Konu anlatımı
Buzdolabı kapağına yapışan süsler, pusulanın hep kuzeyi göstermesi ve hurdalıklarda tonlarca demiri kaldıran vinçler manyetizmayla açıklanır. Manyetizma, mıknatısların ve elektrik akımının çevrelerinde oluşturduğu manyetik alanı ve bu alanın etkilerini inceler.
Bu sayfada mıknatısın kutuplarını ve manyetik alan çizgilerini, mıknatıs ile demir çubuğu ayırt etmeyi, akım geçen düz telin manyetik alanını ve sağ el kuralını, elektromıknatısı ve Dünya'nın manyetik alanını göreceksin. TYT'de bu konuda hesap yapılmaz; manyetik alanın yönü, alanı etkileyen değişkenler ve günlük hayattaki uygulamalar nitel olarak sorulur.
Mıknatıs ve kutuplar
Demir, nikel, kobalt ve bunların bazı alaşımlarını çeken cisimlere mıknatıs denir. Her mıknatısın kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır; aynı kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar çeker. Kutuplar birbirinden ayrılamaz: bir çubuk mıknatıs ikiye kırılırsa her parça N ve S kutuplu yeni bir mıknatıs olur. Mıknatısın etkisi kutuplarda en güçlü, ortasında en zayıftır.
Manyetik alan ve alan çizgileri
Mıknatısın çevresinde, manyetik maddelere ve başka mıknatıslara kuvvet uyguladığı bölgeye manyetik alan denir. Manyetik alan vektöreldir ve alan çizgileriyle gösterilir: çizgiler mıknatısın dışında N kutbundan çıkıp S kutbuna girer, birbirini kesmez ve kutupların yakınında sıklaşır. Bir noktadaki alanın yönü, oraya konan pusula iğnesinin N ucunun gösterdiği yöndür. Mıknatısın çevresine serpilen demir tozları alan çizgilerinin biçimini alır.
Mıknatıs ile demiri ayırt etme
Bir mıknatıs, mıknatıslanmamış demir bir çubuğun iki ucunu da çeker; çünkü demir, mıknatısın yakınında geçici olarak mıknatıslanır. Bu yüzden çekme, iki çubuktan hangisinin mıknatıs olduğunu göstermez; itme ise iki çubuğun da mıknatıs olduğunu kesin olarak gösterir. Bir çubuğun ucu öbürünün ortasına değdirildiğinde güçlü bir çekim oluyorsa ucu değen çubuk mıknatıstır; çekim yoksa mıknatıs, ortasına dokunulan çubuktur, çünkü mıknatısın orta bölgesi neredeyse hiç çekim yapmaz.
Akım ve manyetik alan
Oersted 1820'de, akım geçen bir telin yakınındaki pusula iğnesinin saptığını gözleyerek elektrik akımının manyetik alan oluşturduğunu gösterdi. Akım geçen düz bir telin manyetik alan çizgileri, teli merkez alan iç içe çemberlerdir. Alanın yönü sağ el kuralıyla bulunur: sağ elin başparmağı akım yönünü gösterecek biçimde tel kavranırsa bükülen dört parmak alanın yönünü gösterir. Alan, akım arttıkça güçlenir, telden uzaklaştıkça zayıflar; TYT'de manyetik alan hesaplatılmaz.
Elektromıknatıs
Yalıtılmış bir tel yumuşak demirden bir çekirdeğin üzerine sarılıp telden akım geçirilince çekirdek güçlü bir mıknatıs gibi davranır; bu düzeneğe elektromıknatıs denir. Akım kesilince çekirdeğin mıknatıslığı büyük ölçüde kaybolur; bu yüzden elektromıknatıs istenince açılıp kapatılabilen bir mıknatıstır. Hurda demir taşıyan vinçler, elektrikli zil, röle, hoparlör, elektrik motoru, manyetik kapı kilidi ve MR cihazı elektromıknatıstan yararlanır.
