11. SınıfFizik
Fizik · 11. Sınıf · Manyetizma
Bir bobinin içinden geçen manyetik alan değiştiğinde bobin uçları arasında bir elektromotor kuvvet (emk) oluşur ve devre kapalıysa endüksiyon akımı akar. Bu olaya elektromanyetik indüksiyon denir. Alan sabit kalırsa, yani değişmiyorsa emk oluşmaz; yalnız manyetik alanın artması ya da azalması, ya da bobinin alana göre hareket etmesi gerilim doğurur. Endüksiyon emk'si bobin sayısı ile doğru, alan değişim süresiyle ters orantılıdır.
Lenz yasası, endüksiyon akımının yönünü belirler: Akım, onu oluşturan değişikliği gidermeye çalışır. Yani mıknatıs bobine yaklaştırılıyorsa akım, mıknatısı iten kutbu üretir; uzaklaştırılıyorsa çeker. Bu yüzden jeneratörde mekanik enerji harcanması gerekir: elektrik enerjisi hiçbir zaman bedava üretilmez.
Mekanik enerjiyi dönen bobin ya da mıknatıs aracılığıyla elektrik enerjisine çeviren düzeneğe jeneratör denir. Ev tipi bisiklet dinamoları, döndükçe lastikle sürtünen tekerlekten aldığı mekanik enerjiyle küçük bir gerilim üretir. Üretilen gerilimin periyodu, dönüş hızıyla belirlenir; alternatif akım kaynağı olmalarının nedeni de budur.
Transformatör, iki sargılı ve ortak demir çekirdekli bir cihazdır. Birincil sargıdan geçen alternatif akım çekirdekte değişen bir manyetik alan oluşturur; bu alan ikincil sargıyı keserek endüksiyon emk'si üretir. Gerilim oranı, sargı sayıları oranına eşittir: Vp/Vs = Np/Ns. İkincil sargıda sargı sayısı fazlaysa gerilim yükselir (adım yükseltici), azsa alçalır (adım alçaltıcı).
İdeal transformatörde güç korunur: Pp ≈ Ps, yani Vp · Ip = Vs · Is. Bu durumda gerilim katlandığında akım aynı oranda düşer. Pratikte çekirdek kayıpları ve sargı direnci nedeniyle bir miktar ısı oluşur; yine de verim yüksektir.
| Gerilim | Aynı güç için akım | Hat kaybı (I²R) |
|---|---|---|
| Düşük | Yüksek | Çok yüksek |
| Yüksek | Düşük | Çok düşük |
Santralden tüketime uzun mesafede iletim, kaybı azaltmak için yüksek gerilimle yapılır. Güç sabitken gerilim yükseltilirse akım azalır ve hattın direncindeki kayıp I²R ile hızla düşer. Son kullanıcıda alçaltıcı transformatörlerle gerilim 220 V seviyesine indirilir.
Sınav sorularında transformatör oranları çoğunlukla iki adımda sorulur: önce gerilim, sonra akım ya da direnç. Ayrıca manyetik alan sabitken emk oluşmadığı, alan değiştiğinde oluştuğu kavramsal olarak sık ölçülür. İletim sorularında ise kaybın akımın karesiyle orantılı olduğu vurgulanır.
Bir bobinin içinden geçen manyetik alanın değişmesi sonucunda bobin uçları arasında elektromotor kuvvet (emk) oluşur. Bu olay elektromanyetik indüksiyon olarak adlandırılır ve devre kapalıysa endüksiyon akımı akar. Endüksiyon emk'si bobin sayısı ile doğru orantılı ve alan değişim süresiyle ters orantılıdır; bu nedenle hızlı değişen alanlar daha yüksek emk'ler üretir. Alan sabit kalırsa emk oluşmaz, bu da manyetik alanın artma veya azalma hızını belirleyen kritik faktördür.
Örneğin, mıknatıs bobine yaklaştırılıyorsa akım, mıknatısın iten kutbu üretir; uzaklaştırılıyorsa çeker. Bu durumda jeneratörde mekanik enerji harcanır ve elektrik enerjisi hiçbir zaman bedava üretilmez. Manyetik alan değişimi hızı, endüksiyon akımının şiddetine doğrudan etki eder ve bu nedenle dönmüş bobinlerde daha fazla emk üretilebilir.
Değişen manyetik alanın endüksiyon akımı üretmesi, transformatör oranları ve uzak enerji iletimi Bu konuda ögrenme çıktıları:
Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: Np = 1000, Ns = 200 ve Vp = 220 V olan transformatörün ikincil gerilimi kaç volt?
