Elektromıknatıs

Düz akım taşıyan bir iletkenin uzunluğu boyunca tüm noktalarda kendi etrafında dairesel bir manyetik alan oluşturduğunu ve bu manyetik alanın dönüş yönünün iletkenden geçen akımın yönüne bağlı olduğunu artık önceki derslerden biliyoruz, Sol El Kuralı.

Elektromanyetizma hakkındaki son derste, iletkeni tek bir döngüye bükersek akımın döngü boyunca zıt yönlerde akacağını ve yan yana saat yönünde ve saat yönünün tersine bir alan oluşturduğunu gördük. Elektromıknatıs bu prensibi, tek bir bobin üretmek için manyetik olarak birleştirilen birkaç ayrı döngüye sahip olarak kullanır.

Elektromıknatıslar temel olarak, bir elektrik akımı bobinden geçtiğinde belirgin bir kuzey ve güney kutbuna sahip çubuk mıknatıslar gibi davranan tel bobinlerdir. Her bir bobin döngüsü tarafından üretilen statik manyetik alan, bobinin merkezindeki son derste baktığımız tek tel döngü gibi konsantre birleşik manyetik alan ile komşusu ile toplanır. Bir ucunda bir kuzey kutbu ve diğer ucunda bir güney kutbu bulunan ortaya çıkan statik manyetik alan, tekdüzedir ve bobinin merkezinde, dışına göre çok daha güçlüdür.

Elektromıknatıs Çevresindeki Kuvvet Çizgileri

Elektromıknatıs
Elektromıknatıs Çevresindeki Kuvvet Çizgileri

Bunun ürettiği manyetik alan, akı bobinde akan akım miktarıyla orantılı olacak şekilde belirgin bir kuzey ve güney kutbu veren bir çubuk mıknatıs şeklinde gerilir. Aynı bobin üzerine aynı akım akan ilave tel katmanları sarılırsa, manyetik alan gücü artacaktır.

Bundan dolayı, herhangi bir manyetik devrede mevcut olan akı miktarının, içinden geçen akımla ve bobin içindeki tel sarımlarının sayısıyla doğru orantılı olduğu görülebilir. Bu ilişkiye Magneto Motive Force veya m.m.f denir. ve şu şekilde tanımlanır:

Elektromıknatıs
Magneto Motive Force

Manyetomotor kuvvet, N dönüşlü bir bobinden akan bir akım olarak ifade edilir. Bu nedenle, bir elektromıknatısın manyetik alan gücü, bobinin amper dönüşleri ile belirlenir ve bobinde daha fazla tel dönüşü ile manyetik alanın gücü o kadar büyük olur.

Elektromıknatısın Manyetik Gücü

Artık iki bitişik iletkenin akım taşıdığını biliyoruz, manyetik alanlar akımın akış yönüne göre kurulur. İki alanın sonuçta ortaya çıkan etkileşimi, iki iletken tarafından mekanik bir kuvvetin deneyimlendiği şekildedir.

Akım aynı yönde (bobin aynı tarafında) akarken, iki iletken arasındaki alan zayıftır ve yukarıda gösterildiği gibi bir çekim kuvvetine neden olur. Aynı şekilde, akım zıt yönlerde akarken aralarındaki alan yoğunlaşır ve iletkenler itilir.

İletken etrafındaki bu alanın yoğunluğu, en güçlü noktanın iletkenin yanında olduğu ve iletkenden uzaklaştıkça giderek zayıfladığı mesafeyle orantılıdır. Tek bir düz iletken durumunda, akan akım ve ondan olan mesafe, alanın yoğunluğunu yöneten faktörlerdir.

Bu nedenle, uzun düz akım taşıyan bir iletkenin “Manyetik Alan Gücünü”, bazen “Mıknatıslama Kuvveti” olarak adlandırılan H’yi hesaplama formülü, içinden akan akımdan ve ondan olan mesafeden türetilir.

Elektromıknatıslar için Manyetik Alan Gücü

Elektromıknatıs

H – manyetik alanın amper-dönüş/metre cinsinden gücü, At/m
N – bobinin dönüş sayısı
I – bobinden amper cinsinden akan akımdır, A
L – bobinin metre cinsinden uzunluğudur, m
Daha sonra özetlemek gerekirse, bir bobinin manyetik alanının gücü veya yoğunluğu aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

  • Bobin içindeki telin dönüş sayısı.
  • Bobinde akan akım miktarı.
  • Çekirdek malzeme türü.

Elektromıknatısın manyetik alan gücü aynı zamanda kullanılan çekirdek malzemesinin tipine de bağlıdır. Çünkü çekirdeğin ana amacı manyetik akıyı iyi tanımlanmış ve tahmin edilebilir bir yolda yoğunlaştırmaktır. Şimdiye kadar sadece hava çekirdekli (içi boş) bobinler düşünülmüştür. Ancak çekirdeğe (bobin merkezi) başka malzemelerin eklenmesi manyetik alanın gücü üzerinde çok büyük bir kontrol etkisine sahiptir.

