11. Sınıf Fizik · Ünite 2

Akım Taşıyan Düz Telin Manyetik Alanı: Oersted'in İzi

Oryantiring yarışlarında pusulaların bazen neden şaşırdığını Oersted deneyi temelinde inceleyip, akım taşıyan düz telin manyetik alanının matematiksel modelini keşfedeceğiz.

Kazanım FİZ.11.2.5 · 40 dk okuma

Hayal et: Yoğun bir ormanda bir oryantiring (yön bulma) veya arama kurtarma faaliyeti içindesin. Yönünü bulmak için pusulanı çıkardın ama ibre sürekli titriyor ve yanlış yönleri gösteriyor. Yukarı baktığında devasa yüksek gerilim hatlarının tam altından geçtiğini fark ediyorsun. Peki elektrik taşıyan bu kablolar pusulanı nasıl etkiliyor olabilir?

Elektrik ve manyetizmanın tamamen bağımsız kavramlar olduğunun düşünüldüğü yıllarda, Hans Christian Ørsted adlı bilim insanı tesadüfen tam da senin ormanda yaşadığın şeye benzer bir olay gözlemledi. Ørsted, bir üniversite dersi sırasında masadaki pusulanın, içinden elektrik akımı geçen kabloya tepki verdiğini ve saptığını fark etti. O güne dek sadece mıknatısların manyetik alan ürettiği düşünülürdü. Ørsted'in bu küçük gözlemi, 'Elektromanyetizma' çağını başlattı!

Kendi Deneyimimizi Tasarlayalım

Biz de Ørsted'in deneyini sınıfımızda modelleyebiliriz. Masanın üzerine düz bir tel sabitleyelim ve yanına bir pusula koyalım. Telden elektrik akımı geçirdiğimizde pusula ibresinin saptığını göreceğiz. Peki, bu sapma miktarını (yani telin oluşturduğu manyetik alanın şiddetini) değiştiren faktörler nelerdir? Farklı gruplara ayrılıp hipotezler kuralım.

  • Birinci Hipotez: Telden geçen elektrik akımının büyüklüğü (i) artarsa, manyetik alan şiddeti de artar. (Doğru orantı)
  • İkinci Hipotez: Pusulanın tele olan dik uzaklığı (d) artarsa, manyetik alanın etkisi zayıflar. (Ters orantı)

Matematiksel Modelleme

Öğrenci gruplarımızın kurduğu bu doğru hipotezleri fiziksel bir denkleme dönüştürdüğümüzde, üzerinden akım geçen sonsuz uzunluktaki düz telin manyetik alan (B) formülünü elde ederiz:

B=K2idB = K \frac{2i}{d}

Burada B manyetik alan şiddetini (Tesla), i elektrik akımını (Amper) ve d noktanın tele olan dik uzaklığını (Metre) ifade eder. K, ortamın manyetik geçirgenliğine bağlı sabit bir katsayıdır (boşluk için değeri 10^{-7} T.m/A'dır). Formüldeki '2' çarpanı ise uzaysal bir geometrik düzeltme faktörüdür.

Manyetik Alanın Yönü: Sağ El Kuralı

Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür, yani sadece şiddeti değil bir de yönü vardır. Akım taşıyan telin etrafındaki manyetik alan, teli merkeze alan iç içe geçmiş çemberler şeklindedir. Bu çemberlerin yönünü 'Sağ El Kuralı' ile buluruz.

Akım (i)B (Manyetik Alan)d

Sağ el kuralını uygulamak çok basittir: Sağ elinizin başparmağı akımın (i) yönünü gösterecek şekilde hayali olarak teli avucunuzun içine alın. Teli saran diğer dört parmağınızın kıvrılma yönü, manyetik alan (B) çizgilerinin dönüş yönünü verecektir.

auto_awesome

Akım Taşıyan Düz Telin Manyetik Alanı: Oersted'in İzi: Alıştırma Soruları

  1. Soru 1

    1. Oersted'in laboratuvarında elektrik akımı taşıyan bir telin yanına yaklaştırdığı pusula ibresinin saptığını gözlemlemesi, bilim dünyasında hangi gerçeğin keşfedilmesini sağlamıştır?

  2. Soru 2

    2. Düz bir telden geçen elektrik akımının oluşturduğu manyetik alan şiddetini artırmak isteyen bir öğrenci aşağıdakilerden hangisini yapmalıdır?

  3. Soru 3

    3. Sonsuz uzunluktaki düz bir telden 'i' kadar akım geçerken, telden 'd' kadar uzaklıktaki bir A noktasında B büyüklüğünde bir manyetik alan oluşuyor. Buna göre, aynı telden '4i' akım geçtiğinde '2d' uzaklıktaki bir C noktasında oluşacak manyetik alanın büyüklüğü kaç B olur?

  4. Soru 4

    4. Bir oryantiring takımı, yüksek gerilim hattının altından geçerken pusulalarının yanlış yönü gösterdiğini fark etmiştir. Tellerden geçen akım sabit olduğuna göre, takım tellerden uzaklaştıkça pusulanın çalışmasındaki hata payı nasıl değişir ve bunun fiziksel nedeni nedir?

  5. Soru 5

    5. Bir grup öğrenci, 'Üzerinden akım geçen düz telin oluşturduğu manyetik alan, telden olan uzaklık ile ters orantılıdır' hipotezini test etmek için deney tasarlıyor. Bu bilimsel çalışmada araştırmanın bağımsız ve bağımlı değişkenleri sırasıyla hangi seçenekte doğru verilmiştir?

1 soru daha seni bekliyor

Ücretsiz kaydol; Akım Taşıyan Düz Telin Manyetik Alanı: Oersted'in İzi testini puanlı çöz, XP kazan ve takıldığın yeri yapay zeka öğretmenine sor.

Ücretsiz Kaydol