Elektrik akımı, elektrik yükü, manyetik alan, manyetik kuvvet hakkında bilgiler.
1819'da Danimarkalı bilim insanı Hans Christian Oersted (1777–1851), manyetizma ile elektrik akımı veya hareketli yükler arasındaki ilişkiyi keşfetti . Bir pusula iğnesinin elektrik akımı taşıyan bir tele yaklaştığında saptığını, elektrik akımı olmadığında ise pusula iğnesinin kuzeyi gösterdiğini buldu.
Pusula iğnesi bir mıknatıstır, bu nedenle manyetik kuvvet onu hareket ettirebilir . Manyetik kuvvet (F) nereden gelir? Pusula iğnesinin yakınında elektrik akımı taşıyan bir tel vardır, bu nedenle elektrik akımı manyetik bir kuvvet üretmelidir.
Sağdaki resme bakın. Sağ el kuralını kullanarak elektrik akımının yönünü ve manyetik alanın yönünü belirleyin. Elektrik akımı (I) yukarı doğru hareket ediyorsa, manyetik alanın (B) yönü soldaki resimde gösterildiği gibi olacaktır. Tersine, elektrik akımı aşağı doğru hareket ediyorsa, manyetik alanın yönü sağdaki resimde gösterildiği gibi olacaktır.
Manyetik alan, akım taşıyan bir tele kuvvet uygular.
Elektrik akımı manyetik pusula iğnesine kuvvet uygulayabilir. Peki bir mıknatıs da elektrik akımına kuvvet uygulayabilir mi?
Bir mıknatısın kuzey ve güney kutupları arasında elektrik akımı taşıyan bir tel olduğunu varsayalım. Kuzey kutbundan güney kutbuna doğru olan ok, manyetik alanın yönünü gösterir. Kırmızı ok elektrik akımının (I) yönünü, mavi ok ise manyetik kuvvetin (F) yönünü gösterir.
Manyetik kuvvet F'nin yönü, elektrik akımı I'nın yönüne ve manyetik alan B'nin yönüne diktir. Sağ el kuralını kullanarak elektrik akımının yönünü, manyetik alanın yönünü ve manyetik kuvvetin yönünü bulun.
Aşağıdaki denklem, manyetik kuvvet, elektrik akımı ve manyetik alan arasındaki ilişkiyi ifade etmektedir.
F = BI l sin θ
F manyetik kuvvetin, B manyetik alanın, I elektrik akımının ve l manyetik alandaki telin uzunluğunun sembolüdür.
θ, elektrik akımının yönü ile manyetik alanın yönü arasındaki açıdır. Elektrik akımı manyetik alana dik ise (90 ° ), sin 90 = 1 olur ve formül F = BI l şeklini alır; bunun tersine, elektrik akımı manyetik alana paralel ise (0 ° ), sin 0 = 0 olur ve manyetik kuvvet 0 olur.
Manyetik alanı hesaplamak için yukarıdaki formül şu şekilde değişir: B = F / I l.
Manyetik kuvvetin uluslararası birimi Newton (kısaltması N), manyetik alanın uluslararası birimi ise Tesla'dır (kısaltması T). Tesla, Sırp-Amerikalı mucit ve fizikçi Nikola Tesla'nın (1856-1943) adından gelmektedir. Yukarıdaki manyetik alan formülüne dayanarak, manyetik alan Newton/Amper metre (N/A m) birimleriyle de ifade edilebilir. Tesla'nın yanı sıra, manyetik alan Gauss (G) birimleriyle de ifade edilir. Gauss, Alman matematikçi, astronom ve fizikçi Johann Carl Friedrich Gauss'un (1777-1855) adından gelmektedir. 1 G = 10⁻⁴ T.
Manyetik alanda hareket eden bir elektrik yüküne etki eden manyetik kuvvet
Manyetik alan, akım taşıyan bir tele manyetik kuvvet uygulayabilir. Elektrik akımı hareket eden bir elektrik yüküdür, bu nedenle manyetik alan sadece iletken bir tele değil, serbestçe hareket eden elektrik yüklerine de manyetik kuvvet uygulayabilir.
Manyetik alanda hareket eden bir elektrik yüküne etki eden manyetik kuvveti hesaplama formülü, önceki manyetik kuvvet formülü F = BI l sin θ'den türetilmiştir . I = q/t ve l = vt olduğundan, manyetik kuvvet formülü şu şekilde değişir:
Formül açıklaması: F = manyetik kuvvet, B = manyetik alan, q = elektrik yükü, v = yükün hareket hızı, θ = arasındaki açı v oyleyse B
Eğer v dik B maka θ = 90o , burada sin 90o = 1. Öte yandan, eğer v paralel B maka θ = 0o, burada sin 0o = 0. Dolayısıyla manyetik kuvvetin maksimum değeri şu durumda olur: v dik B ve manyetik kuvvet sıfır olduğunda v paralel B.
Manyetik kuvvet F'nin yönü, manyetik alan B'ye dik ve elektrik yükünün hızı v'ye diktir.
