Elektromanyetik indüksiyon deneyinde bir mıknatısı bobinin içine sokup çıkarırsınız ve bobin uçlarında küçük bir gerilim oluşur. Bu gerilimi multimetrenin 200 mV kademesinde ölçersiniz. Sarım sayısı ve mıknatısın hızı arttıkça ölçülen gerilim de artar; mıknatıs dururken gerilim sıfırdır. Deney pil ya da priz gerektirmez.
Bu yazı, fen ve fizik dersinde elektromanyetik indüksiyon konusunu deneyle göstermek isteyen ortaokul, lise ve meslek lisesi öğrencileri için hazırlandı. Bir bobin ve bir mıknatısla elektrik üretmeyi, oluşan gerilimi multimetreyle ölçmeyi ve sonucu Faraday yasasıyla açıklamayı adım adım anlatıyoruz. Deney pil ya da priz gerektirmez.
Elektromanyetik indüksiyon nedir?
Elektromanyetik indüksiyon, bir iletkenin içinden geçen manyetik alan değiştiğinde iletkende gerilim oluşması olayıdır. Bu olayı 1831'de Michael Faraday deneylerle göstermiştir. Burada önemli kelime "değişim"dir: mıknatıs bobinin içinde hareketsiz dururken gerilim oluşmaz.
Bu ilke günlük hayatta pek çok yerde çalışır. Santrallerdeki jeneratörler, bisiklet dinamoları, kablosuz şarj cihazları ve indüksiyonlu ocaklar indüksiyonla çalışır. Transformatörler de aynı ilkeyle gerilimi değiştirir; ayrıntısını trafo nedir yazısında anlattık.
Faraday yasası basitçe ne söyler?
Faraday yasası, bobinde oluşan gerilimin sarım sayısı ve manyetik alanın değişme hızıyla orantılı olduğunu söyler. Formülü ε = −N × ΔΦ / Δt biçiminde yazılır. Burada ε oluşan gerilim, N sarım sayısı, ΔΦ manyetik akıdaki değişim, Δt ise bu değişimin süresidir.
Manyetik akıyı, bobinin içinden geçen manyetik alan çizgilerinin miktarı gibi düşünebilirsiniz. Mıknatıs bobine yaklaşınca akı artar, uzaklaşınca azalır. Formüldeki eksi işareti Lenz yasasından gelir: oluşan akım, kendisini oluşturan değişime karşı koyacak yönde akar. Bu yüzden mıknatıs bobine girerken ve çıkarken multimetrede ters işaretli değerler görürsünüz.
Deney için hangi malzemeler gerekir?
Deney için bir bobin teli, güçlü bir mıknatıs, bir multimetre ve bağlantı kabloları yeterlidir. Malzeme listesi aşağıdaki tabloda:
| Malzeme | Adet | Ne işe yarar? |
|---|---|---|
| 24AWG tek damarlı montaj kablosu (10 m) | 1 | Boru üzerine sarılarak bobin olur |
| 10x20 mm neodyum mıknatıs | 1-2 | Bobinin içinde hareket ederek manyetik alanı değiştirir |
| DT-830D dijital multimetre | 1 | Oluşan gerilimi milivolt (mV) olarak ölçer |
| Krokodil kablo seti | 2 | Bobin uçlarını multimetre problarına bağlar |
| Karton ya da kâğıt boru, bant, cetvel | 3 | Bobin gövdesi ve ölçüm düzeneği |
Montaj kablosunun üzeri plastik kaplıdır. Bu yüzden emaye telde olduğu gibi uçları zımparalamanız gerekmez; yalnızca 1 cm soymanız yeter. Mıknatısların özelliklerini neodyum mıknatıs nedir yazısında bulabilirsiniz.
İndüksiyon deneyi adım adım nasıl yapılır?
İndüksiyon deneyi, bobini multimetreye bağlayıp mıknatısı bobinin içinde hareket ettirerek yapılır. Aşağıdaki sırayı izleyin:
- Boruyu hazırlayın: Kalın bir keçeli kalemin gövdesine kâğıt sarıp bantlayın. Kalemi çıkarın. Mıknatıs boruda rahatça kaymalı. Aynı ölçüde 3 boru yapın.
