Elektrik akımı, elektrik yükü, manyetik alan, manyetik kuvvet hakkında makaleler
1819'da Danimarkalı bilim insanı Hans Christian Oersted (1777-1851), manyetizma ile elektrik akımları veya hareketli yükler arasındaki ilişkiyi keşfetti. Pusula iğnesinin canlı bir tele yaklaştığında saptığını, akım olmadığında ise kuzeyi gösterdiğini buldu.
Pusula iğnesi bir mıknatıstır, bu nedenle manyetik kuvvetle hareket ettirilebilir. Manyetik kuvvet (F) nereden gelir? Pusula iğnesinin yakınında elektrik akımı taşıyan bir tel vardır, bu nedenle manyetik kuvvet elektrik akımı tarafından uygulanmalıdır.
Yandaki resme bakın. Elektrik akımının yönü ve manyetik alanın yönü, sağ el kuralı kullanılarak bulunabilir. Elektrik akımı (I) yukarı doğru hareket ediyorsa, manyetik alanın (B) yönü solda gösterildiği gibidir. Elektrik akımının yönü aşağı doğru ise, manyetik alanın yönü sağda gösterildiği gibidir.
Manyetik alan, akım taşıyan tele bir kuvvet uygular.
Daha önce, elektrik akımının manyetik pusula iğnesine kuvvet uygulayabileceği açıklanmıştı. Peki, bir mıknatıs da elektrik akımına kuvvet uygulayabilir mi?
Bir mıknatısın kuzey ve güney kutupları arasına elektrik akımı taşıyan bir tel yerleştirildiğini varsayalım. Manyetik alanın yönü, kuzey kutbundan güney kutbuna doğru bir okla gösterilmiştir. Elektrik akımının (I) yönü kırmızı bir okla gösteriliyorsa, yönü mavi bir okla gösterilen bir manyetik kuvvet (F) oluşur.
Manyetik kuvvet F'nin yönü, elektrik akımı I'nın yönüne ve manyetik alan B'nin yönüne diktir.
Sağ el kuralı kullanılarak elektrik akımının yönü, manyetik alanın yönü ve manyetik kuvvetin yönü belirlenebilir.
Manyetik kuvvet, elektrik akımı ve manyetik alan arasındaki ilişki aşağıdaki denklemle ifade edilir.
F = BI l sin θ
F manyetik kuvvetin sembolü, B manyetik alanın sembolü, I elektrik akımının sembolü, l ise manyetik alanda bulunan bir telin uzunluğunun sembolüdür.
θ, elektrik akımının yönü ile manyetik alanın yönü arasındaki açıdır. Elektrik akımı manyetik alana dik ise (90°), sin 90 = 1 olur. Formül F = BI l şeklinde değişir; tersine, elektrik akımı manyetik alana paralel ise (0°), sin 0 = 0 olur, dolayısıyla manyetik kuvvet 0'dır.
Manyetik alanı hesaplamak için yukarıdaki formül şu şekilde değiştirilir: 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) adını taşır. 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 gelir. 1 G = 10⁻⁴ T
Manyetik alanda hareket eden elektrik yüklerine etki eden manyetik kuvvet.
Manyetik alan, akım taşıyan bir tele manyetik kuvvet uygulayabilir. Elektrik akımları hareket halindeki elektrik yükleridir, bu nedenle manyetik alan sadece iletken tellere değil, serbestçe hareket eden elektrik yüklerine de manyetik kuvvet uygulayabilir.
Manyetik alanda hareket eden elektrik yüklerine etki eden manyetik kuvveti hesaplama formülü, önceki manyetik kuvvet formülü F = BI l sin θ'dan türetilmiştir. I = q/t ve l = vt olduğundan, manyetik kuvvet formülü şu şekilde değişir:
Formülün açıklaması: F = manyetik kuvvet, B = manyetik alan, q = elektrik yükü, v = yükün hareket hızı, θ = v ile B arasındaki açı
Eğer v vektörü B eksenine dik ise θ = 90 ° olur ve sin 90 ° = 1'dir. Tersine, eğer v vektörü B eksenine paralel ise θ = 0 ° olur ve sin 0 ° = 0'dır. Dolayısıyla, v vektörü B eksenine dik olduğunda manyetik kuvvet maksimum, v vektörü B eksenine paralel olduğunda ise sıfırdır.
Manyetik kuvvet F'nin yönü, manyetik alan B'ye dik ve elektrik yükünün hızı v'ye diktir.
