Elektrik, toplumumuzu canlandırır. Her gün yaptığımız neredeyse her şey, kullandığımız her makine bir şekilde elektriğe dayanır. Peki elektrik tam olarak nasıl üretilir? Elektrikli cihazlar nasıl hareket eder? Mıknatıslar nasıl çalışır?

Elektromanyetizma teorisi, bu ve diğer birçok soruyu ele alır. Dünya’yı çevreleyen manyetik alandan ve evrende akan ışıktan beyninizdeki hücreler arasındaki sinyale kadar doğal ve üretilmiş her şeye dokunur. Teori, dört yasadan oluşur – Maxwell denklemleri – ancak burada amacımız fiziksel temellerini çözmektir.

İnsanlar binlerce yıldır mıknatıslarla uğraşır. MS 1050 gibi erken bir tarihte, Çinli denizciler denizde gezinmek için manyetik mermi taşları kullanmışlardır.

Daha yakın zamanlarda mıknatıslarla üretilen elektriğe güvenmeye başladık. Manyetik kuvvetler, motorlar ve hoparlörler gibi günlük cihazlarımızda başrol oynamaktadır.

Kalıcı mıknatısların diğer mıknatıslara tepki veren kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır. İki mıknatısı bir araya getirirsek, aynı türden kutuplar (örneğin kuzey-kuzey veya güney-güney) birbirlerini iterken zıt kutuplar (örneğin kuzey-güney) birbirini çekeceğine şahit oluruz.

Mıknatıslarla ilgili şaşırtıcı olan şey, doğrudan temas etmeden birbirlerini itmeleri veya çekmeleridir. Buna dayanarak, mıknatısların bir manyetik kuvvet alanı veya “manyetik alan” ile çevrildiğini söylüyoruz. Manyetik alan, etkileşen mıknatıslar arasında bir haberci görevi görür. Şu anda, bir mıknatısın yanındaki boşluğu dolduran görünmez bir varlık fikri oldukça fantastik görünebilir.

Şimdilik, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanını gözlemlenebilir, ancak açıklanamayan bir fenomen olarak ele alalım.

Mıknatısların Elektrikle Ne İlgisi Var?

Pusula iğnesi, Dünya’nın manyetik alanı yönünü göstermesi amaçlanan küçük, mıknatıslanmış bir çubuktur. 1820’lerde bilim adamı Hans Christian Ørsted, bir bataryaya bağlı bir tel bobinin yakınındayken bir pusula iğnesinin manyetik kuzeyden saptığını fark etmiştir.

Hans Christian Ørsted’in elektromanyetik deneyini açıklayan diyagram,
Credits: https://skullsinthestars.com/2011/04/03/the-birth-of-electromagnetism-1820/

Burada, pusula iğnesi, düğme çevrildiğinde farklı bir yönü işaret eder, bu da manyetik alanların elektrik akışı tarafından üretildiğini gösterir.

Ørsted’in keşfinin ardından, mucitler güç üretmek için bir mıknatısın yakınında akımlar çalıştırarak hareket eden elektrikli cihazlar (hoparlörler ve motorlar gibi) tasarlamaya başladılar.

Manyetizma nasıl elektrik üretebilir?

Aynı sıralarda Michael Faraday adında genç bir İngiliz fizikçi, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi farklı bir açıdan düşünmekteydi.

Michael Faraday. Etching by D. Maclise, 1836
Credits: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Michael_Faraday._Etching_by_D._Maclise,_1836._Wellcome_V0001855.jpg

Bir soruyla büyülendi: “Manyetizma nasıl elektrik üretebilir?” Faraday, mıknatısları kullanarak bir elektrik akışı üretecek bir cihaz tasarladı. Bugün bu cihaz elektrik jeneratörü olarak bilinir.

Credits: https://www.brainkart.com/article/Electromagnetic-Induction_39876/

Faraday deneylerinden birinde, biri büyük olanın içi boş çekirdeğine sığacak kadar küçük olan iki tel bobin yaptı. Daha küçük bobinde bir bataryaya bağlayarak elektriği çalıştırdı. Daha büyük bobin, içinde akan elektrik akımını ölçen, galvanometre adı verilen bir cihaza bağlandı, ancak herhangi bir elektrik güç kaynağına bağlı değildi. Başka bir deyişle, galvanometreli büyük bobin kendi başına herhangi bir elektrik akımı üretemez.

Faraday, yukarıda gösterilen kurulumla ilgili iki önemli gözlem yaptı: Elektrikli küçük bobin büyük bobinin yakınında tutulursa, büyük bobinde elektrik akımı algılanmaz. Ancak elektrikli küçük bobini büyük bobinin içi boş çekirdeğine düşürürse, büyük bobinde önemli bir akım kaydedilir.

Faraday, manyetik alan kaynaklarının (düşürülmüş elektrikli tel bobini veya dönen bir mıknatıs gibi) kimyasal bir pil yerine elektrik üretebileceğini keşfetti. Bu temel ilke, dünya genelinde kullandığımız elektrik gücünün neredeyse tamamını üretmek için kullanılır. Elektrik jeneratörleri, Faraday’ın indüksiyon yasasının birçok yararlı uygulamasından yalnızca biridir.

Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki tesadüfen keşfedilmiştir. Ørsted, bir elektrik gösterisi sırasında pusula iğnesinin zıpladığını gözlemlemiştir. Tıpkı Newton’un dinamik teorisi gibi, modern elektrik ve manyetizma teorisi de gözlemlere ve deneysel testlere dayanmaktadır.

Temel bir elektrik jeneratörünün işleyişinin altında, elektromanyetizma hakkında birçok şey yatıyor: elektrik akımlarının ürettiği manyetik alanlar, elektrik alanları tarafından üretilen elektrik akımları ve elektrik yükleri tarafından hissedilen elektrik ve manyetik kuvvetler.

Rüzgardan elektrik enerjimi, dönen manyetik jeneratör ile aynı prensipleri kullanır.

Faraday’ın elektrik jeneratörü, modern elektrik toplumumuzun temellerinden biri olan güçlü elektrik akımları üretme yeteneğinin kilidini açtı. Bununla birlikte, bir jeneratörde ve diğer elektrikli cihazlarda fiziksel olarak neler olup bittiğini anlayabilmemiz için paketini biraz açmamız gerekiyor. Bu konuda bir sonraki yazımızda ilk adımımız elektromanyetik alanların fiziğindeki ana aktörü tanıtmak olacak: elektrik yükü.

Referanslar

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s