bu artık manyetizmanın üstesinden gelmek için zorlayıcı bir kuvvet uygulanması gerektiğinden, histerezis döngüsünün kapatılması için, kullanılan enerjinin manyetik malzemede ısı olarak dağıtılmasıyla çalışmak gerekir.Bu ısı histerezis kaybı olarak bilinir, kayıp miktarı malzemenin zorlayıcı kuvvet değerine bağlıdır.

Silisyum gibi demir metaline katkı maddeleri ekleyerek, çok dar bir histerezis döngüsüne sahip olan çok küçük bir zorlayıcı kuvvete sahip malzemeler yapılabilir.Dar histerezis döngülerine sahip malzemeler kolayca mıknatıslanır ve manyetikleştirilir ve yumuşak manyetik malzemeler olarak bilinir.

Yumuşak ve Sert Malzemeler İçin Manyetik Histerezis Döngüleri

Manyetik histerezis, boşa harcanan enerjinin ısı şeklinde dağılmasıyla sonuçlanır ve enerji israfı, manyetik histerezis döngüsünün alanı ile orantılıdır.Histerezis kayıpları, akımın sürekli yön değiştirdiği AC transformatörlerinde her zaman bir problem olacak ve böylece çekirdekteki manyetik kutuplar, sürekli yönünü değiştirdikleri için kayıplara neden olacaktır.

DC makinelerde dönen bobinler, alternatif olarak güney manyetik direklerin kuzeyinden geçerken histerezis kayıplarına da neden olacaktır.Daha önce belirtildiği gibi, histerezis döngüsünün şekli, kullanılan demirin veya çeliğin yapısına bağlıdır ve büyük mıknatısın tersine çevrilen demir durumunda, örneğin transformatör çekirdeği gibi, BH histerezis döngüsünün mümkün olduğu kadar resimdeki gibi küçük olması önemlidir.

MANYETİK HİSTEREZİS NEDİR SONUÇ :

Bugün Manyetik Histerezis nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı bir yazı olmuştur sizler adına.

Elektromanyetizma ile ilgili bir sonraki derste, Faraday’ın Elektromanyetik İndüksiyon Yasasına bakacağız ve bir tel iletkeni sabit bir manyetik alan içinde hareket ettirerek iletkende basit bir jeneratör üreten bir elektrik akımı indüklemenin mümkün olduğunu göreceğiz.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.