Sonuç/cevap: 44 V
| Kavram | Açıklama |
|---|---|
| Manyetik alan sabit kaldığı sürece endük | Manyetik alan sabit kaldığı sürece endüksiyon emk'si oluşmaz. |
| Transformatör yalnız alternatif akım ile | Transformatör yalnız alternatif akım ile çalışır. |
| Adım yükselticide Ns > Np olduğundan | Adım yükselticide Ns > Np olduğundan Vs > Vp olur. |
| Gerilim katlandığında güç korunumu gereğ | Gerilim katlandığında güç korunumu gereği akım aynı oranda azalır. |
| Uzak iletimde yüksek gerilim, I²R kaybın | Uzak iletimde yüksek gerilim, I²R kaybını düşürdüğü için tercih edilir. |
Sabit manyetik alanda da akım olduğunu sanmak: Yalnız değişen alan endüksiyon emk'si üretir.
Gerilim ile akımı aynı yönde değiştirmek: Güç sabitken gerilim artarsa akım azalır.
Transformatörün doğru akımla çalışabileceğini düşünmek: Değişmeyen manyetik alan ikincil sargıda emk doğurmaz.
Kayıbın I ile değil I² ile orantılı olduğunu unutmak: Hat kaybı akımın karesiyle artar; bu yüzden yüksek gerilim avantajlıdır.
Değişen manyetik alan bir bobinde endüksiyon emk'si üretir; alan sabitken emk oluşmaz. Transformatör bu ilkeyi kullanır ve gerilim oranını sargı sayıları belirler: Vp/Vs = Np/Ns. Güç yaklaşık sabit kaldığından gerilim arttıkça akım azalır; uzak iletimde yüksek gerilim kullanımı I²R kaybını belirgin biçimde düşürür.
Soru: Np = 800, Ns = 40 sargılı bir transformatöre Vp = 220 V uygulanıyor. (a) İkincil gerilimi, (b) çıkış gücü 440 W ise birincil akımı hesaplayınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: gerilim oranını kurması 3 puan; Vs = 220 · 40/800 = 11 V sonucunu bulması 5 puan; güç korunumundan Pp = 440 W olduğunu belirtmesi 2 puan; Ip = P/Vp = 440/220 = 2 A hesabını yapması 4 puan; birimleri doğru yazması 1 puan.
Bir bobinin içinden geçen manyetik alan değiştiğinde bobin uçları arasında bir elektromotor kuvvet (emk) oluşur ve devre kapalıysa endüksiyon akımı akar. Bu olaya elektromanyetik indüksiyon denir. Alan sabit kalırsa, yani değişmiyorsa emk oluşmaz; yalnız manyetik alanın artması ya da azalması, ya da bobinin alana göre…
Manyetik alan sabit kaldığı sürece endüksiyon emk'si oluşmaz.
Sabit manyetik alanda da akım olduğunu sanmak: Yalnız değişen alan endüksiyon emk'si üretir. Gerilim ile akımı aynı yönde değiştirmek: Güç sabitken gerilim artarsa akım azalır.
Gerilim oranı: Vp / Vs = Np / Ns · Güç korunumu: Vp · Ip ≈ Vs · Is · Akım oranı: Ip / Is = Ns / Np · Endüksiyon emk'si: E ∝ N · ΔΦ / Δt
Elektromanyetik indüksiyonun oluşum koşullarını açıklar. Endüksiyon emk'sinin bobin sayısı ve alan değişimiyle ilişkisini kurar. Transformatörde gerilim oranını sargı sayısıyla hesaplar.
Transformatörlerin çalışma ilkesini aşağıdakilerden hangisi oluşturur?
Doğru cevap: A) Elektromanyetik indüksiyon
Elektromanyetik indüksiyon kavramı Elektromanyetik İndüksiyon ve Transformatörler konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
Bobinin içinden geçen manyetik alan hiç değişmiyorsa endüksiyon emk'si için ne söylenebilir?
Doğru cevap: D) Emk sıfırdır
Endüksiyon için alanın değişmesi gerekir; ΔΦ/Δt sıfırsa emk de sıfırlanır.
Np = 200, Ns = 1000 ve Vp = 50 V ise transformatörün ikincil gerilimi kaç volt'tur?
Doğru cevap: C) 250
Sargı sayısı arttıkça gerilim artar. Vs = Vp·(Ns/Np) = 50·(1000/200) = 250 V bulunur. Doğru seçenek 250'dir. Oranı ters alan seçenekler 10'u, çarpan yerine bölen seçenekler 100'ü verir.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Fizik için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa Elektromanyetik İndüksiyon ve Transformatörler konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç