Elektrik akımının etkisi ile mıknatısın özelliklerini gösterebilen magnetik (manyetik) maddelere elektromıknatıs (electromagnet) denir. Elektromıknatıslar, yalıtılmış ince kabloların ham demire sarılıp, kablolardan akım geçirilmesiyle meydana gelir. Elektromıknatıs, bir manyetik nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobinden oluşur.
Bir bobinden akım geçirildiğinde ise etrafında daha güçlü bir manyetik alan oluşur ve bu alan, nüve üzerinden dolaşarak nüvenin mıknatıs özelliği göstermesini sağlar. Electromagnet nüvesi yumuşak demirden veya aynı özellikteki saçlardan yapılır. Çünkü elektromıknatısın akımı kesildiğinde nüvenin de manyetik özelliği sona ermesi gerekir. Elekromıknatısın her iki ucu da manyetik maddeleri çeker.
Electromagnet satan firma tarafından electromagnet yapımı sırasında bir magnetik madde (demir çivi), iletken tel (bakır) ve (üreteç) pil, akü vb gibi güç kaynakları yani elektrik akımı kaynağı kullanılır. İletken tel demir çivi üzerine sarıldığında bobin sarımı elde edilir. Bobin sarımının ucundaki iletken telin açıkta kalan uçları üretecin kutuplarına bağlanır. İletken tellere pil bağlandığında devreden elektrik akımı geçer. Bu durumda bir manyetik alan oluşur. Bobine demir, nikel, kobalt gibi maddeler yaklaştırıldığında demir çivi bir mıknatısın özelliklerini gösterir ve maddeleri çeker. Demir çivi artık elektromıknatıs olmuştur.
Eğer pilin kutuplarının yeri değiştirilirse, aynı durumla karşılaşılır. Bobin sarımlı devreye anahtar bağlanırsa ve anahtarı açılırsa akım geçmez, manyetik alan meydana gelmez ve bobin sarımı mıknatısın özelliklerini göstermez.
Elektromıknatısın Kutupları
1 – Bütün mıknatıslar N ve S olmak üzere iki kutupludur. Elektromıknatıslar, çubuk mıknatıs özelliklerini gösterirler. N ve S olmak üzere iki kutbu vardır. Bu kutuplar arasında (magnetik) manyetik alan yani kuvvet çizgileri yani manyetik alan oluşturur.
2 – Manyetik alanın yönü N kutbundan S kutbuna doğrudur.
3 – Electromagnetin kutuplarının yönü iletkenden geçen akım yönüne bağlıdır. Electromagnetin bağlandığı üretecin kutupları değiştirilirse elektromıknatısın kutupları da dolayısıyla manyetik alanın yönü de değişir.
4 – Elektromıknatısın manyetik alanının yani çekim gücünün yani manyetik alan kuvvet çizgilerinin sayısını arttırmak için;
- Demir çivinin (bobinin) üzerindeki iletken telin sarım sayısı arttırılmalıdır.
- Elektrik akımının şiddeti yani üretecin şiddeti arttırılmalıdır.
- (Bobin kullanılıp içerine demir çekirdek konmalıdır).
Elektromıknatısın kutupları pusula ile de öğrenilebilir. Electromagnetin kutuplarına pusula yaklaştırıldığında pusulanın ibresi bulunduğu yerdeki manyetik alana paralel durur. Bu durumda mıknatısın kutupları anlaşılır.
Elektromıknatısın kutupları yani elektromıknatısın manyetik alanının yönü Sağ El Kuralı ile bulunur.
Sağ el kuralı; bu kural, tel bobine alttan sarılıyorsa sağ elimizi bobini alttan kavrayarak tutarız. Bobini sağ elimizin avucuna aldığımızda dört parmağımızı akımın yönünü gösterecek şekilde tuttuğumuzda baş parmağımız N kutbunu gösterir. Pil, ters çevrilirse elektromıknatısın her iki ucu da aynı şekilde çekme özelliği gösterir ama kutupları yer değiştirir. Ancak elektromıknatıslarda her zaman pil söz konusu değildir. Büyük elektromıknatıslarda gelişmiş akü, motor vb. güç kaynakları kullanılır.
Electromagnetin kutupları sarımdan geçen akımın yönüne bağlıdır. Sağ elimizin dört parmağı bobin üzerinden geçen akım yönünde olacak şekilde elimizi sardığımızda baş parmak kuzey kutbunu gösterir. Diğer uç ise güney kutbu olur. Kuzey kutbu mıknatısın pozitif, güney kutbu ise negatif kısmıdır.
Bir electromagnetin çekim gücü;
- Telden geçen akım miktarı ile doğru orantılıdır.
- Bobindeki sarım sayısı ile doğru orantılıdır.
- Pilin gerilimi ile doğru orantılıdır.
- Pil sayısı ile doğru orantılıdır.
Önemli Not: Sağ el kuralı daima akım yönünde olmalıdır.
Elektromıknatıslar her zaman mıknatısın özelliklerini göstermezler. Akım kesildiğinde mıknatıslık ve özellikleri de kaybolur.
Elektromıknatıs Çalışma Prensibi
Kobalt, demir, nikel gibi maddelerden yapılan ve kısa süre içinde manyetik duruma gelen mıknatıslayıcı, kuvvetin etkisi bittiğinde tüm mıknatıslık (magnetism) etkisini kaybeden maddelere elektromıknatıs denir. Elektromıknatıslara aynı zamanda geçici mıknatıs adı da verilir. Elektromıknatıs yapısı, bobin içine silisli yumuşak demir konularak elde edilir. Bobinden akım geçtiği süre içinde mıknatıslık özelliği devam eder. Akım kesilince mıknatıslık etkisi kalkar. Elektromıknatıslardan sağlanan manyetik alan, sürekli mıknatıslardan sağlanan manyetik alandan oldukça büyüktür.
