🪄 Test ve Çalışma Kağıdı Hazırla

Konunu yaz; MEB uyumlu test ve özetler saniyeler içinde hazırlansın. 🖨️ Ücretsiz PDF indir!

⚡ Hemen Hazırla

Uzun ve yalıtılmış iletken bir telin silindirik bir hat boyunca sarmal (helezonik) şekilde sarılmasıyla oluşturulan düzeneğe akım makarası (selenoid veya bobin) denir. Üzerinden elektrik akımı geçen akım makarası, etrafında ve iç kısmında tıpkı bir çubuk mıknatıs gibi manyetik alan oluşturur.

Manyetik Alanın Büyüklüğü ve Matematiksel Modeli

Halkaları birbirine çok yakın sarılmış ve uzunluğu halkaların yarıçapından çok büyük olan ideal bir akım makarasının iç kısmındaki manyetik alan çizgileri birbirine paraleldir; yani makaranın iç bölgesinde düzgün bir manyetik alan meydana gelir.

Akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alanın büyüklüğü ($B$):

Bu matematiksel modele göre manyetik alanın büyüklüğü:

• Akım Şiddeti ($i$) ile Doğru Orantılıdır: Telden geçen akım miktarı arttıkça eksendeki manyetik alan şiddeti artar.

• Toplam Sarım Sayısı ($N$) ile Doğru Orantılıdır: Sarım sayısı ne kadar fazlaysa manyetik alan o kadar güçlü olur.

• Makaranın Boyu ($L$) ile Ters Orantılıdır: $L$, makaranın ilk ve son sarımı arasındaki sarılı kısmın boyudur. Sarım sayısı sabit tutulup sarımlar arasındaki mesafe açılarak $L$ boyu artırılırsa manyetik alan zayıflar.

• Birim Uzunluktaki Sarım Sayısı ($\frac{N}{L}$) ile Doğru Orantılıdır: Manyetik alanın temel belirleyicisi sarımların ne kadar sık sarıldığıdır.

• Ortamın Manyetik Alan Katsayısı ($K$) ile Doğru Orantılıdır: Akım makarasının içine hava yerine demir, nikel, kobalt gibi ferromanyetik bir çekirdek konulursa ortamın manyetik geçirgenliği artar ve makara güçlü bir elektromıknatısa dönüşür.

• Makaranın Yarıçapına ($r$) Bağlı Değildir: İdeal ve sık sarımlı bir akım makarasının merkez eksenindeki manyetik alan büyüklüğü sarımların yarıçapından etkilenmez.

Manyetik Alanın Yönü ve Sağ El Kuralı

Akım makarasında manyetik alanın yönü Sağ El Kuralı ile bulunur:

• Sağ elin dört parmağı, makara üzerindeki sarımlardan geçen akımın dolanım yönünü gösterecek şekilde bobin avuç içine alınır.

• Yana dik olarak açılan başparmak, makaranın merkez ekseninde oluşan manyetik alanın yönünü ($\vec{B}$) gösterir.

Çubuk Mıknatıs Analojisi

Başparmağın gösterdiği uçtan manyetik alan çizgileri dışarı çıktığı için makaranın bu ucu bir mıknatısın Kuzey Kutbu ($\text{N}$) gibi, diğer ucu ise Güney Kutbu ($\text{S}$) gibi davranır.

5 Çözümlü Test Sorusu

Soru 1

Sarım sayısı $500$ olan bir akım makarasının sarılı kısmının boyu $20\text{ cm}$‘dir. Makaranın üzerinden $2\text{ A}$ şiddetinde elektrik akımı geçmektedir.

Buna göre akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alanın büyüklüğü kaç $\text{Tesla}$‘dır?

($K = 10^{-7}\text{ N/A}^2$; $\pi = 3$ alınız.)

A) $3 \cdot 10^{-3}$

B) $6 \cdot 10^{-3}$

C) $1{,}2 \cdot 10^{-2}$

D) $3 \cdot 10^{-2}$

E) $6 \cdot 10^{-2}$

Çözüm:

1. Makara boyu metreye dönüştürülür: $L = 20\text{ cm} = 0{,}2\text{ m}$.

2. Manyetik alan formülü yazılır:

   $$B = \frac{4\pi K \cdot i \cdot N}{L}$$
   $$B = \frac{4 \cdot 3 \cdot 10^{-7} \cdot 2 \cdot 500}{0{,}2}$$
   $$B = \frac{12 \cdot 10^{-7} \cdot 1000}{0{,}2} = \frac{12 \cdot 10^{-4}}{0{,}2} = 60 \cdot 10^{-4} = 6 \cdot 10^{-3}\text{ T}$$

Doğru Cevap: B

Soru 2

İdeal bir akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alan şiddeti $B$‘dir.

