Elektromanyetizma 1

Elektromanyetizma

Elektromanyetizma

•• Elektrik•• Manyetizma

Elektromanyetizma elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan kuvvet'tir. Bu etkileşimingerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri,elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütle çekim kuvvetidir.Elektromanyetizma, yerçekimi dışında, günlük yaşamda karşılaşılan hemen hemen tüm fenomenlerden sorumluetkileşimdir. Olağan madde, formunu her bir molekülünün arasındaki intermoleküler güçün bir sonucu olarak alır.Elektronlar atom çekirdeklerinin etrafındaki orbitallerde elektromanyetik dalga mekaniği tarafından moleküllerininyapı taşları olan atomları oluşturmak için bağlı tutulurlar. Bu, kimyada, komşu atomların elektronları arasındakietkileşimden doğan süreçleri yönetir. Atomlar arasındaki komşuluk, sırasıyla, elektronların elektromanyetikkuvvetleri ve momentumları tarafından belirlenir.Elektromanyetizma, elektrik alanda da manyetik alanda da ortaya çıkar. Her iki alan da elektromanyetizmanın farklısonuçlarıdır; ancak, öz itibariyle birbirleriyle ilintilidirler. Bundan dolayı, değişen bir elektrik alan, bir manyetik alanüretir; değişen bir manyetik alan da, elektrik alanı oluşturur. Bu etki, elektromanyetik indüksiyon olarak tanımlanırve elektrik jeneratörlerinin indüksiyon motorların ve transformatörlerin çalışma temelinde yer alır. Matematikselolarak konuşursak, manyetik alanlar ve elektrik alanlar, bağıl hareket üzerinden 2.dereceden tensör ve bivektörkullanılarak birbirine dönüştürülebilir.Elektrik alanlar, elektrik potansiyeli(örneğin, bir pil voltajı) ve elektrik akımı (örneğin, bir el fenerindeki elektrikakışı) gibi bazı ortak olayların nedenidirler. Manyetik alanlar, mıknatıslarla ilgili kuvvetin sebebidir.Kuantum elektrodinamikte, yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimler, sanal fotonlar olarak bilinenve yüklü parçacıklar arasında değiş tokuş edilen haberci parçacıkların incelendiği Feynman diyagramları yöntemikullanılarak hesaplanabilir. Bu yöntem pertürbasyon teorisi incelenerek elde edilebilir.Elektromanyetizmanın teorik uygulamaları Albert Einstein'ın 1905 yılında özel görelilik teorisini geliştirmesininönünü açtı.

Elektromanyetizma 2

Teorinin TarihiAslında, elektrik ve manyetizma iki ayrı kuvvet olarak düşünülüyordu. Bu görüş, 1873'te basılan, James ClerkMaxwell'in, içinde pozitif ve negatif yüklerin etkileşimlerinin tek kuvvetle düzenlendiği gösterilen Treatise onElectricity and Magnetism yayınıyla değişti. Deneyler ile açıkça gösterilmiş olan tüm bu etkileşimlerin dört anaetkisi vardır:

Hans Christian Ørsted

1.1. Elektrik yükleri, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı bir güç ilebirbirlerini çekerler ya da iterler: Zıt yükler birbirini çeker, aynı yüklerbirbirini iter.

2.2. Benzer şekilde, manyetik kutuplar (ayrı noktalardaki kutuplaşmalar)birbirlerini çeker ya da iterler ve her zaman çift olarak ortaya çıkarlar: Herkuzey kutbu, manyetik alan çizgileriyle bir güney kutbuna bağlanmıştır.

3.3. Bir tel içerisindeki elektrik akımı, tel etrafında, yönü akıma bağlı olan (saatyönünde veya saat yönünün tersine), dairesel bir manyetik alan oluşturur.

4.4. Telin içinde, manyetik alana doğru veya manyetik alandan doğru hareketeden, döngü halindeki bir akım indüklenir. Benzer olarak bir mıknatıs,manyetik alana doğru veya manyetik alandan doğru hareket ettirildiğinde,akımın yönü bu harekete bağlı olarak değişir.

21 Nisan 1820 tarihinde bir akşam, Hans Christian Ørsted ders için hazırlarken,şaşırtıcı bir duruma tanık oldu. Malzemelerini hazırladığı sırada, kullandığı pildeki elektrik akımı açık ve kapalı ikenpusula iğnesinin manyetik kuzeyden saptığını fark etti. Bu sapma, onu şuna ikna etti: Manyetik alan çizgileri, tıpkıışık ve ısıda olduğu gibi, elektrik akım taşıyan bir telin her tarafından yayılıyordu. Bu durum da, elektrik vemanyetizma arasındaki doğrudan ilişkiyi teyit ediyordu.

James Clerk Maxwell

Keşif sürecinde, Ørsted, olgunun herhangi bir tatmin edici açıklamasınıyapmadı, onu matematiğe dökmeye de çalışmadı. Ancak, üç ay sonra dahayoğun araştırmalara başladı. Bundan kısa süre sonra da, bir teldeki elektrikakımının bir manyetik alan ürettiğini kanıtlayan bulgularını yayınladı. Onunelektromanyetizma konusuna yaptığı katkılardan dolayı, manyetik indüksiyon,CGS birimine göre (oersted) olarak isimlendirilmiştir.

Ørsted'in bulguları, bilim camiasında elektrodinamike dair yoğun araştırmalarınkapısını açtı. Bulgular, Fransız fizikçi André-Marie Ampère'in, akım taşıyaniletkenler arasındaki manyetik kuvvetleri tanımlayan matematiksel formugeliştirmesini sağladı. Ayrıca, Ørsted'in keşfi birleştirilmiş bir enerji kavramınadoğru büyük bir adım oldu.

Michael Faraday tarafından gözlemlenen, James Clerk Maxwell tarafındangenişletilen ve Oliver Heaviside ile Heinrich Hertz tarafından kısmen yenidenformüle edilen bu kavram birleştirme, 19. yüzyılda matematiksel fizikin en önemli başarılarından biridir. Bu başarı,ışığın doğasını anlamak gibi uzun erimli sonuçlar doğurmuştur. Işık ve diğer elektromanyetik dalgalar, kuantize olan,kendi kendine yayılan manyetik alan titreşimleri diyebileceğimiz foton formunu alır. Farklı salınım frekansları,elektromanyetik radyasyonun farklı biçimlerini doğurur; en düşük frekanslardaki radyo dalgalarından, ortafrekanslardaki görünür ışığa, en yüksek frekanslardaki gama ışınına.

Ørsted, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi inceleyen tek insan değildi. 1802 yılında Gian DomenicoRomagnosi, İtalyan bir hukuk bilgini, elektrostatik yüklerle manyetik bir iğneyi saptırdı. Aslında, düzenekte galvanikakım yoktu ve bu nedenle elektromanyetizma da mevcut değildi. Keşfin bir dökümü, 1802 yılında, bir İtalyangazetesinde yayınlandı. Ancak, çağın bilim camiası tarafından büyük ölçüde göz ardı edildi.[1]

Elektromanyetizma 3

GenelElektromanyetik kuvvet, bilinen dört temel kuvvetten biridir. Diğer temel kuvvetler: nükleonları oluşturmak içinkuarkları bağlayan ve çekirdekleri oluşturmak için nükleonları bağlayan güçlü nükleer kuvvet, radyoaktifbozunmanın bazı türlerini oluşturan zayıf nükleer kuvvet ve kütle çekim kuvveti. Tüm diğer kuvvetler (sürtünmekuvveti gibi), neticede, parçacıkların hareketiyle sağlanan bu temel güçlerden ve momentumdan kaynaklanır.Elektromanyetik kuvvet, kütle çekim kuvveti dışında, günlük hayatta nükleer ölçekte karşılaşılan tüm diğerolgulardan sorumludur. Kabaca; atomlar arası etkileşimlerden kaynaklanan tüm kuvvetler, elektrik yüklü atomçekirdeklerine ve atomların etrafındaki ve içindeki elektronlara etkiyen elektromanyetik kuvvetle ve bu parçacıklarınhareketlerinden nasıl ivme kazandıklarıyla açıklanabilir. Buna, sıradan nesneleri "itme" veya "çekme" sırasındadeneyimlediğimiz, vücutlarımızdaki ve bu nesnelerdeki her bir molekülün arasındaki moleküller arası kuvvettendoğan kuvvetler de dahildir. Aynı zamanda kimyasal olayın bütün formlarını içerir.Elektronların hareketlerinin momentumları tarafından üretilen etkili kuvvet, elektronların birbirleriyle etkileşimiçerisinde olan atomlar arasında bir diğer atoma momentum taşıyarak hareket etmesi, atom içi ve moleküller arasıkuvvetlerin anlaşılmasında oldukça önemli ve gereklidir. Elektronlar toplamı, daha dar hale geldikçe, Pauli dışlamailkesi'ne göre; minimum momentumları mutlaka artar. Moleküler düzeydeki maddenin, yoğunluğu da dahil olmaküzere durumu; elektronların taşıdığı momentumdaki değişimin oluşturduğu kuvvet ve elektromanyetik kuvvetarasındaki denge ile belirlenir.

Klasik elektrodinamikBilim adamı William Gilbert, De Magnete 'inde (1600), elektrik ve manyetizmanın, her ikisi de maddelerin itilmesive çekilmesine sebep olabilirken, farklı etkiler olduklarını ileri sürdü. Denizciler, yıldırımların pusula iğnelerinibozabildiklerini fark etmişlerdi, ama yıldırım ve elektrik arasındaki bağlantı, Benjamin Franklin 'in 1752'degerçekleştirdiği deneylere kadar doğrulanamamıştı. İnsan yapımı elektrik akımı ve manyetizma arasındaki bağlantıyıilk keşfedip yayınlayanlardan biri Romagnosi 'dir. Romagnosi, 1802 yılında bir teli bir elektrik pili boyuncabağlamanın yakındaki bir pusula iğnesini saptırdığını fark etti. Ancak bu etki, 1820 yılında Ørsted benzer bir deneygerçekleştirene kadar yaygın olarak bilinmedi.[2] Ørsted'in çalışması, Ampère'i elektromanyetizmaya dairmatematiksel bir teori üretmek üzere etkiledi.Klasik elektromanyetizma olarak bilinen elektromanyetizma teorisi, 19. yüzyıl boyunca çeşitli fizikçiler tarafındangeliştirilmiş; önceki gelişmeleri tek bir teoriye toplayan ve ışığın elektromanyetik doğasını keşfeden James ClerkMaxwell 'in çalışmalarıyla sonuç bulmuştur. Klasik elektromanyetizmada, elektromanyetik alan; Maxwelldenklemleri olarak bilinen bir dizi denkleme uyar ve elektromanyetik kuvveti Lorentz kuvvet yasası verir.Klasik elektromanyetizmanın özelliklerinden biri, klasik mekanik ile bağdaştırılmasının zor; ancak, özel görelilik ilebağdaştırılabilir olmasıdır. Maxwell denklemlerine göre, bir vakum içindeki ışık hızı, evrensel bir sabittir. Bu sabitsadece electrical permittivity ve magnetic permeability of free space 'e bağlıdır. Bu, klasik mekaniğin köklü bir temeltaşı olan Galilean invariance 'i ihlal eder. İki teoriyi uzlaştırmanın tek yolu, yayılan ışıkta ışık saçan eter 'in olduğunuvarsaymaktır. Ancak, daha sonraki deneysel çalışmalar eterin varlığını tespit edemedi. Hendrik Lorentz'in ve HenriPoincaré'in önemli katkılarından sonra, 1905 yılında Albert Einstein, klasik kinematikleri, klasikelektromanyetizmayla uyumlu yeni bir kinematik teorisiyle değiştiren özel görelilik tanımıyla bu problemi çözdü.(Daha fazla bilgi için, bkz: özel görelilik tarihçesi.)Ek olarak, görelilik teorisi gösterdi ki, hareketli referans sistemlerinde manyetik alan elektrik alan bileşeni sıfırdanfarklı olan oluşturmaktadır, tersi elektrik alan için de geçerlidir. Yani manyetik alan ve elektik alan bir paranın ikifarklı yüzü gibi düşünülebilir. İşte bu yüzden konunun adı “elektromanyetizma”dır. (Daha fazla bilgi için, bkz:Klasik elektromanyetizma ve özel görelilik.)

Elektromanyetizma 4

Fotoelektrik etkisiAynı yıl yayınlanan başka bir makalede, Albert Einstein, klasik elektromanyetizmanın köklü temellerini zayıflattı.Ona fizik dalında Nobel ödülü kazandıran fotoelektrik etkisi teorisi, sonradan foton olarak adlandırılacak olanparçacık benzeri şeylerde ışığın bulunabileceğini var sayıyordu. Einstein'ın fotoelektrik etki teorisi, Max Planck'ın1900 yılında sunduğu morötesi katastrofunun çözümündeki kavramaları artırdı. Eserinde, Planck, sıcak nesnelerinfarklı paketlerde elektromanyetik radyasyon yaydığını gösterdi. Bu da, siyah cisim ışıması olarak gerçekleşen sonlu,toplam bir enerji kavramıdır. Bu sonuçların her ikisi de, ışığın sürekli bir dalga olarak tanımlandığı klasik görüş iledoğrudan çelişmektedir. Planck'ın ve Einstein'ın teorileri, kuantum mekaniğinin atalarıdır. 1925 yılında formüleedilen bu mekanik, elektromanyetizmada kuantum teorisinin icadını gerektirmiştir. Kuantum elektrodinamiği (veya"QED") olarak bilinen bu teori, 1940'lı yıllarda tamamlanmıştır ve pertürbasyon teorisinin uygulanabilir olduğudurumlarda, fizikte bilinen en kesin teorilerden biridir.

BirimlerElektromanyetik birimler, temel SI biriminin amper olduğu elektriksel birimler sisteminin bir parçasıdır. Temeli,elektrik akımlarının manyetik özelliklerine dayalıdır. Birimler şunlardır:• Amper (akım)• Coulomb (yük)• Farad (kapasitans)• Henry (indüktans)• Ohm (direnç)• Tesla (manyetik alan)• Volt (elektrik potansiyeli)• Watt (güç)• Weber (akı)Elektromanyetik cgs sisteminde, elektrik akımı; elektrik akımı Ampère yasası tarafından tanımlanan temel birniceliktir ve geçirgenliği birimsiz bir niceliktir (göreli geçirgenlik) ve bunun boş uzaydaki değeri birim değer (budeğer matematiksel işlemlerde 1 olarak kabul edilir) olarak kabul edilir. Sonuç olarak, bu sistemdeki eşitliklerlebağlantısı olan bazı denklemlerde ışık hızının karesi açıkça görünür.

SI (Uluslararası Birimler Sistemi) elektromanyetik birimler

Sembol Niceliğin adı Türetilmiş birimler Birim Temel birimler

I Elektrik akımı Amper (SI temel birimi) A A (= W/V = C/s)

Q Elektrik yükü Coulomb C A•s

U, ΔV, Δφ; E Potansiyel fark; Elektromotor kuvvet Volt V kg•m2•s−3•A−1 (= J/C)

R; Z; X Elektrik direnci; Empedans; Reaktans ohm Ω kg•m2•s−3•A−2 (= V/A)

ρ Direnç ohm metre Ω•m kg•m3•s−3•A−2

P Electriksel güç Watt W kg•m2•s−3 (= V•A)

C Sığa Farad F kg−1•m−2•s4•A2 (= C/V)

E Elektrik alan güç Volt bölü metre V/m kg•m•s−3•A−1 (= N/C)

D Elektrik yer değiştirme alanı Coulomb bölü metrekare C/m2 A•s•m−2

ε Geçirgenlik Farad bölü metre F/m kg−1•m−3•s4•A2

Elektromanyetizma 5

χe Elektriksel duyarlılık (birimsiz)

G; Y; B Conductance; Admittance; Susceptance Siemens S kg−1•m−2•s3•A2 (= Ω−1)

κ, γ, σ İletkenlik Siemens bölü metre S/m kg−1•m−3•s3•A2

B Manyetik akı yoğunluğu, Manyetik indüksiyon Tesla T kg•s−2•A−1 (= Wb/m2 = N•A−1•m−1)

Φ Manyetik akı Weber Wb kg•m2•s−2•A−1 (= V•s)

H Manyetik alan güç Amper bölü metre A/m A•m−1

L, M İndüktans Henry H kg•m2•s−2•A−2 (= Wb/A = V•s/A)

μ Geçirgenlik Henry bölü metre H/m kg•m•s−2•A−2

χ Manyetik duyarlılık (birimsiz) - -

Dipnotlar[1] Martins, Roberto de Andrade. "Romagnosi and Volta’s Pile: Early Difficulties in the Interpretation of Voltaic Electricity" (http:/ / ppp. unipv.

it/ collana/ pages/ libri/ saggi/ nuova voltiana3_pdf/ cap4/ 4. pdf). Fabio Bevilacqua and Lucio Fregonese (eds). Nuova Voltiana: Studies onVolta and his Times. vol. 3. Università degli Studi di Pavia. ss. 81–102. . Erişim tarihi: 2010-12-02.

[2] Stern, Dr. David P.; Dr. Mauricio Peredo (2001-11-25). "Magnetic Fields -- History" (http:/ / www-istp. gsfc. nasa. gov/ Education/whmfield. html). NASA Goddard Space Flight Center. . Erişim tarihi: 2009-11-27.