Elektromıknatıs Nasıl Yapılır?
Basit elektromıknatıs yapmak için; Elektromıknatıs malzemeleri ;
- 10 cm Çivi ,
- 1m bakır tel ,
- Bir parça zımpara ,
- 9Volt pil ,
- Küçük çiviler
Mıknatısın yapılışı: 1 metre bakır tel çiviye sık aralıklarla sarılır. 9 Volt pile temas ettirilen bakır telin uçları zımparalanır. Hazırlanan bakır telin uçları pile temas ettirilir. Elektromıknatıs alan meydana getirlir. Büyük çiviye yaklaştırılan küçük çiviler mıknatıs tarafından çekmeye hazırdır.
Elektromıknatıs Hesabı
Manyetik akının devresini tamamlamak için geçtiği yola manyetik devre denir. Manyetik bir devrede manyetik akıyı oluşturan kuvvete manyetik motor kuvveti (MMK) denir. Manyetik motor kuvveti “F” harfi ile gösterilir. Manyetik bir devrenin manyetik motor (magnet motor) kuvveti “F”, manyetik bobin sarım sayısı “N” ve bobinden geçen akımın şiddeti “I” ile doğru orantılıdır. “MKS” birim sisteminde “N” sarımlı bir bobinden geçen “I” akımının oluşturduğu manyetik motor kuvvet,
“F=N.I” dir. Bu formülde,
- F = Manyetik motor kuvvet (MMK). (Amper-Sarım) (AT)
- N = Bobin sarım sayısı
- I = Bobinden geçen akım şiddeti (Amper)
Soru: İçerisinden 4 Amper akım geçen 200 sarımlı bir bobinin oluşturduğu MMK’ i bulunuz?
Çözüm:
F = N . I
F = 200 . 4
F = 800 AT’ dir.
Alan Direnci
Elektrik devrelerinde, elektrik akımının geçişine karşı koyan zorluğa direnç denir. Manyetik bir devrede manyetik akının geçişine karşı koyan zorluğa da (alan direnci), (manyetik direnç) veya (relüktans) denir. Relüktans “Rm” ile gösterilir. Birimi 1/Henry ‘dir.
Manyetik bir devrenin uzunluğu “l”, kesiti “S” ve geçirgenliği de “μ” olduğuna göre devrenin alan direnci,
Bu formüldeki değerler MKS birim sistemi cinsinden,
- Rm = Relüktans (1/Henry)
- L = Manyetik devrenin uzunluğu ( metre)
- μ = Manyetik devrenin geçirgenliği (H/m)
- S = Manyetik devrenin kesiti (m2)
Soru: Bir demir halkanın ortalama yarıçapı 30 cm, dik kesit alanı 20 cm2 ve geçirgenliği 300 olduğuna göre alan direncini (relüktansını) bulunuz?
Çözüm:
Elektromıknatıs Nerelerde Kullanılır?
Mıknatıs firmaları tarafından imalatı yapılan elektromıknatıslar, uygulamada amaca göre farklı boyut ve biçimlerde yapılmaktadır. Elektromıknatıslar, evlerde iletişim araçlarının mikrofon ve hoparlörlerinde, çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazların motorlarında, birçok elektronik cihazın adaptörlerinde, kaçak akım rölesi ve aşırı akım rölesi, elektrik sigortaları, kumanda röleleri ve kontaktör gibi yerlerde kullanılır.
Elektromıknatısın kullanım alanları:
- Radyo, televizyon, müzik çalar gibi cihazların hoparlörlerinde, mikrofonlarda,
- Evlerdeki tokmaklı kapı zilinde; buzdolabı, çamaşır makinesi, bilgisayar yapımı gibi cihazların motorlarında, araba marş motorlarında, evlerde, iş yerlerinde ve endüstrinin hemen her kolunda çok değişik tipteki motorlarda, elektrik motorları, alternatör, jeneratör, röle, telefon, telgraf vb gibi araçlar ve birçok elektronik aracın imalatı için kullanılır.
- Evlerdeki adaptörlerin trafolarında, enerji iletiminde kullanılan gerilim dönüştürücü trafolarda ve yine hemen her cihazda kullanılan gerilim uygunlaştırıcı trafolarda kullanılır. Ölçme (ölçme alanını genişletme) amaçlı trafolar da kullanılabilir.
- Koruma amaçlı röleler, şalter ve kumanda amaçlı röle ve kontaktörlerde, sigortalarda kullanılır.
- Haberleşmede ses ve görüntü iletiminde,
- Arama ve güvenlik amaçlı endüktif dedektörlerde,
- Hızlı (manyetik) trenlerde,
- Metal ayıklama sistemlerinde ve vinçlerde,
- Atom laboratuvarlarında parçacık hızlandırıcılarda kullanılır.
Electromagnet kullanım alanları arasında hurda toplama yerlerinde toplanan hurdaların elektromıknatıslar yardımı ile taşınarak istenilen yere götürülür ve hidroelektrik üretiminde kullanılır. Ayrıca demir yükleyen vinçler, elektromıknatıslar ile yükleri kaldırır. Elektromıknatıs fiyat da kullanma amacına göre değişir.