Elektromıknatıs

Malzeme, örneğin ahşap gibi manyetik değilse, çok düşük geçirgenlik değerlerine sahip oldukları için hesaplama amaçlı olarak boş alan olarak kabul edilebilir. Bununla birlikte, çekirdek malzemesi demir, nikel, kobalt veya bunların alaşımlarının herhangi bir karışımı gibi Ferromanyetik bir malzemeden yapılmışsa, bobin etrafındaki akı yoğunluğunda önemli bir fark gözlenecektir.

Ferromanyetik malzemeler, manyetize olabilen ve genellikle yumuşak demir, çelik veya çeşitli nikel alaşımlarından yapılan malzemelerdir. Bu tür malzemenin bir manyetik devreye sokulması, manyetik akıyı yoğunlaştırma ve onu daha yoğun ve yoğun hale getirme etkisine sahiptir ve bobindeki akımın yarattığı manyetik alanı güçlendirir.

Bunu büyük bir yumuşak demir çivinin etrafına bir tel bobini sararak ve gösterildiği gibi bir pile bağlayarak kanıtlayabiliriz. Bu basit sınıf deneyi, büyük miktarda klips veya pim almamızı sağlar ve bobine daha fazla dönüş ekleyerek elektromıknatısı daha güçlü hale getirebiliriz. Manyetik alanın ya içi boş bir hava çekirdeği tarafından ya da çekirdeğe ferromanyetik malzemelerin eklenmesiyle oluşan bu yoğunluk derecesine Manyetik Geçirgenlik denir.

Elektromıknatısların Geçirgenliği

Elektromıknatısta aynı fiziksel boyutlara sahip farklı malzemelerden çekirdekler kullanılıyorsa, mıknatısın gücü kullanılan çekirdek malzemeye göre değişecektir. Manyetik kuvvetteki bu değişiklik, merkezi çekirdekten geçen akı çizgilerinin sayısından kaynaklanmaktadır. manyetik malzeme yüksek bir geçirgenliğe sahipse, o zaman akı çizgileri kolayca oluşturulabilir ve merkezi çekirdekten geçebilir ve geçirgenlik (μ) ve bu çekirdeğin manyetize edilebilme kolaylığının bir ölçüsüdür.

Bir vakumun geçirgenliği için verilen sayısal sabit şu şekilde verilir: μo = 4.π.10-7 H/m ile boş alanın (vakum) göreli geçirgenliği genellikle bir olarak verilir. Geçirgenlikle ilgili tüm hesaplamalarda referans olarak kullanılan bu değerdir ve tüm malzemelerin kendine özgü geçirgenlik değerleri vardır.

Sadece farklı demir, çelik veya alaşım çekirdeklerin geçirgenliğini kullanmanın sorunu, ilgili hesaplamaların çok büyük olabilmesi ve bu nedenle malzemeleri göreceli geçirgenliklerine göre tanımlamanın daha uygun olmasıdır.

Bağıl Geçirgenlik, sembol μr, μ (mutlak geçirgenlik) ile μo boş uzayın geçirgenliğinin çarpımıdır ve olarak verilir.

Bağıl Geçirgenlik

Elektromıknatıs

Geçirgenliği boş uzayınkinden (vakum) biraz daha az olan ve manyetik alanlara karşı zayıf, negatif duyarlılığa sahip malzemelere, su, bakır, gümüş ve altın gibi doğaları gereği Diamagnetic denir. Geçirgenliği boş uzayınkinden biraz daha fazla olan ve kendilerinin bir manyetik alan tarafından çok az çekildiği bu malzemeler, gazlar, magnezyum ve tantal gibi doğaları gereği Paramanyetik olarak adlandırılırlar.

Elektromıknatıs Örneği

Yumuşak bir demir çekirdeğin mutlak geçirgenliği 80 milli-henries/m (80.10-3) olarak verilir. Eşdeğer bağıl geçirgenlik değerini gelin hesaplayalım.

Elektromıknatıs

Çekirdekte ferromanyetik malzemeler kullanıldığında, alan kuvvetini tanımlamak için nispi geçirgenliğin kullanılması, kullanılan farklı malzeme türleri için manyetik alanın kuvveti hakkında daha iyi bir fikir verir. Örneğin, bir vakum ve havanın göreli geçirgenliği birdir ve bir demir çekirdek için 500 civarındadır, bu nedenle bir demir çekirdeğin alan gücünün eşdeğer bir içi boş hava bobininden 500 kat daha güçlü olduğunu söyleyebiliriz ve bu ilişki çok daha fazladır. 0.628×10-3 H/m’den daha kolay anlaşılır, ( 500.4.π.10-7).

Havanın geçirgenliği yalnızca bir olabilirken, bazı ferrit ve permalloy malzemelerin geçirgenliği 10.000 veya daha fazla olabilir. Bununla birlikte, manyetik akı arttıkça çekirdek yoğun bir şekilde doygun hale geldiğinden tek bir bobinden elde edilebilecek manyetik alan kuvveti miktarına ilişkin sınırlar vardır.