Manyetik Kuvvet Nedir?

Manyetik kuvvetin özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Manyetik kuvvet, manyetik alana dik bir şekilde etki eder.
• Manyetik kuvvet, hareket halindeki yüklü parçacıklara etki edebilir.
• Manyetik kuvvet, parçacıkların yönünü değiştirebilir.
• Manyetik kuvvet, parçacıkların hızına veya kinetik enerjisine müdahale edemez.

Manyetik kuvvetin formülü, içinde bulunulan duruma göre değişkenlik gösterir. İçerisinden akım geçen bir tel, manyetik alanın çizgisine dik ise F = B.I.L formülü ile manyetik kuvvet bulunabilir. Ancak telin yerleşim şekli manyetik alan çizgisi ile ϑ açısına sahipse bu durumda manyetik kuvvet F = B.I.L .sinϑ formülü ile bulunabilir.

Manyetik kuvvet ile manyetik alan birbirlerinden farklı kavramlardır. Manyetik kuvvet "F" harfi ile ifade edilir. Manyetik alan ise hesaplamalarda "B" harfi ile gösterilir.

Manyetik kuvvetin formülü, içinde bulunulan duruma göre değişkenlik gösterir. Örnek olarak üzerinden akım geçen bir tel, manyetik alanın çizgisine dik bir şekilde yerleştirilirse F = B.I.L formülü ile manyetik kuvvet bulunabilir. Ancak telin yerleşim şekli manyetik alan çizgisi ile ϑ açısına sahipse bu durumda manyetik kuvvet F = B.I.L.sinϑ formülü ile bulunabilir.

Manyetik kuvvet hesaplanırken; manyetik alan şiddeti, akım şiddeti ve manyetik alanın etki ettiği uzunluk dikkate alınır. Manyetik alan şiddeti B harfi ile gösterilirken, akım şiddeti ise I harfi ile ifade edilir. Manyetik alanın etki uzunluğunun ifadesi içinse L harfi kullanılır. F harfi ile gösterilen manyetik kuvvet; manyetik alanın şiddeti, akım şiddeti ve manyetik alanın etki uzunluğu çarpılarak bulunur. Buna göre manyetik kuvvetin formülü aşağıdaki gibidir:

F = B.I.L

Ancak manyetik alanın formülü, iletkenin yerleştirilme biçimine göre değişebilir. İletkenin yerleşme biçiminin açısı, manyetik alan çizgileri ile ϑ açısı yaptığı takdirde formüle sinϑ faktörü de ilave edilmelidir. Bu noktada manyetik kuvvetin formülü aşağıdaki gibi kullanılır:

F = B.I.L.sinϑ

Manyetik kuvvet, günlük yaşamda pek çok elektronik cihazda kullanılmaktadır. Bu cihazlara; cep telefonu, televizyon, radyo ve elektrik motoruna sahip pek çok cihaz örnek gösterilebilir. Buna ek olarak sanayide metal parçaların ayrıştırılması gibi alanlarda etkin bir şekilde kullanılan manyetik kuvvet, pusula yapımında da kullanılır.

Manyetik itme ve çekme kuvveti, manyetik kuvvet tarafından uygulanan etkinin yönünü ifade etmektedir. Bu etki, nesne içerisinde bulunan parçaların yönüne göre değişiklik göstermektedir. İki nesne arasındaki manyetik kuvvetin itme veya çekme yönünde gerçekleşmesi, nesneler içerisindeki yüklerin hareketlerine bağlıdır. Nesneler içerisindeki yüklerin yönleri birbirine zıt ise meydana gelen kuvvet itme şeklinde olacaktır. Bunun tam tersi olarak nesne içerisindeki yükler birbirleriyle aynı yönde hareket gösteriyorsa bu durumda meydana gelen manyetik kuvvet çekme şeklinde olur.

Manyetik kuvvetin büyüklüğü çeşitli durumlara göre değişkenlik gösterir. Manyetik kuvvetin büyüklüğüne etki eden en önemli faktörlerden bir tanesi iletkenin büyüklüğü ve uzunluğudur. Buna ek olarak manyetik alanın şiddeti de manyetik kuvvetin büyüklüğünü doğrudan etkileyen bir faktördür.

Herhangi bir nesneyi doğrudan bir fiziksel müdahale olmadan hareket ettiren kuvvetlere temas gerektirmeyen kuvvetler adı verilir. Manyetik kuvvet, temas gerektirmeyen bir kuvvet türüdür. Örnek olarak bir mıknatıs, küçük metal parçaları herhangi bir doğrudan temas olmadan kendisine çekebilir.

Manyetik kuvvet, vektörel bir kuvvet türüdür. Bir kuvvetin vektörel olması, bir noktada yön ve kuvvete sahip olması anlamına gelmektedir. Noktalı bir alanda vektörlerin çizilmesiyle ifade edilebilen bu duruma örnek olarak pusula verilebilir. Vektör alanın içerdiği bilgi pusula ibresinde gösterilir. Bu durum manyetik kuvvetin vektörel olduğuna dair en somut örnektir.

