ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON NEDİR ?

Elektromanyetik indüksiyon nedir ? Elektromanyetik indüksiyon nerelerde ve nasıl kullanılır ? Elektromanyetik İndüksiyon çalışma prensibi nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Elektromanyetik İndüksiyon Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON

Eğer tel bir bobine sarılırsa, manyetik alan büyük ölçüde yoğunlaşır ve çevresinde kuzey ve güney kutbuna farklı bir çubuk mıknatısı şeklini oluşturan statik bir manyetik alan oluşturur.

Bobin çevresinde gelişen manyetik akı, resimde de gösterildiği gibi bobin sargılarındaki akan akım miktarıyla orantılıdır.Eğer aynı akım üzerine kendilerinden akan aynı bobin üzerine ilave tel katmanları sarılırsa, statik manyetik alan kuvveti artar.

Bu nedenle, bir bobinin manyetik alan kuvveti, bobinin amper dönüşleri ile belirlenir.Bobin içinde daha fazla tel dönüşü olduğunda, etrafındaki statik manyetik alanın gücü artar.

Fakat elektrik akımını bobin ile ayırarak bu fikri tersine çevirirsek ve içi boş bir çekirdek yerine tel bobinin çekirdeğinin içine bir çubuk mıknatıs yerleştiririz.Bu çubuk mıknatısı bobinin “girişine” ve “dışına” hareket ettirildiğinde, içindeki manyetik akının fiziksel hareketi ile bobinde bir akım indüklenir.

Aynı şekilde, çubuk mıknatısını sabit tutarsak ve bobini manyetik alan içinde ileri ve geri hareket ettirirsek, bobinde bir elektrik akımı oluşacaktır.Sonra, teli hareket ettirerek veya manyetik alanı değiştirerek, bobin içinde bir voltaj ve akımı indükleyebiliriz ve bu işlem Elektromanyetik İndüksiyon olarak bilinir ve transformatörlerin, motorların ve jeneratörlerin çalışma prensibidir.

Elektromanyetik İndüksiyon, ilk olarak 1830’larda Michael Faraday tarafından yeniden keşfedildi. Faraday, bir bobinin içine veya dışına bir sabit mıknatısı veya tek bir tel halkasını hareket ettirdiğinde, bir Elektromotor Kuvveti veya emf, diğer bir deyişle bir Gerilim ve dolayısıyla bir akım ürettiğini fark etti.

Yani Michael Faraday’ın keşfettiği şey, bir pilde manyetik bir alan kuvveti kullanarak bir devrede elektrik akımı üretmenin bir yoluydu.Bu daha sonra Faraday’ın Elektromanyetik İndüksiyon Yasası olan elektriği manyetizma ile ilişkilendiren çok önemli bir yasaya yol açıyor.Peki bu nasıl çalışmaktadır?

Resimde gösterilen mıknatıs bobine “doğru” getirildiğinde, temelde çok hassas bir merkez sıfır hareketli bobin ampermetre olan Galvanometrenin işaretçisi veya iğnesi, merkez konumundan yalnızca bir yönde sapacaktır.

Mıknatısın hareketi durduğunda ve bobine ilişkin olarak sabit tutulduğunda, galvanometrenin iğnesi, manyetik alanın fiziksel bir hareketi olmadığından sıfıra geri döner.

Benzer şekilde, mıknatıs bobinden diğer yönde “uzağa” hareket ettirildiğinde, galvanometrenin iğnesi, polaritede bir değişikliğe işaret eden ilke göre ters yönde sapar.Ardından mıknatısı bobine doğru ileri geri hareket ettirerek, galvanometrenin iğnesi, mıknatısın yön hareketine bağlı olarak, sağa veya sola, pozitif veya negatif yön değiştirecektir.

Hareketli Mıknatısla Elektromanyetik İndüksiyon

Benzer şekilde, eğer mıknatıs şimdi sabit tutulursa ve sadece bobin mıknatısa doğru ya da uzağa hareket ettirilirse, galvanometrenin iğnesi de her iki yönde sapacaktır.Daha sonra, bir bobini veya tel halkasını manyetik bir alan boyunca hareket ettirme hareketi, bobinde bir gerilime neden olur; bu indüklenmiş gerilimin büyüklüğü, hareketin hızıyla orantılıdır.

O zaman, manyetik alanın hareketi ne kadar hızlı olursa, bobinde indüklenen emk veya voltaj o kadar büyük olacağını görürüz, bu nedenle Faraday yasasının doğru olması için, bobin ve manyetik alan arasında “göreceli hareket” veya hareket olması gerekir ve manyetik alan, bobin veya her ikisi de hareket edebilir.

