Examkin

Soru

Zorluk: Çok zorElektromanyetik İndüksiyon ve Öz-indüksiyon

Sonsuz uzunluktaki düz bir telin yanına yerleştirilen iletken bir halkada, telden geçen akımın azaltılmasıyla başlayan indüksiyon süreciyle ilgili bazı fiziksel olaylar aşağıda karışık olarak verilmiştir:

Buna göre, halkada indüksiyon akımının oluşumu ve sonrasındaki süreçte gerçekleşen bu olayların ilk andan son ana doğru kronolojik (neden-sonuç) sıralaması nasıl olmalıdır?

  1. 1Düz telden geçen akımın azalmasıyla, halkanın sınırladığı bölgedeki dış manyetik alan şiddetinin azalması
  2. 2Halkanın yüzeyinden geçen net manyetik akının zamana göre değişim göstermesi
  3. 3Halkanın bulunduğu bölgede kapalı çizgisel integrali sıfırdan farklı olan girdaplı (korunumsuz) bir elektrik alanın oluşması
  4. 4İndüklenen elektrik alanın halkadaki serbest elektronlara kuvvet uygulayarak net bir yük hareketi (indüksiyon akımı) başlatması
  5. 5Oluşan indüksiyon akımının, Lenz Kanunu uyarınca dış manyetik akıdaki azalışı engelleyecek yönde kendi manyetik alanını yaratması

Cevap

Sıralama: Düz telden geçen akımın azalmasıyla, halkanın sınırladığı bölgedeki dış manyetik alan şiddetinin azalması -> Halkanın yüzeyinden geçen net manyetik akının zamana göre değişim göstermesi -> Halkanın bulunduğu bölgede kapalı çizgisel integrali sıfırdan farklı olan girdaplı (korunumsuz) bir elektrik alanın oluşması -> İndüklenen elektrik alanın halkadaki serbest elektronlara kuvvet uygulayarak net bir yük hareketi (indüksiyon akımı) başlatması -> Oluşan indüksiyon akımının, Lenz Kanunu uyarınca dış manyetik akıdaki azalışı engelleyecek yönde kendi manyetik alanını yaratması şeklindedir.
İndüksiyon akımının oluşumundaki fiziksel süreçler sırasıyla; dış akımın değişmesiyle dış manyetik alanın değişmesi, bunun halka yüzeyinden geçen akıyı zamanla değiştirmesi, değişen akının halka çevresinde korunumsuz bir elektrik alan indüklemesi, bu alanın elektronlara kuvvet uygulayarak akım oluşturması ve son olarak bu akımın da Lenz kanununa uygun kendi manyetik alanını yaratması şeklindedir.

Adım Adım Çözüm

1
Akım değişimi ile manyetik alan ilişkisini kurma.
Düz telin çevresinde oluşturduğu manyetik alan B=2kIdB = \frac{2kI}{d} formülü gereği akım II azaldıkça azalır. Dolayısıyla ilk gerçekleşen olay dış manyetik alan şiddetinin azalmasıdır.
Akım değişimi manyetik alanın kaynağındaki değişimdir.
2
Manyetik alan değişimi ile manyetik akı ilişkisini kurma.
Manyetik akı Φ=B⋅A⋅cos⁡θ\Phi = B \cdot A \cdot \cos\theta olup, manyetik alan şiddetinin azalması halkadan geçen net manyetik akıyı zamanla azaltır.
Akı, manyetik alan ve alanın geçtiği yüzeyin geometrik çarpımıdır.
3
Faraday Yasası'nın integral formunu uygulama.
Zamana göre değişen manyetik akı, halka çevresinde ∮E⃗⋅dl⃗=−dΦdt\oint \vec{E} \cdot d\vec{l} = -\frac{d\Phi}{dt} eşitliği uyarınca girdaplı (korunumsuz) bir elektrik alan indükler. Bu aşamada henüz akım oluşmamıştır, elektrik alan indüklenmiştir.
Elektromotor kuvveti (EMK) aslında bu indüklenen elektrik alanın halka boyunca yaptığı iştir.
4
Elektrik alanın yükler üzerindeki etkisini inceleme.
İndüklenen elektrik alan, halka içindeki serbest elektronlara F⃗=qE⃗\vec{F} = q\vec{E} elektriksel kuvvetini uygulayarak onları sürükler ve halkada net bir yük akışı yani indüksiyon akımı oluşturur.
İletkenlerde akımın oluşması serbest yüklerin elektrik alan etkisiyle hareketiyle gerçekleşir.
5
Lenz Yasası ve indüksiyon akımının manyetik alanı ilişkisini kurma.
Oluşan indüksiyon akımı, Biot-Savart yasası gereği kendi manyetik alanını oluşturur. Lenz kanununa göre bu alan, kendisini doğuran akı azalışını yavaşlatacak yönde (dış manyetik alanla aynı yönlü) olur.
Doğa her zaman akı değişimine karşı koyacak yönde tepki verir.

Anahtar Kavram

Faraday İndüksiyon Yasası'nın mikroskobik açıklaması ve Lenz Kanunu
Bu soruyu puanla

Konular

Elektromanyetik İndüksiyon ve Öz-indüksiyon

Bu konudan daha fazla soru