KaynaklarWeb

• Nave, R.. "Magnetic Field Strength H" (http:/ / hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/ hbase/ magnetic/ magfield.html). Erişim tarihi: 2007-06-04

• Oppelt, Arnulf (2006-11-02). "magnetic field strength" (http:/ / searchsmb. techtarget. com/ sDefinition/0,290660,sid44_gci763586,00. html). Erişim tarihi: 2007-06-04

• "magnetic field strength converter" (http:/ / www. unitconversion. org/ unit_converter/ magnetic-field-strength.html). Erişim tarihi: 2007-06-04

Kitaplar

• Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. (1969). Introduction to modern electromagnetics. McGraw-Hill.ISBN 0-07-018388-0.

• Rao, Nannapaneni N. (1994). Elements of engineering electromagnetics (4th ed.). Prentice Hall.ISBN 0-13-948746-8.

• Tipler, Paul (1998). Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Light, Electricity and Magnetism (4th bas.). W.H. Freeman. ISBN 1-57259-492-6.

• Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (3rd bas.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.• Jackson, John D. (1998). Classical Electrodynamics (3rd bas.). Wiley. ISBN 0-471-30932-X.• Rothwell, Edward J.; Cloud, Michael J. (2001). Electromagnetics. CRC Press. ISBN 0-8493-1397-X.• Wangsness, Roald K.; Cloud, Michael J. (1986). Electromagnetic Fields (2nd Edition). Wiley.

ISBN 0-471-81186-6.• Dibner, Bern (1961). Oersted and the discovery of electromagnetism. Blaisdell Publishing Company. ISSN 

99-0317066-1 (http:/ / www. worldcat. org/ issn/ 99-0317066-1). ; 18.

Elektromanyetizma 6

Ek okumalar• Purcell, Edward M. (1985). Electricity and Magnetism Berkeley Physics Course Volume 2 (2nd ed.).

McGraw-Hill. ISBN 0-07-004908-4.• Moliton, André (2006-12). Basic electromagnetism and materials (http:/ / books. google. com/

?id=2kPAIlxjDJwC& printsec=copyright& q=fundamental). New York City: Springer-Verlag New York, LLC.ISBN 9780387302843.

Dış bağlantılar• Electromagnetic Force (http:/ / scienceworld. wolfram. com/ physics/ ElectromagneticForce. html) - from Eric

Weisstein's World of Physics• Ties That Bind Atoms Weaker Than Thought (http:/ / web. archive. org/ web/ 20081203132321/ http:/ / www.

livescience. com/ othernews/ 060815_constant_weak. html) - LiveScience.com• Physics 221B notes – quantization (http:/ / bohr. physics. berkeley. edu/ classes/ 221/ 0708/ notes/ hamclassemf.

pdf)• Physics 221B notes – interaction (http:/ / bohr. physics. berkeley. edu/ classes/ 221/ 0708/ notes/ radnmatt. pdf)• Quarked Electromagnetic force (http:/ / www. quarked. org/ askmarks/ answer5a. html) - A good introduction for

kids• MIT OpenCourseWare 8.02: Electricity & Magnetism (http:/ / ocw. mit. edu/ courses/ physics/

8-02sc-physics-ii-electricity-and-magnetism-fall-2010/ ) Free, independent study course with video lectures,homework help videos, assignments, course notes and more.

Madde Kaynakları ve Katkıda Bulunanlar 7

Madde Kaynakları ve Katkıda BulunanlarElektromanyetizma  Kaynak: http://tr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=12769559  Katkıda bulunanlar: Aerensgaard, Alitokmen, Doğukan Mustafa Aydın'er, Dünya vatandaşı, Eldarion,Ertansinansahin, Hasan Sami Bolak, Katpatuka, Krkzn, Metal Militia, Nedim Ardoğa, Onursendag, Superyetkin, Vito Genovese, Рыцарь поля, 9 anonim düzenlemeler

Resim Kaynakları, Lisanslar ve KatkıdaBulunanlarDosya:VFPt_Solenoid_correct2.svg  Kaynak: http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:VFPt_Solenoid_correct2.svg  Lisans: Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0  Katkıdabulunanlar: Geek3Dosya:Ørsted.jpg  Kaynak: http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Ørsted.jpg  Lisans: Public Domain  Katkıda bulunanlar: Aastrup, Anne-Sophie Ofrim, JdH, Joonasl, Smeira, Thue, 1anonim düzenlemelerDosya:James-clerk-maxwell3.jpg  Kaynak: http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:James-clerk-maxwell3.jpg  Lisans: Public Domain  Katkıda bulunanlar: User:Bcrowell

LisansCreative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported//creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/