11. Sınıf Fizik: Elektrik, Manyetizma ve İndüksiyon Özeti

1. Elektriksel Kuvvet ve Elektriksel Alan (11.2.1 – 11.2.3)

Coulomb yasasına göre durgun iki noktasal yük arasındaki kuvvet, yüklerin çarpımıyla doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Aynı cins yükler birbirini iter, zıt cins yükler çeker.

F = k·q₁·q₂ / d² (k = 9·10⁹ N·m²/C²)

Elektriksel alan, yüklü bir cismin çevresinde başka yüklere kuvvet uygulanan bölgedir. Alan şiddeti birim pozitif yüke etki eden kuvvettir. Alan çizgileri + yükten çıkar, − yüke girer.

E = F / q ve noktasal yük için E = k·Q / d²

• E vektörel bir büyüklüktür; birimi N/C'dur.
• Birden fazla yükün oluşturduğu alan, her yükün alanının vektörel toplamıdır.
• Alan şiddeti yükten uzaklaştıkça uzaklığın karesiyle azalır.
• Pozitif yük alan yönünde, negatif yük alana zıt yönde kuvvet görür.

Faraday kafesi: İletken bir kafesin veya metal kutunun iç kısmında dış elektriksel alanın etkisi yoktur. Kullanım alanları: yıldırımdan korunma (paratoner, araç içi), asansör ve uçak gövdesi, hassas elektronik cihazların kutuları, bazı kablo yalıtım örgüleri.

Çözümlü örnek: 2 µC ve 3 µC'luk iki yük 3 m arayla duruyor. F = 9·10⁹·2·10⁻⁶·3·10⁻⁶ / 3² = 9·10⁹·6·10⁻¹² / 9 = 6·10⁻³ N olur. Yükler aynı cinsse kuvvet itme yönündedir. Sık hata: µ (10⁻⁶) çevirisini unutmak.

2. Mıknatıslar ve Akım Taşıyan İletkenlerin Manyetik Alanı (11.2.4 – 11.2.7)

Mıknatısların aynı kutupları birbirini iter, farklı kutupları çeker. Manyetik alan çizgileri mıknatısın dışında N kutbundan çıkıp S kutbuna girer, içinde S'den N'ye kapalı eğriler oluşturur. Çizgilerin sık olduğu yerde alan şiddeti büyüktür. Bir mıknatıs ikiye bölünürse her parça yine iki kutuplu olur; kutuplar ayrılamaz.

Oersted deneyi: Akım geçen iletken telin çevresinde manyetik alan oluşur. Düz telde alan çizgileri telin çevresinde eş merkezli çemberlerdir. Yön, sağ el kuralıyla bulunur: Sağ elin başparmağı akım yönünü gösterirse, kıvrılan dört parmak manyetik alanın yönünü gösterir.

Düz tel: B = k·i / d (k = 2·10⁻⁷ T·m/A)

• B, akım şiddeti i ile doğru, telden uzaklık d ile ters orantılıdır.
• Manyetik alanın birimi tesla (T)'dır.
• Akımın yönü değişirse alanın yönü de değişir.

Akım makarası (bobin): Merkez ekseninde alan, sarım sayısı N ve akımla doğru, makara uzunluğuyla ters orantılıdır. Alan yönü, sağ elin dört parmağı akım yönünde kıvrıldığında başparmağın gösterdiği yöndür (başparmak N kutbunu gösterir). Çembersel tek halkanın merkezinde B = π·k·i / r (k = 2·10⁻⁷ T·m/A için; yani B = μ0·i / 2r), makaranın eksende ise B ∝ N·i / ℓ ilişkisi kullanılır.

B = π·k·N·i / r (N sarımlı çembersel halka merkezi; k = 2·10⁻⁷ T·m/A)

Elektromıknatıs: Makaranın içine yumuşak demir çekirdek konulursa alan çok artar; akım kesilince manyetik etki büyük oranda kaybolur. Alan, sarım sayısı ve akım artırılarak güçlendirilir. Kullanım alanları: vinçler (hurda kaldırma), elektrik motoru, zil, hoparlör, röle, MR cihazı, hızlı trenler.

Çözümlü örnek: 5 A akım taşıyan düz telden 10 cm uzaktaki noktada B = 2·10⁻⁷·5 / 0,1 = 10⁻⁵ T olur. Sık hata: uzaklığı cm olarak yerine koymak; metreye çevirmelisiniz.