- Bobinleri sarın: Kablonun ucundan 15 cm boşta bırakın. Birinci boruya 20, ikinciye 40, üçüncüye 80 tur sarın. Turları sayarak sarın ve uçları bantla sabitleyin.
- Uçları soyun: Her bobinin iki ucundan 1 cm plastik kaplamayı soyun.
- Multimetreyi ayarlayın: Kırmızı probu VΩmA, siyah probu COM girişine takın. Kademe anahtarını DC V bölümündeki 200m konumuna getirin.
- Bağlayın: Krokodil kablolarla bobinin bir ucunu kırmızı, diğer ucunu siyah proba bağlayın.
- Deneyin: Mıknatısı bobinin içine hızlıca sokun ve ekrana bakın. Sonra hızlıca çıkarın. İki hareketin işaretini (+ ya da −) not edin.
- Tekrarlayın: Her denemeyi 5 kez yapın ve ekranda gördüğünüz en büyük değeri tabloya yazın.
Dijital multimetre saniyede yalnızca birkaç ölçüm alır. Hızlı hareketlerde tepe değeri kaçırabilir; 5 tekrar bu yüzden önemlidir. Okul laboratuvarında galvanometre varsa onu da kullanın; ibresinin iki yöne sapması Lenz yasasını çok iyi gösterir. Multimetre kullanımını multimetre nasıl kullanılır yazısında ayrıntılı anlattık.
Hangi değişkenleri deneyebilirsiniz?
Bu deneyde en kolay değiştirilebilen değişkenler sarım sayısı, mıknatısın hızı ve mıknatıs sayısıdır. Her seferinde yalnızca bir değişkeni değiştirin, diğerlerini sabit tutun:
| Değişken | Nasıl değiştirilir? | Beklenen sonuç |
|---|---|---|
| Sarım sayısı | 20, 40 ve 80 turluk bobinler | Tur arttıkça gerilim artar (yaklaşık orantılı) |
| Mıknatısın hızı | Yavaş ve hızlı hareket; ya da 5, 10, 20 cm yükseklikten borudan düşürme | Hız arttıkça tepe gerilimi artar |
| Mıknatıs gücü | 1 mıknatıs, sonra 2 mıknatıs üst üste | Güçlü alan daha büyük gerilim verir |
| Hareket yönü | Sokma ve çıkarma | Gerilimin işareti ters döner |
| Hareketsiz mıknatıs | Mıknatısı bobinin içinde bekletme | Gerilim sıfır olur |
Elle hareket ettirilen tek bir mıknatıs, yaklaşık birkaç milivolt ile birkaç on milivolt arasında gerilim üretir. Tam değer bobine, mıknatısa ve hıza göre değişir. Sabit tutmanız gerekenler: aynı boru çapı, aynı multimetre kademesi ve aynı mıknatıs.
Daha büyük gerilim görmek isterseniz bir 3-5V el jeneratörü (dinamo) kullanın. Dinamonun içinde de bobin ve mıknatıs vardır; kolu çevirince aynı ilke birkaç volt üretir. Bu durumda multimetreyi 20 V kademesine alın.
Hangi güvenlik kurallarına dikkat edilmeli?
Bu deney priz ve pil kullanmadığı için güvenlidir, ama neodyum mıknatıslar dikkat ister. Şu kurallara uyun:
- Bobini asla prize (220V) bağlamayın. Şebeke elektriği öldürücüdür; deney için gerekmez.
- Neodyum mıknatıslar birbirine çok hızlı yapışır ve parmağı sıkıştırabilir. İki mıknatısı yavaşça birleştirin.
- Mıknatısları telefon, banka kartı ve kalp pili kullanan kişilerden uzak tutun. Küçük çocukların erişemeyeceği yerde saklayın; yutulması tehlikelidir.
- Bobini bir pile doğrudan bağlamayın. Bu bir kısa devredir; tel ve pil ısınır.
- Multimetrenin pili bitince ekran soluklaşır. Eski pili atık pil kutusuna atın.
- Kablo soymak için maket bıçağı yerine kablo soyucu kullanın; gerekirse bir yetişkinden yardım isteyin.
Ödevinizi nasıl sunarsınız?
