Manyetik akı (Φ = B·A·cos θ, weber); Faraday’ın indüksiyon yasası (ε = −N·ΔΦ/Δt) ve akı değişiminin yolları; Lenz yasası (indüksiyon akımı kendisini oluşturan değişime karşı koyar); jeneratörler ve alternatif akım (AC), frekans ve etkin değer, şebeke gerilimi 230 V – 50 Hz; doğru ve alternatif akım karşılaştırması; transformatörün yapısı ve çalışması (Vₛ/Vₚ = Nₛ/Nₚ), yükseltici ve alçaltıcı transformatörler, enerji iletiminde yüksek gerilim; indüksiyon ocağı, kablosuz şarj.
Manyetik akı ve indüksiyon
Manyetik akı (Φ): Bir yüzeyden geçen manyetik alan çizgilerinin miktarı
Φ = B · A · cos θ (B: manyetik alan, A: yüzey alanı, θ: alan ile yüzey normali arasındaki açı) · Birim: weber (Wb)
İndüksiyon (Faraday, 1831): Bir iletken halkadan geçen akı değişirse halkada indüksiyon gerilimi (emk) ve akımı oluşur.
ε = −N · ΔΦ / Δt (N: sarım sayısı)
- Akı değişimi için: Mıknatısı bobine yaklaştırmak/uzaklaştırmak, alanı değiştirmek, halkanın alanını veya açısını değiştirmek (döndürmek)
- Mıknatıs hareketsizse akım yoktur! Ne kadar hızlı değişirse, gerilim o kadar büyük olur.
Lenz yasası: İndüksiyon akımı, kendisini oluşturan akı değişimine karşı koyacak yönde oluşur (eksi işaretin anlamı) → enerjinin korunumunun sonucudur.
Jeneratör ve alternatif akım
Jeneratör (üreteç): Manyetik alan içinde döndürülen bobinde akı sürekli değişir ve alternatif gerilim üretilir → hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüşür (HES, rüzgâr türbini, termik santral).
Alternatif akım (AC): Yönü ve büyüklüğü periyodik olarak değişen akım (sinüs biçimli)
- Türkiye’de şebeke: 230 V (etkin değer), 50 Hz → akım saniyede 50 kez yön değiştirir (tam periyot 0,02 s).
- Tepe değer ≈ 230 · √2 ≈ 325 V
- Etkin değer: Aynı ısıyı üreten doğru akım değeri
| Doğru akım (DC) | Alternatif akım (AC) | |
|---|---|---|
| Yön | Sabit | Periyodik değişir |
| Kaynak | Pil, akü, güneş paneli | Jeneratör, şebeke |
| Gerilimi değiştirme | Zor | Transformatörle kolay |
Transformatörler
Transformatör: Alternatif akımın gerilimini yükselten veya düşüren araç
- Yapısı: Ortak demir çekirdek üzerine sarılmış birincil (primer, Nₚ) ve ikincil (sekonder, Nₛ) bobin
- Çalışması: Primerdeki AC çekirdekte değişen manyetik akı oluşturur → sekonderde indüksiyon gerilimi
- ⚠️ Doğru akımla çalışmaz (akı değişmez).
Bağıntılar (ideal): Vₛ / Vₚ = Nₛ / Nₚ · Pₚ = Pₛ → Iₛ / Iₚ = Nₚ / Nₛ
- Yükseltici: Nₛ > Nₚ (gerilim artar, akım azalır)
- Alçaltıcı: Nₛ < Nₚ (telefon şarj adaptörü 230 V → 5 V)
Enerji iletimi: Santrallerden şehirlere elektrik yüksek gerilimle (ör. 380 kV) iletilir; akım küçük olduğundan tellerdeki ısı kaybı (I²R) azalır. Şehre gelince alçaltıcı trafolarla 230 V’a düşürülür.
Günlük hayatta indüksiyon: İndüksiyon ocağı, kablosuz şarj, kartlı geçiş sistemleri, metal dedektörleri
Kavramlar
- manyetik akı
- yüzeyden geçen alan çizgisi miktarı
- indüksiyon
- akı değişimiyle akım oluşması
- alternatif akım
- yönü periyodik değişen akım
- transformatör
- AC gerilimini değiştiren araç
- etkin değer
- aynı ısıyı veren DC değeri
- Φ = B·A·cos θ (weber)
- Akı değişirse indüksiyon gerilimi oluşur: ε = −NΔΦ/Δt
- Lenz: indüksiyon akımı değişime karşı koyar
- Jeneratör döner bobinle AC üretir; şebeke 230 V – 50 Hz
- Transformatör: Vₛ/Vₚ = Nₛ/Nₚ, yalnız AC ile çalışır
- Yüksek gerilimle iletim ısı kaybını azaltır
Örnek soru ve çözümü
Bir transformatörün primerinde 1000, sekonderinde 50 sarım vardır. Primere 220 V uygulanırsa sekonder gerilimi kaçtır? Sekonder akımı 2 A ise primer akımı kaçtır (ideal)?
Vₛ = 220 · 50/1000 = 11 V (alçaltıcı). Pₛ = 11 · 2 = 22 W = Pₚ → Iₚ = 22/220 = 0,1 A.
Çözümlü örnekler
1. Mıknatıs bobinin içinde hareketsiz duruyorsa indüksiyon akımı oluşur mu? Kolay
ÇözümHayır; akı değişmediği için oluşmaz.
2. Grafiğe göre şebeke geriliminin periyodu ve frekansı nedir? Orta
ÇözümBir tam dalga 0,02 s sürer → T = 0,02 s, f = 50 Hz.
3. Elektrik neden yüksek gerilimle iletilir? Sayısal bir mantıkla açıklayınız. Zor
ÇözümAynı gücü taşırken gerilim 100 kat artırılırsa akım 100 kat azalır; tellerdeki ısı kaybı I²R olduğu için kayıp 10 000 kat azalır.
Sık yapılan hatalar
- Hareketsiz mıknatısın da akım oluşturduğunu sanmak.
- Transformatörün doğru akımla çalıştığını düşünmek.
- Yükseltici transformatörün gücü artırdığını sanmak (güç korunur).
Biliyor muydun?
Faraday 1831’de indüksiyonu keşfettiğinde bir politikacı “Bu ne işe yarar?” diye sormuş; Faraday’ın “Bir gün bundan vergi alacaksınız!” dediği anlatılır — bugün dünyadaki elektriğin çoğu bu ilkeyle üretiliyor!