Elektromanyetik alan

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara

Elektromanyetik alan, Elektrik alanı'ndan ve Manyetik alan'dan meydana gelir.[1]

Fizikte elektromanyetik alan elektrik yükü olan parçacıkların çevrelerinde yarattıkları ve diğer yüklü parçacıklar üzerinde kuvvet uygulayan bir etkidir. Bu kuvvet çekme itme veya aradaki doğruya dik yönde olabilir.

Dört temel nicelik[değiştir | kaynağı değiştir]

Elektromanyetik alan dört ayrı nicelikle tanımlanır. Bunlar E, D, H, B harfleriyle gösterilirler

E: Elektrik alanı

D: Elektrik akı yoğunluğu

H: Manyetik alan

B: Manyetik akı yoğunluğu

İrdeleme :H ve B nicelikleri mühendisler ve fizikçiler tarafından farklı farklı adlandırılır. Yukarıdaki tanım mühendislik tanımıdır. Fizikçiler ise B yi manyetik alan olarak, H ye yardımcı manyetik alan olarak tanımlamayı tercih ederler.

Birimler[değiştir | kaynağı değiştir]

Aşağıda gerek dört niceliğin gerekse geçirgenliklerin birim ve temel birim cinsinden birim karşılıkları gösterilmiştir.(A amper, kg kilogram,s saniye,m metre, V volt, C coulomb, T tesla, F farad, H henri )

Nicelik Birim Birim (SI Temel Birimlerle)
E V/m m•kg/(A•s3)
D C/m2 A•s/m 2
H A/m A/m
B T kg/(A•s 2)
ε F/m A 2 • s 4/(kg•m 3)
μ H/m kg•m/(A 2•s 2)

Maxwell denklemleri[değiştir | kaynağı değiştir]

(Ana madde Maxwell denklemleri)

18. ve 19. yüzyılda elektrik ve manyetizma alanında pek çok buluş yapılmıştı. Bu buluşlar İngiliz (İskoçyalı) bilim adamı James Clerk Maxwell (1831-1879) tarafından derlendi. Maxwell yasaları dört tanedir.Ama bu yasalar aynı zamanda bu yasaları geliştirenlerin adıyla da bilinir.

1. Gauss yasası (elektrik alan için)[değiştir | kaynağı değiştir]

\nabla \cdot \mathbf{D} = \rho

Alman bilim adamı Carl Friedrich Gauss’un (1767-1855) bu yasası aslında Fransız bilim adamı Charles Augustin de Coulomb’un (1736-1806) iki elektrik yükü için geliştirdiği yasanın genelleştirilmiş halidir. Bu denklemde ρ ile elektrik yük yoğunluğu gösterilmiştir.(C/m3) Yasaya göre,içinde elektrik yük olan bir hacmin duvarlarından geçen elektrik akısının (D) toplamının elektrik yüke eşit olduğu belirtilmektedir.

2. Gauss yasası (manyetik alan için)[değiştir | kaynağı değiştir]

\nabla \cdot \mathbf{B} = 0

Bu yasada elektrik alan yasasının manyetik alana uygulanmış halidir. Ne var ki, manyetik kutuplar daima çift çift bulunurlar. İzole edilmiş bir manyetik kutup bulmak mümkün olmadığından, herhangi bir hacim içersinde artı kutup ve eksi kutbun etkileri birbirlerini ortadan kaldırır. Sonuç olarak hacmin duvarlarından net akı geçişi olmaz.

3. Faraday yasası[değiştir | kaynağı değiştir]

\nabla \times \mathbf{E} = -\frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t}

İngiliz bilim adamı Michael Faraday (1791-1867) tarafından geliştirilen bu yasaya göre manyetik alandaki değişiklik elektrik alan meydana getirir.

4. Ampere yasası[değiştir | kaynağı değiştir]

\nabla \times \mathbf{H} =  \mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t}

Fransız bilim adamı Andre Marie Ampere'in (1775-1836) daha sonra Maxwell tarafından revize edilmiş bu denleminde J akım yoğunluğu, yani iletkenin birim kesit alanından akan akımdır. Yasaya göre, manyetik alanı iki unsur meydana getirir; bir iletkenden akım geçmesi ve elektrik alanının değişikliği.

(Bu yasaların integral hali için Maxwell denklemleri maddesine bakınız)

Geçirgenlik[değiştir | kaynağı değiştir]

Dört nicelik birer katsayı ile ikiye indirilebilir.

