🎓 10. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı 2. senaryo Test 1 - Ders Notu
Bu ders notu, 10. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı sınavına hazırlanırken bilmeniz gereken temel manyetizma ve elektromanyetik indüksiyon konularını özetlemektedir. Sınavda bu konulardan gelebilecek soruları daha rahat çözebilmek için kavramları ve formülleri iyi anlamanız önemlidir.
📌 Mıknatıslar ve Manyetik Alan
Mıknatıslar, demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliğine sahip cisimlerdir. Her mıknatısın kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır.
- Aynı kutuplar birbirini iterken (N-N, S-S), zıt kutuplar birbirini çeker (N-S).
- Manyetik alan, bir mıknatısın veya akım taşıyan bir telin çevresinde manyetik kuvvet etkisini gösterdiği bölgedir.
- Manyetik alan çizgileri, mıknatısın N kutbundan çıkar, S kutbuna girer ve mıknatısın içinde S'den N'ye doğru devam eder. Çizgiler asla birbirini kesmez.
- Manyetik alanın birimi Tesla (T) veya Gauss (G) olarak ifade edilir ($1 \text{ T} = 10^4 \text{ G}$).
💡 İpucu: Dünya da büyük bir mıknatıs gibi davranır ve manyetik alanı vardır. Pusulalar bu manyetik alanı kullanarak yön gösterir.
📌 Akım Taşıyan Telin Oluşturduğu Manyetik Alan
Danimarkalı bilim insanı Oersted, elektrik akımının manyetik alan oluşturduğunu keşfetmiştir. Akım taşıyan bir telin çevresinde oluşan manyetik alanın yönü ve büyüklüğü, telin şekline göre değişir.
- Düz Tel: Akım taşıyan düz bir telin çevresinde oluşan manyetik alanın yönü, sağ el kuralı ile bulunur. Başparmak akım yönünü gösterirken, bükülen dört parmak manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterir. Manyetik alanın büyüklüğü, telden uzaklaştıkça azalır.
- Manyetik alan büyüklüğü: $B = k \frac{2I}{r}$
- Burada $I$ akım şiddeti, $r$ telden uzaklık, $k$ ise manyetik alan sabitidir.
- Halka Tel (Bobin/Solenoid): Akım taşıyan halka şeklindeki bir telin veya bobinin (sarmal tel) merkezinde oluşan manyetik alanın yönü yine sağ el kuralı ile bulunur. Dört parmak akım yönünü gösterirken, başparmak manyetik alanın yönünü (N kutbunu) gösterir.
- Halka merkezindeki manyetik alan: $B = k \frac{2\pi I}{r}$
- Solenoid (bobin) içindeki manyetik alan: $B = k \frac{4\pi NI}{L}$
- Burada $N$ sarım sayısı, $L$ bobinin uzunluğudur.
⚠️ Dikkat: Sağ el kuralını uygularken başparmağın mı akım yönünü yoksa manyetik alan yönünü mü gösterdiğine dikkat edin. Düz telde başparmak akım, halkada başparmak manyetik alan yönünü gösterir.
📌 Manyetik Alan İçindeki Akım Taşıyan Tele Etki Eden Kuvvet
Manyetik alan içerisine yerleştirilmiş akım taşıyan bir tele manyetik kuvvet etki eder. Bu kuvvetin yönü ve büyüklüğü önemlidir.
- Kuvvetin Yönü (Sağ El Kuralı): Sağ elinizin başparmağı akım yönünü, dört parmağınız manyetik alanın yönünü gösterdiğinde, avuç içiniz kuvvetin yönünü gösterir.
- Kuvvetin Büyüklüğü: Manyetik kuvvetin büyüklüğü, telin uzunluğu, akım şiddeti, manyetik alan şiddeti ve telin manyetik alanla yaptığı açıya bağlıdır.
- $F = B \cdot I \cdot L \cdot \sin\alpha$
- Burada $B$ manyetik alan şiddeti, $I$ akım şiddeti, $L$ telin manyetik alan içindeki uzunluğu, $\alpha$ ise tel ile manyetik alan arasındaki açıdır.
💡 İpucu: Eğer tel, manyetik alana paralel ise ($\alpha = 0^\circ$ veya $180^\circ$), $\sin\alpha = 0$ olacağından tele hiçbir manyetik kuvvet etki etmez.
📌 Manyetik Alan İçindeki Yüklü Parçacığa Etki Eden Kuvvet
Manyetik alanda hareket eden yüklü bir parçacığa da manyetik kuvvet etki eder. Bu kuvvete Lorentz kuvveti denir.
- Kuvvetin Yönü (Sağ El Kuralı): Sağ elinizin başparmağı parçacığın hız yönünü, dört parmağınız manyetik alanın yönünü gösterdiğinde:
- Pozitif yüklü parçacıklar için avuç içi, kuvvetin yönünü gösterir.
- Negatif yüklü parçacıklar için elin tersi, kuvvetin yönünü gösterir.
- Kuvvetin Büyüklüğü:
- $F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin\alpha$
- Burada $q$ parçacığın yük miktarı, $v$ parçacığın hızı, $B$ manyetik alan şiddeti, $\alpha$ ise hız vektörü ile manyetik alan arasındaki açıdır.
📝 Ek Bilgi: Manyetik kuvvet, yüklü parçacığın hızının büyüklüğünü değiştirmez, sadece yönünü değiştirir. Bu nedenle manyetik kuvvet iş yapmaz.