Manyetik kuvvet, durgun yüklere etki etmez. Manyetik kuvvetin varlığından söz edebilmek için bir akım olması gerekir. Akım, temel olarak yüklerin hareketini ifade eder. Manyetik alan ise hareket eden yükler arasında gerçekleşir. Manyetik kuvvet hesaplanırken kullanılan faktörlerden bir tanesi de akım şiddetidir. Dolayısıyla durgun yüklere manyetik alanın etki etmesi söz konusu değildir.

Manyetik kuvvetin yönü, sağ el kuralı kullanılarak kolayca bulunabilir. İlk olarak sağ eldeki başparmak akım yönünü gösterecek şekilde tutulmalıdır. Öteki parmaklar ise manyetik alanın yönünü gösterecek şekilde ayarlanmalıdır. Bu durumda avuç içinin baktığı yer, manyetik kuvvetin yönünü gösterecektir.

Sağ el kuralı, 19. yüzyılda İngiliz bir fizikçi olan John Ambrose Fleming tarafından bulunmuştur. Kullanması oldukça kolay olan sağ el kuralında, sağ el başparmağını akım yönünde tutmak gerekir. Diğer parmaklar ise manyetik alanın yönünü gösterecek şekilde tutulmalıdır. Bu pozisyonda avuç içinin baktığı nokta manyetik kuvvetin yönünü gösterir. Örnek olarak üzerinden akım geçen düz bir teldeki akım yönü biliniyorsa, manyetik kuvvetin yönü bulunabilir. Sağ elde bulunan başparmak akım yönünü gösterecek şekilde ayarlanır ve diğer parmaklar başparmak etrafında kıvrılır. Bu parmaklar doğal olarak manyetik alanın yönünü gösterecektir. Avuç içi ise manyetik kuvvetin yönünü gösteriyor olacaktır.

Manyetik kuvvet çizgileri, manyetik kuvveti belirtmek için kullanılan soyut çizgilerdir. Manyetik kuvveti belirten bu çizgiler, gözle görülür çizgiler değildir. Manyetik kuvvet çizgilerinin yönü, kuzey kutbundan güney kutbuna doğrudur. Buna ek olarak manyetik kuvvet çizgilerinin daha yoğun bulunduğu bölgelerde, manyetik kuvvet de daha güçlü olur.

Manyetik kuvvet çizgilerinin özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Ters yöndeki çizgiler karşılıklı olarak birbirlerini zayıflatır.
• Aynı yöndeki çizgiler karşılıklı olarak birbirlerini güçlendirir.
• Her maddeyi etkileyemezler. Ancak her maddenin içinden geçebilirler.
• Kuzey (N) kutbundan Güney (S) kutbuna doğrudur.
• Birbirleriyle kesişmezler.
• Birbirlerini karşılıklı olarak iterler.

Elektromanyetik alan, elektromanyetik dalgalardan meydana gelir. Elektromanyetik dalgalar ise elektrik alan ile manyetik alanın karışımıdır. Elektrik enerjisi ile çalışmakta olan bir alet, etrafında hem elektrik alan hem de manyetik alan meydana getirir. Dolayısıyla elektromanyetik alan meydana getirmiş olur. Elektromanyetik alana dik düşen kuvvet, elektromanyetik kuvvet olarak adlandırılır. Bu aynı zamanda manyetik kuvvettir. Elektrik kuvveti ile manyetik kuvveti aynı şey değildir ancak manyetik kuvvet ile elektromanyetik kuvvet aynı kuvveti ifade etmektedir.

Elektrik kuvveti ile manyetik kuvvet arasındaki farklar şunlardır:

• Elektrik kuvveti, daima elektriğin alanına paraleldir. Buna karşılık olarak manyetik kuvvet ise manyetik alana dik düşer.
• Elektrik kuvveti, yüklü durumdaki parçacığın hızı ile bağlantılı değildir. Manyetik kuvvet ise ancak hareketli yüklü parçacıklara etki edebilir.
• Elektrik kuvveti, yüklü parçacığın konumunu değiştirebilir. Manyetik kuvvet ise böyle bir etkiye sahip değildir.
• Yüklü parçacığın kinetik enerjisi elektrik kuvveti ile değişebilir anca manyetik alan ile değişmez.

Manyetik alana sahip bir çubuğun boyu, kendisinin bir P uzaklığına kıyasla fazla küçükse bu manyetik çubuğa manyetik dipol adı verilir.

Herhangi bir manyetik alan, düz bir tele akım üzerinde kuvvet uygular. Bu kuvvet döngüsüne ise manyetik tork etki eder. Tork, bir nesnenin sabit bir eksen etrafında dönmesine neden olur. Her manyetik alan, akım döngüsünün vektörünü manyetik alanla hizalamaya çalışan bir tork uygular. Bu torka, manyetik tork adı verilir.

Örnek bir manyetik kuvvet deneyi aşağıdaki adımlar uygulanarak yapılabilir:

• Bir adet mıknatıs ve bir adet bobin edinilmelidir. Bobin, içerisinden elektrik akımını geçirebilen yalıtılmış bir tel ve bu teli saran silindirden meydana gelen bir parçadır.
• Mıknatıs, bobinin içerisine yerleştirilir.
• Bu aşamada bobine elektrik akımı verilmelidir.
• Bobinin içerisinden geçen akımın meydana getirdiği manyetik alan ile ortaya çıkan manyetik kuvvet, mıknatısı bobinin dışına itecektir.