\mathbf{D}= \varepsilon \cdot \mathbf{E}
\mathbf{B}= \mu \cdot \mathbf{H}

(İkinci ilişki manyetize olmamış maddeler için geçerlidir.)

Burada ε elektrik geçirgenlik (dielektrik sabit,permittivity) ve μ da manyetik geçirgenliktir (permeability) .

Elektrik geçirgenlik değeri boşlukta

\varepsilon_0 \approx  8.854 187 817\cdot 10^{-12}

(0 altsimgesi boşluktaki değer anlamına gelir.)

Elektromanyetik dalga[değiştir | kaynağı değiştir]

Boşlukta, yani elektrik yük ve akımlarının uzağında, Maxwell denklemlerindeki iki nicelik yani ρ ile gösterilen yük yoğunluğu ve J ile gösterilen akım yoğunluğu 0 a eşit olur.Bu durumda , Birinci denklemin sağ tarafı da 0 a eşitlenir. Ayrıca, diğer iki denklem de simetrik hale gelir.

\nabla \times \mathbf{E} = -\frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t}=-\mu_0 \cdot\frac {\partial \mathbf{H}}{\partial t}
\nabla \times \mathbf{H} = \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t} =\varepsilon_0\cdot\frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}

Bu durum Işık (ve gözün göremediği diğer radyasyonu) ifade etmektedir.Bu sebeple gerek ışık, gerekse gözün göremediği diğer radyasyon elektromanyetik dalga olarak nitelendirilir. Elektromanyetik dalgada elektrik ve manyetik alanlar birbirlerine ve ışığın gidiş yönüne diktirler.Basitleştirerek örneklemek gerekirse, kartezyen koordinatlarda polarize edilmiş ışık x ekseni boyunca yol alırken, elektrik alanı y ekseni üzerinde ve manyetik alan da z ekseni üzerindedir. Bu sebepten, ışığın sürati ve iki geçirgenlik katsayısı arasında bir ilişki kumak mümkündür.

Buna göre μ atanmış, yani değeri ε ye dayandırılmış bir katsayıdır. Elektrik ve manyetik geçirgenlik ile ışık hazı arasında şu ilişki vardır:

\mathbf{c} = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \cdot \varepsilon_0}}

Burada c ışık hızıdır.

\mathbf{c} = 299 792 458 \mbox{ m/s}

olduğundan,

\mu_0= \frac{1}{c^2\cdot \varepsilon_0} \approx 1.25664\cdot 10^{-6}

Yaklaşık değerler[değiştir | kaynağı değiştir]

Fazla duyarlı olmayan hesaplar için bazı yaklaşık değerler alınabilir:

 c\approx 3\cdot 10^8
\mu_0\approx 4\cdot\pi\cdot 10^{-7}
\varepsilon_0 \approx \frac{10^{-9}}{36\cdot \pi}

Madde içinde geçirgenlik[değiştir | kaynağı değiştir]

Dielektrik madde içinde elektrik geçirgenlik boşluktakinden, daha büyük değerler alır. Çeşitli maddeler içindeki geçirgenlik değerleri tablolar halinde hazırlanmıştır. Ancak uygulamada boyutsuz bağıl geçirgenliği bilmek yeterlidir.

\varepsilon= \varepsilon_r \cdot \varepsilon_0

Burada ε madde içinde geçirgenlik, εr bağıl gheçirgenlik ve ε0 da boşluktaki geçirgenliktir. Mesela plastik maddelerde bağıl elektrik geçirgenlik 5 dolaylarındadır.

Manyetik geçirgenlik te madde içinde boşluktakinden farklı değerler alabilir. Bu değerler paramanyetik maddelerde büyük, ferromanyetik maddelerde çok büyük, diyamanyetik maddelerde ise boşluktakinden küçüktür. Mesela demir için bağıl manyetik geçirgenlik 5000 i geçebilir.Manyetik geçirgenlik için de bağıl değer gösterimi vardır.

\mu= \mu_r \cdot \mu_0

Kırılma indisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Işığın kırılması ile ilgili katsayı kırılma indisidir. Kırılma indisi şu şekilde verilir:

n =\sqrt{\frac{\varepsilon \cdot\mu}{\varepsilon_0 \cdot \mu_0}}= \sqrt{\varepsilon_r\cdot \mu_r}

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Fransızca Vikipedi Onde électromagnétique maddesi

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]