11. Sınıf Fizik · 2. Ünite: Elektrik ve Manyetizma
Manyetik Kuvvet ve Elektrik Motorları
Elektrikli süpürge, vantilatör, tren ve elektrikli araçlardaki motorlar aynı ilkeyle çalışır: manyetik alan içindeki akım taşıyan tele bir kuvvet etki eder. Bu konuda akım geçen düz tele etkiyen manyetik kuvvetin hangi etkenlere bağlı olduğunu keşfedecek, F = B·i·ℓ·sinθ modelini kullanarak problemler çözecek ve aynı kuvvetin dikdörtgen bir çerçeveyi nasıl döndürüp elektrik motorunu çalıştırdığını açıklayacaksın.
Kazanımlar
- FİZ.11.2.8. Manyetik alandaki akım taşıyan düz telin üzerine etkiyen kuvvetin manyetik alana, akıma, tel boyuna ve açıya bağlılığını verilerden keşfederek matematiksel olarak modeller.
- FİZ.11.2.8. F = B·i·ℓ·sinθ modelini kullanarak kuvvetin büyüklüğünü hesaplar ve değişkenler değiştiğinde kuvvetin kaç katına çıkacağını öngörür.
- FİZ.11.2.8. Sağ el kuralıyla manyetik kuvvetin yönünü belirler.
- FİZ.11.2.9. Manyetik alanda akım taşıyan dikdörtgen çerçeveye etkiyen kuvvetlerden torkun oluşumunu çıkarır ve elektrik motorunun çalışma ilkesini (komütatörün görevi dahil) açıklar.
Konu anlatımı
Alan içinde akım taşıyan tele kuvvet etkir
Kuvvetin yönü: sağ el kuralı
Keşif: kuvvet neye bağlı?
Çözümlü örnekler
Dikdörtgen çerçeve ve tork
Elektrik motoru
Simülasyonda dene
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Anahtar terimler
- Manyetik kuvvet
- Manyetik alan içinde akım taşıyan tele (ya da başka bir mıknatısa) etkiyen kuvvet; F = B·i·ℓ·sinθ.
- Tesla (T)
- Manyetik alanın SI birimi; 1 T = 1 N/(A·m).
- Sağ el kuralı (kuvvet)
- Başparmak akım, dört parmak alan yönündeyken avuç içinin kuvvetin yönünü gösterdiği kural.
- Tork
- Bir kuvvet çiftinin bir cismi bir eksen etrafında döndürme etkisi.
- Dikdörtgen çerçeve
- Manyetik alanda akımla dönen, motorun dönen parçasının basit modeli.
- Komütatör (yarım halka)
- Çerçevedeki akımın yönünü her yarım turda ters çevirerek dönmenin aynı yönde sürmesini sağlayan düzenek.
- Fırça
- Komütatöre sürtünüp akımı çerçeveye taşıyan sabit kontak.
- Elektrik motoru
- Manyetik alandaki akım taşıyan çerçevenin dönmesinden yararlanarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makine.
Örnek soru
Düzgün bir manyetik alan içindeki akım taşıyan düz bir tele hangi durumda manyetik kuvvet etkimez?
- Tel alan çizgilerine dik olduğunda
- Telden geçen akım çok büyük olduğunda
- Manyetik alan çok büyük olduğunda
- Tel alan çizgilerine paralel olduğunda
- Tel ile alan arasındaki açı 90° olduğunda
Doğru cevap: D
Çözüm
1. Kuvvet $F = B\,i\,\ell\,\sin\theta$ ile verilir.
2. Tel alana paralelse $\theta = 0°$ ve $\sin\theta = 0$: $F = 0$.
3. Dikken ($\theta = 90°$) $\sin\theta = 1$ ve kuvvet en büyüktür; akım ya da alan büyüdükçe de kuvvet artar.
Cevap: D. Kuvveti yalnızca alana dik bileşen oluşturur.