Faraday İndüksiyon Yasası

Yukarıdaki açıklamadan, Michael Faraday’ın ünlü elektromanyetik indüksiyon yasasının belirttiği, bir elektrik voltajı ile değişen bir manyetik alan arasında şu şekilde bir ilişki olduğunu söyleyebiliriz ; “bir iletken ile bir manyetik arasında bağıl hareket olduğunda, bir voltajın bir devrede indüklendiğini alan ve bu gerilimin büyüklüğünün akının değişim oranı ile orantılı olduğu“ söylenebilir.

Başka bir deyişle, Elektromanyetik İndüksiyon, voltaj üretmek için manyetik alanların ve kapalı bir devrede bir akımın kullanılması işlemidir.

Peki sadece manyetizma kullanarak bobine ne kadar voltaj (emf) indüklenebilir? Bu sorunun cevabı aşağıdaki 3 farklı faktör tarafından belirlenir.

1)Bobin içerisindeki telin dönüş sayısının arttırılması – Manyetik alan boyunca kesilen bireysel iletkenlerin miktarını artırarak, üretilen indüklenen emf miktarı, bobinin tüm bireysel döngülerinin toplamı olacaktır, yani 20 dönüş varsa bobin, bir tel parçasından 20 kat daha fazla indüklenmiş emk olacaktır.

2)Bobin ve mıknatıs arasındaki bağıl hareketin hızının arttırılması – Aynı tel bobini aynı manyetik alandan geçirir ancak hızı veya hızı artarsa, tel akı çizgilerini daha hızlı bir oranda keser, böylece daha fazla indüklenmiş emf üretilecek.

3)Manyetik alanın mukavemetinin arttırılması – Aynı tel bobini daha güçlü bir manyetik alan boyunca aynı hızda hareket ettirilirse, kesilecek daha fazla kuvvet çizgisi olduğundan daha fazla emf üretilecektir.

Mıknatısı resimdeki şemada olduğu gibi bobinin içine ve dışına sabit hızda ve mesafeden durmadan hareket ettirebilseydik, bir pozitif polarite ve bir alternatif veya AC çıkış üreten bir negatif polarite arasında değişen bir sürekli indüklenen voltaj üretecektik.

Gerilim ve bir elektrik jeneratörünün, dinamolarda ve araba alternatörlerinde kullanılanlara benzer şekilde çalışmasının temel prensibidir.

Bisiklet dinamosu gibi küçük jeneratörlerde, sabit bir bobin içindeki bisiklet tekerleğinin hareketi ile küçük bir kalıcı mıknatıs döndürülür.Alternatif olarak, her iki durumda da alternatif bir akım üreten büyük güç jeneratörlerinde olduğu gibi sabit bir bobin içinde dönmesi için sabit bir DC voltaj ile çalışan bir elektromıknatıs yapılabilir.

Manyetik İndüksiyon Kullanan Basit Jeneratör

Resimdeki basit dinamo tipi jeneratör, bu dönen manyetik alanın yanına yerleştirilmiş bir tel bobin ile merkezi bir şaftın etrafında dönen kalıcı bir mıknatıstan oluşur.Mıknatıs döndükçe, bobinin üst ve alt tarafındaki manyetik alan, kuzey ve güney kutbu arasında sürekli değişir.

Manyetik alanın bu dönme hareketi, Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasası tarafından tanımlandığı gibi bobine indüklenen bir alternatif emf ile sonuçlanır.

Elektromanyetik indüksiyonun büyüklüğü, akı yoğunluğu ile doğrudan orantılıdır, β iletkenlerin toplam uzunluğunu veren halkaların sayısı, metre cinsinden 1 metre ve iletken alan içindeki manyetik alanın metre/saniye(m/s) olarak değiştiği hız ,hareketsel emf ifadesi ise ;

Faraday’ın Hareketsel emf İfadesi

Ɛ = – B x L x V volt

Eğer iletken manyetik alana dik açılarda (90 °) hareket etmiyorsa, açı arttıkça düşürülmüş bir çıktı vererek yukarıdaki ifadeye θ ° açısı eklenecektir.

Ɛ = – B x L x V x sinθ volt

Lenz’in Elektromanyetik İndüksiyon Yasası

Faraday Kanunu, bir iletkeni bir gerilime indüklemenin, bir manyetik alandan geçirerek veya manyetik alanı iletkeni geçerek hareket ettirerek yapılabileceğini ve bu iletkenin kapalı bir devrenin parçası olması durumunda elektrik akımının akacağını söyler.

Bu gerilime, Faraday yasasında verilen negatif işaretli elektromanyetik indüksiyon nedeniyle değişen manyetik alan tarafından iletkene indüklendiği için indüklenen bir emf denir.

