Faraday Yasası – Lenz Kanunu

İndüksiyon yasası hayatımıza Faraday ile girmiş olsa da bu yasanın tamamlanması Lenz Kanunu ile olmuştur. Yazımızda bu iki bilim öncüsünün bulduklarının birbirleri ile ilişkisini ve uyumunu inceledik.

A- A+

18.12.2018 tarihli yazı 32074 kez okunmuştur.

Kimyasal yollardan elektrik üretiminin bilindiği fakat günümüzün teknolojisine yön veren elektromanyetizmanın yeni yeni keşfedilmeye başladığı zamanlarda Faraday birçok yeniliğin öncüsü olmuştur. Tüm bu çalışmaların mihenk taşı sayılabilecek yasa ise -ki bu yasa indüksiyon yasası olarak da bilinmektedir- tam da bu zamanlarda Faraday tarafından ortaya konulmuştur.

Michael Faraday

► İlginizi Çekebilir: Dış Yıldırımlık Sistemleri | Faraday Kafesi ve Paratoner

Faraday’ın gözlemlerine göre herhangi bir iletkende bir gerilim indüklemek için ortamda bir manyetik akı, bu sebeple bir manyetik alan olmalıydı. Bu bileşenlerle bir iletkende gerilim indüklenmesi mümkün olmalıydı fakat bulmak üzere olduğu yasa Faraday’ın ilk tahminlerinde bir eksiklik olduğunun göstergesiydi. Sabit bir manyetik alan kaynağı olan bir mıknatıs ve bir bakır iletken ile yaptığı deneydeki en büyük eksiklik manyetik alan kaynağı ile gerilim indüklenecek iletkenin birbirlerine göre göreceli hareketleriydi.

Şekil 1: Sabit Bir Mıknatıs ve İletken Tel

İletken ve mıknatıs aynı anda birbirlerine göre hareketsiz konumdaysalar bir gerilim indüklenmesinin mümkün olmadığı anlaşıldı. Ya iletken tel bir yere sabitlenip mıknatıs hareket ettirilecekti ya da mıknatıs sabit tutulup iletkenin hareket etmesi sağlanacaktı.

ε=(∂∅)/∂t (Denklemin ilk halidir) ifadesindeki diferansiyel denklem de tam olarak bunu ifade ediyordu.

İletkende bir gerilim indüklenmesi için iletkenin ve manyetik alan kaynağının birbirlerine göre göreceli bir hareket veya büyüklük içerisinde olmaları gerekir. Yani ya iletkenin ya da manyetik alanın yönünün veya büyüklüğünün zamana göre değişim göstermesi gerekmektedir. Bu temel prensipler sonradan alternatif akımla tekrar karşımıza çıkmıştır.

Şekil 2: Bir Mıknatısın Hareketi ile Gerilim İndüklenmesi

►İlginizi Çekebilir: Manyetik Motor Teorisi Nedir?

Tüm bu deneylere ve çıkarımlara rağmen Faraday’ın cevaplaması gereken bazı sorular vardı. Gerilimin nasıl indüklendiğini bulmuştu fakat gerilim polaritesi(yönü, kutbu) olan bir büyüklüktü ve hangi yönde veya ne büyüklükte indüklendiğini ve bu değerlerin hangi parametrelere bağlı olduğunu hala tam anlamıyla ortaya koymamıştı. Lenz tam olarak burada devreye girdi ve indüksiyon yasasının eksik olan son kısmını tamamlamıştı. Bir iletkende bir gerilim varsa iletkenin elektriksel direnç değerine bağlı olarak o dirençten bir akım akar ve bu akım bir manyetik alan oluşumuna sebep olur. Lenz’in gözlemlerine göre bir iletkende indüklenen gerilim sonucu o iletkende oluşan akımın oluşturduğu manyetik alan, aynı iletkende gerilimi indükleyen manyetik alana, zıt yönde bir manyetik alan oluşturur ve kendisini oluşturan kuvvete zıt bir kuvvetle karşılık verir. Bu olayın matematiksel biçimde ifade edilmesi için Faraday yasasında bir değişiklik yapılmalı ve ε=-(∂∅)/∂t olmalıdır. Eksi işareti bahsedilen zıtlığı simgeler ve indüklenen gerilimin yönünü belirler.

Şekil 3: Lenz Kanunu’na Göre Oluşan Manyetik Alanlar

Tıpkı bir dolabı veya bir arabayı itmeye çalıştığımızda uyguladığımız kuvvetin zıttı bir kuvvetle karşılaşmamız gibi bir iletkende gerilim indükleyen manyetik alan da aynı zıt etkiyle karşılaşır. Çoğumuzun etki–tepki kuvveti olarak bildiğimiz bu kural bir bakıma elektromanyetizmada da geçerlidir.