Faraday Yasası

Faraday kanunu

Faraday yasası

Michael Faraday (1791-1867),

İngiliz fizikçi ve kimyacı. Özellikle elektromanyetizma ve elektro kimya alanındaki çalışmalarıyla bilinen 19.yy’ın en önemli bilim insanlarından birisidir. Faraday bilimsel çalışmalarının çoğunu elektromanyetizma üzerine yapmıştır. Elektrolizin temellerini atmış aynı zamanda bugün indüksiyon teknolojisine sahip olmamızı sağlayan elektromanyetizma ilkelerini ortaya koymuştur. Elektrik enerjisini harekete (elektrik motoru), hareket enerjisini elektriğe (jeneratör) çeviren düzenekleri bulmasıyla tanınır.

Faraday, kapalı bir devre içinde bir mıknatıs gezdirilmesi halinde, mıknatıs hareket ettiği sürece devrede akım  olduğunu keşfetti. Bu etkiye “elektromanyetik indüksiyon” denir. Elektromanyetik indüksiyon etkisi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirme, yani jenarotör idi. Günümüzde barajlardan su gücüyle elektrik üretimi bu Faraday Yasası’ na dayanır.

Faraday Yasası (Faraday Kanunu) aynı zamanda Faraday’ ın İndüksiyon Kanunu olarak adlandırılır. Bu kanunu şu şekilde ifade edebiliriz: Bir bobinin sarımından bir akı geçtiğinde ortaya çıkan gerilim akının zamana göre değişim oranı ile doğru orantılı olur. Devrede anahtar kapatılırsa bobinde bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan daha sonra ikinci bobin de yeniden elektrik akımına dönüştürülür. Bundan dolayı sürekli bir elektrik akımı meydana getirilmiş  olur.

Faraday yasası, Maxwell denklemlerinden gelen temel bir ilişkidir. Değişen bir manyetik ortam tarafından bir voltajın (veya emk) üretilebilmesidir. Bir bobindeki indüklenen emk, manyetik akı değişim hızının negatifine, bobindeki dönüşlerin sayısına eşittir. Yükün manyetik alanla etkileşimini içerir. Hareket enerjisinden elde edilen bu elektrik akımının sürekliliğinin sağlanması günümüzde kullandığımız bir çok elektronik cihazın çalışma prensibi için önemlidir.

Faraday’ ın İndüksiyon Kanunu

Faraday tel bobin ile ilgili birçok deneyler yaparak gerilimin yani elektromotor kuvvetin indüklendiğini buldu. Bu kanun tek bir tel bobindeki elektromotor kuvvetin (EMK, ε) manyetik akı daki değişimin, zamanla değişiminin negatifine eşit olduğunu söylemiştir. Eğer telin birden çok bobin sarımı varsa sarımlarının sayısı ile çarpılır.

Faraday indüksiyon kanunu bir deneyle açıklayalım:

Tel bir halkayı ampermetreye bağlayalım. Bir mıknatıs bu tel halkaya doğru yaklaştırıldığında, ampermetrenin ibresinin saptığı görülür. Eğer mıknatıs halkadan uzaklaştırılırsa ampermetrenin ibresinin bu defa ters yönde saptığı görülür. Mıknatıs herhangi bir yöne hareket ettirilmez ise ibrede bir sapma görülmez. (Benzer etkiler mıknatıs sabit tutulup, tel halka hareket ettirilerek de sağlanabilir).

Bu gözlemlerden, halkanın mıknatısın hareketinden dolayı manyetik alanda oluşan değişikliği algıladığı sonucunu çıkarırız. Bu durumda akım ile değişen manyetik alan arasında bir ilişkinin var olduğu sonucuna varırız. Burada hiçbir batarya olmamasına rağmen devrede bir akımın başladığı görülmüştür. Bu akım indüklenmiş emk tarafından meydana getirildiği için bu akıma indüklenmiş akım denir. Faraday’ ın indüksiyon yasası şu şekilde özetlenebilir: Bir devrede indüklenen emk, devreden geçen manyetik akının zamanla değişimi ile doğru orantılıdır.

Faraday Yasası’ nın denklemi;

EMK = indüklenen gerilimi yada elektromotor kuvveti ifade eder.

N= telin sarım sayısıdır.

dφ_B = manyetik akıdaki değişimi

dt =  zamandaki değişim

dφ_B/dt =zamana göre akımın türevi

Negatif işaret indüklenen gerilimin yönünü verir. Lenz Kanun’ a göre gerilim veya akım kendisini meydana getiren indüklenmedeki değişime zıt yönde olmalıdır.

Faraday Kanunu Nerede Kullanılır?

Faraday Kanunu elektromanyetizmanın en önemli ve temel yasaları arasındadır. Faraday Kanunu elektromanyetizmanın uygulamalı olarak kullanılmasını sağlamıştır. Faraday Kanunu’nu aktif olarak kullandığımız cihazlar;  Elektrik makineleri, jeneratörler, indükleme akımını kullanarak çalışan ocaklar, trafolar ve elektrikli müzik aletleri (gitar, violin gibi) bunlara örnek gösterilebilir. Faraday Yasası  elektriksel makinelerin ve tıpta medikal alanın çoğunda uygulaya sahiptir.

Elektrik jeneratörleri:

Elektrik jeneratörlerinin çalışma prensibi Faraday Kanun’un karşılıklı indüksiyon kanunudur. Elektrik jeneratörü mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmede kullanılır.

Elektrik transformatörleri:

Akımı veya gerilim yavaş yavaş düşürmek veya yükseltmek için kullanılan statik bir AC cihazıdır. Bu cihaz enerji üreten istasyon, aktarım ve dağıtım sistemlerinde kullanılır. Trafo sistemlerinin çalışma ilkesi Faraday Yasası üzerine kuruludur.

Elektromanyetik akış ölçer:

Faraday Yasası belirli sıvıların ölçümü için kullanılır. Bir manyetik alan içinden akışkanın geçtiği elektriksel olarak yalıtkan olan boru ya uygulandığı zaman Faraday Yasası’na göre bir elektromotor kuvvet indükler. İndüklenen elektromotor kuvveti akan akışkanın hızı ile orantılıdır. Sıvı iletken olmalıdır.

İndüksiyon ocak:

Bu cihazların çalışma prensibi karşılıklı indüksiyon ilkesine göre çalışır. İndüksiyonlu ocak açık bir devreye benzer. Üzerine doğru kap konulduğunda devre tamamlanır ve kap ısı üretmeye başlar. Pişirme kabının altından geçen bakır tel boyunca akım geçtiği zaman, indüksiyonlu ocağın seramik yüzeyinin hemen altında bulunan bir elektromıknatıs değişen bir manyetik alan üretir. Bu da alternatif yada değişen manyetik alan bir elektromotor kuvveti indükler. Bundan dolayı iletken kapta akım meydana gelir. Oluşan bu akım devamlı ısı üretir.

Müzik aletleri: 

Faraday Kanunu elektro keman, elektro gitar gibi müzik aletlerinde de uygulanmaktadır. Oersted’ in keşfi, Ampere Yasası ve Gauss Yasası ile beraber Faraday Kanunu maxwell’in sentezi ile zirveye ulaşan elektromanyetik olgunun daha iyi anlaşılmasına sebep olmuştur.