📌 Manyetik Akı
Manyetik akı, bir yüzeyden geçen manyetik alan çizgilerinin sayısıdır. Manyetik akı değişimi, indüksiyon olaylarının temelidir.
- Formülü: $\Phi = B \cdot A \cdot \cos\theta$
- Burada $B$ manyetik alan şiddeti, $A$ yüzey alanı, $\theta$ ise manyetik alan ile yüzeyin normali arasındaki açıdır.
- Birimi: Weber (Wb) olarak ifade edilir.
💡 İpucu: Manyetik akı değişimi, bir devrede akım oluşmasına neden olur. Akı değişimi ne kadar hızlı olursa, oluşan akım da o kadar büyük olur.
📌 İndüksiyon Akımı ve İndüksiyon Emk'si (Faraday ve Lenz)
Manyetik akı değişimi sonucunda kapalı bir devrede gerilim (elektromotor kuvvet - Emk) ve dolayısıyla akım oluşmasına indüksiyon olayı denir.
- Faraday'ın İndüksiyon Yasası: Bir devrede oluşan indüksiyon Emk'sinin büyüklüğü, manyetik akı değişim hızına eşittir.
- $\varepsilon = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$
- Burada $\varepsilon$ indüksiyon Emk'si, $\Delta\Phi$ manyetik akı değişimi, $\Delta t$ ise bu değişimin gerçekleştiği süredir. Eksi işareti, Lenz Kuralı'ndan gelir.
- Lenz Kuralı: İndüksiyon akımının yönü, kendisini oluşturan manyetik akı değişimine karşı koyacak (zıt yönde bir manyetik alan oluşturacak) şekildedir. Yani sistem, manyetik akıyı eski haline getirmeye çalışır.
- Hareket Emk'si: Manyetik alan içinde hareket eden iletken bir çubukta da indüksiyon Emk'si oluşur.
- $\varepsilon = B \cdot L \cdot v$
- Burada $B$ manyetik alan, $L$ çubuğun uzunluğu, $v$ ise çubuğun hızıdır. Bu formül, $B$, $L$ ve $v$ birbirine dik olduğunda geçerlidir.
⚠️ Dikkat: İndüksiyon akımı oluşması için devrenin kapalı olması ve manyetik akının değişmesi şarttır. Sabit manyetik alan içinde duran veya hareket eden ama akı değiştirmeyen bir devrede indüksiyon akımı oluşmaz.
📌 Öz İndüksiyon Akımı ve Öz İndüksiyon Emk'si
Bir bobinden geçen akım şiddeti değiştiğinde, bobinin kendi içinde oluşan indüksiyon olayına öz indüksiyon denir. Bobinler, üzerlerinden geçen akım değişimine karşı koyma eğilimindedir.
- Eğer bobinden geçen akım artıyorsa, öz indüksiyon akımı ana akıma zıt yönde oluşur ve akım artışını geciktirir.
- Eğer bobinden geçen akım azalıyorsa, öz indüksiyon akımı ana akımla aynı yönde oluşur ve akım azalışını geciktirir.
- Öz İndüksiyon Emk'si:
- $\varepsilon_{öz} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$
- Burada $L$ öz indüksiyon katsayısı (indüktans) olup birimi Henry (H)'dir, $\Delta I$ akım değişimi, $\Delta t$ ise akım değişim süresidir.
📝 Ek Bilgi: Öz indüksiyon, elektrik motorları ve jeneratörler gibi birçok elektrikli cihazın çalışma prensibinde önemli bir rol oynar.
📌 Transformatörler
Transformatörler, alternatif akımın (AC) gerilimini (voltajını) yükseltmek veya düşürmek için kullanılan cihazlardır. Doğru akımla (DC) çalışmazlar.
- Birincil (primer) ve ikincil (sekonder) olmak üzere iki bobinden oluşurlar ve bu bobinler ortak bir demir çekirdek üzerine sarılıdır.
- Çalışma Prensibi: Primer bobine uygulanan alternatif akım, demir çekirdekte sürekli değişen bir manyetik akı oluşturur. Bu değişen manyetik akı, sekonder bobinde indüksiyon Emk'si oluşturur.
- Gerilim ve Sarım Sayısı İlişkisi (İdeal Transformatör):
- $\frac{V_P}{V_S} = \frac{N_P}{N_S}$
- Burada $V_P$ primer gerilim, $V_S$ sekonder gerilim, $N_P$ primer sarım sayısı, $N_S$ sekonder sarım sayısıdır.
- Güç ve Akım İlişkisi (İdeal Transformatör): İdeal transformatörlerde güç kaybı olmaz, yani giriş gücü çıkış gücüne eşittir ($P_{giriş} = P_{çıkış}$).
- $V_P \cdot I_P = V_S \cdot I_S \implies \frac{V_P}{V_S} = \frac{I_S}{I_P}$
- Burada $I_P$ primer akım, $I_S$ sekonder akımdır.
- Yükseltici Transformatör: Sekonder sarım sayısı primerden fazlaysa ($N_S > N_P$), sekonder gerilimi primerden yüksek olur ($V_S > V_P$).
- Alçaltıcı Transformatör: Sekonder sarım sayısı primerden azsa ($N_S < N_P$), sekonder gerilimi primerden düşük olur ($V_S < V_P$).
💡 İpucu: Transformatörler, elektrik enerjisinin santrallerden evlerimize taşınmasında büyük rol oynar. Uzun mesafelerde enerji kaybını azaltmak için gerilim yükseltilir (akım düşürülür), evlerimize yakın bölgelerde ise tekrar alçaltılır.
