Şekildeki gibi iletken halka, düzgün manyetik alanın dışındadır. Manyetik alanın şiddeti sabit tutularak halka manyetik alan içerisine sabit hızla çekiliyor.
(Şekil: Sağa doğru düzgün manyetik alan bölgesinin solunda bir halka, manyetik alan çizgileri ekrandan içeri doğru veya dışarı doğru olabilir, manyetik alanın yönü belirtilmemiş, ancak halka manyetik alana giriyor.)
Bu durumda halkada oluşan indüksiyon akımı ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Halka manyetik alana girerken akım oluşur, tamamen içine girince akım kesilir.
B) Halka manyetik alana girerken akım oluşur, tamamen içinde akım sabit bir değer alır, çıkarken akım kesilir.
C) Halka manyetik alana girerken ve çıkarken akım oluşur, tamamen içinde akım oluşmaz.
D) Halka manyetik alana girerken akım oluşmaz, tamamen içinde ve çıkarken akım oluşur.
E) Halka manyetik alana girerken, içinde ve çıkarken sürekli aynı yönde akım oluşur.
Bu soruyu çözmek için, manyetik akı değişimi ve indüksiyon akımı arasındaki ilişkiyi anlamamız gerekiyor. Fizikteki bu temel ilke, Faraday'ın İndüksiyon Yasası olarak bilinir.
- Manyetik Akı Nedir? Manyetik akı ($\Phi_B$), bir yüzeyden geçen manyetik alan çizgilerinin sayısıdır. Matematiksel olarak, manyetik alan şiddeti ($B$) ile manyetik alana dik olan yüzey alanı ($A$) çarpımı olarak ifade edilebilir: $\Phi_B = B \cdot A$.
- İndüksiyon Akımı Nasıl Oluşur? Bir iletken halkada indüksiyon akımı oluşabilmesi için, halkadan geçen manyetik akının zamanla değişmesi ($d\Phi_B/dt \neq 0$) gerekir. Manyetik akı değişimi, halkada bir indüksiyon elektromotor kuvveti ($\mathcal{E}$) oluşturur ve bu da kapalı bir devrede indüksiyon akımının akmasına neden olur. Eğer manyetik akı değişmiyorsa ($d\Phi_B/dt = 0$), indüksiyon akımı oluşmaz.
- Şimdi, halka manyetik alana girerken, içinde hareket ederken ve çıkarken manyetik akının nasıl değiştiğini inceleyelim:
- 1. Halka Manyetik Alana Girerken:
- Halka manyetik alana girmeye başladığında, manyetik alanın içinde kalan halka alanı ($A$) artmaya başlar.
- Manyetik alan şiddeti ($B$) sabit olduğundan ve manyetik alan içindeki alan ($A$) arttığından, halkadan geçen manyetik akı ($\Phi_B = B \cdot A$) zamanla artar.
- Manyetik akı değiştiği için ($d\Phi_B/dt \neq 0$), halkada bir indüksiyon akımı oluşur.
- 2. Halka Tamamen Manyetik Alanın İçindeyken:
- Halka tamamen manyetik alanın içine girdiğinde ve manyetik alan içinde hareket ederken, manyetik alanın içinde kalan halka alanı ($A$) artık değişmez; halkanın tüm alanı manyetik alanın içindedir ve sabittir.
- Manyetik alan şiddeti ($B$) de sabit olduğundan, halkadan geçen manyetik akı ($\Phi_B = B \cdot A$) sabit kalır.
- Manyetik akı değişmediği için ($d\Phi_B/dt = 0$), halkada herhangi bir indüksiyon akımı oluşmaz.
- 3. Halka Manyetik Alandan Çıkarken:
- Halka manyetik alandan çıkmaya başladığında, manyetik alanın içinde kalan halka alanı ($A$) azalmaya başlar.
- Manyetik alan şiddeti ($B$) sabit olduğundan ve manyetik alan içindeki alan ($A$) azaldığından, halkadan geçen manyetik akı ($\Phi_B = B \cdot A$) zamanla azalır.
- Manyetik akı değiştiği için ($d\Phi_B/dt \neq 0$), halkada tekrar bir indüksiyon akımı oluşur. (Lenz Yasası'na göre bu akımın yönü, halka alana girerken oluşan akımın yönüne zıt olacaktır, ancak bu soruda yön sorulmamaktadır.)
- Yukarıdaki analizlerimize göre, halkada indüksiyon akımı sadece manyetik alana girerken ve manyetik alandan çıkarken oluşur. Halka tamamen manyetik alanın içindeyken akım oluşmaz.
Bu bilgiler ışığında seçenekleri değerlendirdiğimizde, C seçeneği doğru açıklamayı sunmaktadır.
Cevap C seçeneğidir.