Ancak değişen bir manyetik akı, daha öncede gördüğümüz gibi kendi manyetik alanını üretecek olan bobin boyunca değişen bir akım üretir.Bu kendi kendine indüklenen emk, buna neden olan değişime karşı çıkar ve akımın değişim hızı ne kadar hızlı olursa, karşı emf o kadar büyük olur.

Bu kendi kendine indüklenen emk, Lenz yasasına göre, bobin içindeki akımdaki değişime karşı çıkar ve yönü nedeniyle bu kendi indüklenen emf genellikle geri emf olarak adlandırılır.

Lenz’in Yasası şunu belirtmektedir: “uyarılmış bir emf’nin yönü, ona neden olan değişime her zaman karşı çıkacak şekildedir”.Başka bir deyişle, indüklenen bir akım her zaman ilk başta indüklenen akımı başlatan hareketi veya değişikliğe karşıdır ve bu fikir Endüktansın analizinde bulunur.

Aynı şekilde, eğer manyetik akı azalırsa, indüklenen emk, orijinal akıya ekleyen manyetik akı üreterek ve bu azalmaya karşı çıkacaktır.

Lenz yasası, elektromanyetik indüksiyonda indüklenen akımların akış yönünü belirleyen temel yasalardan biridir ve enerjinin korunumu yasası ile ilgilidir.

Enerji evrendeki toplam enerji miktarının her zaman sabit kalacağını, enerjinin yaratılamayacağı veya yok edilemeyeceğini belirten enerjinin korunumu yasasına göre , Lenz’in yasası Michael Faraday’ın tümevarım yasasından türetilmiştir.

Lenz’in elektromanyetik indüksiyon hakkındaki yasası hakkında son olarak ; artık bir iletken ile manyetik alan arasında nispi bir hareket olduğunda, iletken içinde bir emf indüklendiğini biliyoruz.

Ancak iletken aslında bobinlerin elektrik devresinin bir parçası olmayabilir, ancak bobin demir çekirdeği veya sistemin bir başka metalik parçası, örneğin bir transformatör olabilir.Sistemin bu metalik kısmı içindeki indüklenmiş emf, dolaşımdaki bir akımın etrafında akmasına neden olur ve bu tür çekirdek akım, Girdap Akımı olarak bilinir.

Elektromanyetik indüksiyon tarafından üretilen girdap akımları, bobin çekirdeği çevresinde veya manyetik alan içindeki metalik bileşenleri birleştiren manyetik akım için tek bir tel halkası gibi davranır.

Girdap akımları sistemin yararına yönelik hiçbir şey yapmaz, bunun yerine çekirdekte dirençli ısıtma ve güç kaybı oluşturan negatif bir kuvvet gibi davranarak indüklenen akımın akışına karşı çıkarlar. Bununla birlikte, ferromanyetik metalleri ısıtmak ve eritmek için sadece girdap akımlarının kullanıldığı elektromanyetik indüksiyon ocağı uygulamaları vardır.

Transformatörde Dolaşan Girdap Akımları

Resimdeki transformatörün demir çekirdeğindeki değişen manyetik akı, yalnızca birincil ve ikincil sargılarda değil, aynı zamanda demir çekirdekte de bir emf oluşturacaktır.Demir çekirdek iyi bir iletkendir, bu nedenle katı demir çekirdekte indüklenen akımlar büyük olacaktır.

Ayrıca, girdap akımları, Lenz yasasına göre birincil bobin tarafından oluşturulan akıyı hafifletmek için hareket eden bir yönde akar.Sonuç olarak, belirli bir B alanını üretmek için gereken birincil bobin içindeki akım artar, bu nedenle histerezis eğrileri H ekseni boyunca daha yağlı olur.

Girdap akımı ve histerezis kayıpları tamamen ortadan kaldırılamaz, ancak büyük ölçüde azaltılabilir. Transformatör veya bobinin manyetik çekirdeği malzemesi olarak katı bir demir çekirdeğe sahip olmak yerine, manyetik yol “lamine” edilmiştir.

Bu laminasyonlar, katı bir çekirdek üretmek için bir araya getirilmiş çok ince yalıtımlı (genellikle vernikli) metal şeritlerdir.Laminasyonlar demir çekirdeğin direncini arttırır, böylece girdap akımlarının akışına karşı toplam direnci arttırır, böylece çekirdekte indüklenen girdap akım güç kaybı azalır ve bu nedenle transformatörlerin manyetik demir devresinin nedeni budur.Ve elektrikli makinelerin hepsi lamine edilmiştir.

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON NEDİR SONUÇ :

Bugün Elektromanyetik İndüksiyon Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı bir yazı olmuştur sizler adına.

İyi Çalışmalar