Ödevinizi bir soru, bir hipotez, ölçüm tablosu ve grafikle sunarsanız konu bir bakışta anlaşılır. Örnek bir kurgu şöyle olabilir:
- Araştırma sorusu: "Bobinin sarım sayısı, oluşan gerilimi nasıl etkiler?"
- Hipotez: "Sarım sayısı iki katına çıkarsa ölçülen gerilim de yaklaşık iki katına çıkar."
- Ölçüm: 20, 40 ve 80 turluk bobinlerde aynı hareketi 5'er kez yapın; en büyük değerleri ve ortalamayı tabloya yazın.
- Grafik: Yatay eksene sarım sayısını, dikey eksene gerilimi (mV) koyun.
- Sonuç: Noktalar düz bir çizgiye yakınsa hipoteziniz desteklenir. Sapmaları elle yapılan hareketin hızının değişmesiyle açıklayın.
Sunumda mıknatısı bobinde hareketsiz bekletip ekranın sıfır gösterdiğini canlı gösterin. Bu, "elektriği mıknatıs değil, değişim üretir" fikrini en iyi anlatan andır. Diğer mıknatıs çeşitlerine mıknatıs kategorisinden bakabilirsiniz.
Sık sorulan sorular
Mıknatıs bobinin içinde dururken neden gerilim oluşmaz?
Mıknatıs dururken bobinden geçen manyetik akı değişmez, bu yüzden gerilim oluşmaz. Faraday yasasına göre gerilimi alanın kendisi değil, alandaki değişim üretir. Mıknatısı ya da bobini hareket ettirdiğiniz anda akı değişir ve ekranda bir değer görürsünüz. Hareket durunca değer yeniden sıfıra iner.
Multimetrede neden eksi değer görüyorum?
Eksi değer, akımın ters yönde aktığını gösterir ve tamamen normaldir. Lenz yasasına göre mıknatıs girerken ve çıkarken oluşan gerilimler zıt işaretlidir. Mıknatısın kutbunu çevirirseniz ya da probların yerini değiştirirseniz işaretler de yer değiştirir. Bu farkı not etmek, deneyinize ikinci bir gözlem ekler.
Emaye tel yerine normal kablo kullanılabilir mi?
Evet, plastik kaplı ince montaj kablosu da bobin olarak çalışır. Önemli olan, telin her turunun yalıtılmış olmasıdır; böylece akım turlar arasından kısa yol bulamaz. Plastik kaplama emayeden kalın olduğu için aynı uzunlukta daha az tur sarabilirsiniz. Ölçüm için bu bir sorun değildir, yalnızca turları dikkatle sayın.
Bu deneyle bir LED yakabilir miyim?
Elle hareket ettirilen tek mıknatıs ve birkaç on turluk bobinle genellikle hayır. LED'in yanması için yaklaşık 2 V gerekir, bu deney ise milivolt düzeyinde gerilim üretir. LED yakmak için yüzlerce turluk bobin ve çok hızlı hareket gerekir. Daha kolay yol, kolu çevrilen küçük bir dinamo kullanmaktır.
Bu deney hangi sınıf seviyesine uygundur?
Deney ortaokuldan meslek lisesine kadar her seviyeye uygundur; yalnızca anlatımın derinliği değişir. Ortaokulda "hareket eden mıknatıs elektrik üretir" gözlemi yeterlidir. Lisede Faraday ve Lenz yasalarıyla ölçüm tablosu ve grafik eklenir. Meslek lisesinde jeneratör ve transformatör örnekleriyle bağlantı kurulabilir. Her seviyede aynı malzemeler yeterlidir.
Özet
- Elektromanyetik indüksiyon, bobindeki manyetik alan değiştiğinde gerilim oluşmasıdır.
- Faraday yasasına göre gerilim, sarım sayısı ve değişim hızıyla artar.
- Mıknatıs girerken ve çıkarken gerilimin işareti ters döner (Lenz yasası); mıknatıs dururken gerilim sıfırdır.
- Ölçüm için multimetreyi DC V 200 mV kademesine alın ve her denemeyi 5 kez tekrarlayın.
- Deney priz ve pil gerektirmez; neodyum mıknatısları dikkatli kullanın.