Makaranın sarım sayısı $2$ katına çıkarılıp, sarılı kısmının uzunluğu ($L$) yarıya indirilirse, içindeki manyetik alan şiddeti kaç $B$ olur? (Akım sabittir.)

A) $\frac{1}{4}$

B) $\frac{1}{2}$

C) $1$

D) $2$

E) $4$

Çözüm:

Manyetik alan bağıntısı: $B = \frac{4\pi K \cdot i \cdot N}{L}$.

İlk durum: $B_1 \propto \frac{N}{L} = B$.

İkinci durumda sarım sayısı $2N$, makara boyu $\frac{L}{2}$ yapıldığında:

Doğru Cevap: E

Soru 3

Akım makarasının merkez ekseninde oluşan manyetik alanın büyüklüğü;

I. Makara telinden geçen akım şiddeti,

II. Makaranın sarım yarıçapı,

III. Makaranın birim uzunluğundaki sarım sayısı,

niceliklerinden hangilerine bağlıdır?

A) Yalnız I

B) I ve II

C) I ve III

D) II ve III

E) I, II ve III

Çözüm:

• $B = \frac{4\pi K \cdot i \cdot N}{L}$ formülünde görüldüğü üzere manyetik alan akım şiddeti ($i$) ile doğru orantılıdır (I doğru).

• Bağıntıda $\frac{N}{L}$ birim uzunluktaki sarım sayısını ifade eder ve alan şiddeti bununla doğrudan orantılıdır (III doğru).

• İdeal kabul edilen akım makarasının merkez eksenindeki manyetik alan büyüklüğü sarımların yarıçapına ($r$) bağlı değildir (II yanlış).

Doğru Cevap: C

Soru 4

Yatay bir masa üzerine yerleştirilen akım makarasının merkez ekseninin hemen sağına, serbestçe dönebilen bir pusula iğnesi konuluyor. Makaranın ön yüzeyinden geçen akımın yönü aşağıya doğrudur.

Sağ el kuralına göre akım makarasının uçlarının manyetik kutup cinsleri ve pusula iğnesinin sapma yönelimi nasıldır?

A) Sol ucu $\text{N}$, sağ ucu $\text{S}$; pusulanın $\text{N}$ ucu sola yönelir.

B) Sol ucu $\text{N}$, sağ ucu $\text{S}$; pusulanın $\text{S}$ ucu sola yönelir.

C) Sol ucu $\text{S}$, sağ ucu $\text{N}$; pusulanın $\text{S}$ ucu sola yönelir.

D) Sol ucu $\text{S}$, sağ ucu $\text{N}$; pusulanın $\text{N}$ ucu sola yönelir.

E) Makara manyetik alan oluşturmaz.

Çözüm:

1. Sağ el kuralı uygulanır: Dört parmak makaranın ön yüzeyindeki akım yönünde (aşağıya doğru) kıvrıldığında, yana açılan başparmak makaranın sağ ucunu gösterir.

2. Başparmağın gösterdiği uç $\text{N}$ kutbu, diğer taraf ise $\text{S}$ kutbudur. Dolayısıyla makaranın sol ucu $\text{S}$, sağ ucu $\text{N}$ olur.

3. Makaranın sağ ucundaki $\text{N}$ kutbu, pusula iğnesinin zıt olan $\text{S}$ kutbunu çeker. Bu sebeple pusula iğnesinin $\text{S}$ kutbu makaraya (sola) doğru yönelir.

Doğru Cevap: C

Soru 5

Bir öğrenci okul laboratuvarında kurduğu akım makarasının içerisine içi dolu bir demir çivi yerleştiriyor.

Bu işlem sonucunda makaranın manyetik alanında meydana gelen değişim ve nedeni aşağıdakilerden hangisinde doğru açıklanmıştır?

A) Değişmez; çünkü akım ve sarım sayısı sabit kalmıştır.

B) Azalır; çünkü demir çivi manyetik alan çizgilerini soğurur.

C) Azalır; çünkü devrenin toplam elektriksel direnci artmıştır.

D) Artar; çünkü demirin manyetik geçirgenliği havanınkinden çok daha büyüktür.

E) Sıfır olur; çünkü demir Faraday kafesi görevi görür.

Çözüm:

Manyetik alan formülündeki $K$ sabiti ortamın manyetik geçirgenliğine ($\mu$) bağlıdır. Demir, manyetik alan çizgilerini kendi üzerinde yoğunlaştıran ferromanyetik bir maddedir. Makaranın içine demir yerleştirildiğinde ortamın manyetik geçirgenliği havaya kıyasla yüzlerce kat artar; bu da bobinin merkezinde oluşan manyetik alan şiddetini büyük oranda artırarak güçlü bir elektromıknatıs meydana getirir.

Doğru Cevap: D