Dünya'nın manyetik alanı
Dünya, çevresinde büyük bir çubuk mıknatısınkine benzeyen bir manyetik alan oluşturur. Pusulanın N ucu coğrafi kuzeyi gösterdiğine göre Dünya'nın coğrafi kuzey kutbunun yakınında bir manyetik güney kutbu vardır; manyetik kutuplar coğrafi kutuplarla tam olarak çakışmaz. Dünya'nın manyetik alanı Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların çoğunu saptırarak canlıları korur ve kutup ışıklarına yol açar. Arılar, göçmen kuşlar ve bazı büyükbaş hayvanlar bu alandan yararlanarak yön bulur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Görünüşleri aynı olan X ve Y çubuklarından biri mıknatıs, öbürü mıknatıslanmamış demirdir. Başka hiçbir araç kullanmadan hangisinin mıknatıs olduğunu nasıl anlarsın?
Çözüm. X'in bir ucunu Y'nin ortasına değdirirsin. Güçlü bir çekim olursa X mıknatıstır: X'in kutbu demir çubuğun ortasını mıknatıslayarak çeker. Çekim olmaz ya da çok zayıf olursa mıknatıs Y'dir, çünkü bir mıknatısın orta bölgesi neredeyse hiç çekim yapmaz. Çubukların uçlarını birbirine yaklaştırmak yetmez; mıknatıs demirin iki ucunu da çektiği için çekme, hangisinin mıknatıs olduğunu göstermez.
Örnek 2. Kuzey-güney doğrultusunda yatay duran düz bir telin hemen altına bir pusula konuyor. Telden kuzeye doğru akım geçirilince pusulanın N ucu hangi yöne sapar? Akımın yönü ters çevrilirse ne olur?
Çözüm. Sağ elinin başparmağı kuzeyi gösterecek biçimde teli kavradığını düşün: telin altında bükülen parmakların ucu batıyı gösterir. Bu yüzden telin altında akımın oluşturduğu manyetik alan batıya doğrudur ve pusulanın N ucu kuzeyden batıya doğru sapar. Akımın yönü ters çevrilirse telin altındaki alan doğuya döner ve iğne doğuya doğru sapar. Akım artırılırsa sapma da artar.
Örnek 3. Akım geçen uzun ve düz bir tele yakın bir K noktası ile daha uzak bir L noktası veriliyor. Hangi noktada manyetik alan daha güçlüdür? Telden geçen akım artırılırsa ya da akımın yönü değiştirilirse ne olur?
Çözüm. Akım geçen düz telin manyetik alanı telden uzaklaştıkça zayıfladığı için tele yakın olan K noktasındaki alan daha güçlüdür. Akım artırılırsa iki noktadaki alan da güçlenir. Akımın yönü değiştirilirse sağ el kuralına göre iki noktadaki alanın yönü de tersine döner; alanın şiddeti ise yalnızca akımın büyüklüğüne ve uzaklığa bağlıdır.
Örnek 4. Hurda demir taşıyan bir vinçte neden sıradan bir mıknatıs yerine elektromıknatıs kullanılır?
Çözüm. Elektromıknatısın mıknatıslığı yalnızca akım geçtiği sürece vardır. Vinç operatörü akımı açarak hurda demirleri çeker, istenen yere taşır ve akımı keserek yükü bırakır. Sıradan bir mıknatısın mıknatıslığı kapatılamadığı için yükü bırakmak çok zor olurdu. Elektromıknatısın açılıp kapatılabilme özelliği zil, röle ve kapı kilitlerinde de kullanılır.
Sık yapılan hatalar
- Mıknatısın kutuplarının ayrılabileceğini sanmak; kırılan mıknatısın her parçası iki kutuplu olur.
- Çekmeyi bir çubuğun mıknatıs olduğunun kanıtı saymak; mıknatıs demiri de çeker, kesin kanıt itmedir.
- Manyetik alan çizgilerinin mıknatısın dışında S kutbundan N kutbuna gittiğini düşünmek.
- Coğrafi kuzey kutbunun yakınında manyetik kuzey kutbu bulunduğunu sanmak; orada manyetik güney kutbu vardır.
- Sağ el kuralında başparmakla alanı, parmaklarla akımı göstermek; başparmak akımın yönüdür.
- Aynı kutuplar iter, zıt kutuplar çeker; kutuplar ayrılamaz.
- Alan çizgileri mıknatısın dışında N'den çıkar, S'ye girer.
- İtme, iki çubuğun da mıknatıs olduğunu kesin gösterir.
- Sağ el: başparmak akımı, bükülen parmaklar manyetik alanı gösterir.
- Elektromıknatısın mıknatıslığı akımla açılıp kapanır.