Manyetik alanın kaynağı olarak da manyetik yükün bir manyetik alan yarattığı ve bu alanın diğer manyetik yüklere etki edebileceği beklenebilir. Bazı teorilerde manyetik tek kutuplar olarak adlandırılan bu manyetik yüklerin varlığı henüz doğrulanmamıştır. Peki öyleyse manyetik alan nasıl oluşur? Bu sorunun 2 yanıtı vardır :
1) Elektriksel olarak yüklü parçacıklar (bir teldeki elektronlar gibi) manyetik alan yaratırlar.
2) Elektron gibi elemanter parçacıklar civarlarında bir manyetik alana sahiptirler yani bu alanlar, bu tür parçacıkların kütlesi ve yükü gibi temel özelliklerinden biridir.
Bir noktadaki E elektrik alanını bu noktada hareketsiz olarak bulunan bir test yükü koyarak ve yüke etki eden elektriksel kuvvet Fe’i ölçerek belirlemiştik :
Eğer manyetik tek kutup olsaydı, B’yi de benzer şekilde tanımlayabilirdik. Böyle parçacıklar olmadığından, B’yi elektriksel olarak yüklü hareket eden parçacıklara etki eden manyetik kuvvet cinsinden tanımlayacağız :
Bu bağıntı, bir manyetik alan içerisinde hareket eden çeşitli yüklü parçacıkların hareketleri ile ilgili deneyler sonucunda elde edilmiştir. Bu deneylerin sonuçları yani bir anlamda, bir B manyetik alanında hareket eden yüklü bir parçacığa etkiyen manyetik kuvvetin (Eşitlik 1) özellikleri şöyle sıralanabilir :
1) Parçacığa etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü FB, parçacığın yükü ile orantılıdır.
2) FB manyetik kuvvetin yönü ve büyüklüğü, parçacığın hızına ve B manyetik alanının büyüklüğü ve yönüne bağlıdır.
3) Yüklü bir parçacık manyetik alan vektörüne paralel hareket ettiği zaman ona etkiyen manyetik kuvvet sıfırdır.
4) FB manyetik kuvvet, v ve B’nin bulunduğu düzleme diktir.
5) Pozitif bir yüke etki eden manyetik kuvvet, aynı yönde hareket eden bir negatif yüke etkiyen kuvvetin yönüne zıttır.
6) Eğer parçacığın hız vektörü, manyetik alan ile q açısı yaparsa, parçacığa etki eden manyetik kuvvetin büyüklüğü sinqile orantılıdır.
Eşitlik 1’deki v x B vektörel çarpımının sonucu v ve B’ye dik olan bir vektördür. Şekil 1’de gösterilen sağ el kuralı sağ elin dört parmağı avuç içi B’ye bakacak şekilde v’nin yönünde yöneltilirse ve B’ye doğru bükülürse, diğer parmaklara dik olarak açılan başparmak v x B’nin yönünü gösterir. Eğer q pozitise FB, v x B’nin yönünde, negatifse v x B ileters yönlüdür.
FB’nin v’ye paralel bileşeni yoktur yani FB parçacığın hızını değiştiremez ve bu nedenle parçacığın kinetik enerjisini de değiştiremez. Manyetik kuvvet yalnızca v’nin doğrultusunu değiştirebilir.
Elektrik ve manyetik kuvvetler arasında şu önemli farklılıklar vardır :
1) Elektrik kuvveti, her zaman elektrik alanına paralel, buna karşın manyetik kuvvet manyetik alana dik olarak etkir.
2) Elektrik kuvveti, yüklü parçacığın hızından bağımsızdır. Halbuki, manyetik kuvvet yalnızca yüklü parçacık hareket halinde ise ona etki edebilir.
3) Elektrik kuvveti yüklü bir parçacığın konumunu değiştirerek iş yapar, buna karşın kararlı bir manyetik alandan kaynaklanan manyetik kuvvet parçacık yer değiştirdiğinde iş yapmaz yani v hızı ile hareket eden bir yüke etki uygulanan manyetik alan onun hız vektörünün yönünü değiştirebilir ancak hızın büyüklüğünü ya da kinetik enerjisini değiştiremez.
Manyetik kuvvetin büyüklüğü ;
olarak yazılabilir. Eşitlik 2’den manyetik alanın SI birimi;
1 T = N / C.m/s = N / A.m
Tesla (T)’dır. CGS birim sisteminde ise manyetik alan birimi Gauss (G)’dur.
Tablo’da bazı durumlardaki manyetik alanlar verilmiştir.
Manyetik Alan Çizgileri
Elektrik alan için yaptığımız gibi, manyetik alanı da alan çizgileri ile temsil edebiliriz. Benzer kurallar uygulanır yani;
1) Bir manyetik alan çizgisinin herhangi bir noktasındaki teğetinin doğrultusu o noktada B’nin doğrultusunu verir.
2) Alan çizgilerinin uzaklığı B’nin büyüklüğü hakkında bilgi verir. Alan çizgilerinin birbirine daha yakın olduğu yerde manyetik alan daha şiddetlidir.
Şekil 2 çubuk şeklindeki kalıcı bir mıknatısın yarattığı manyetik alan çizgilerini göstermektedir. Bu çizgilerin hepsi mıknatısın içinden geçer ve kapalı halkalar oluştururlar (şekilde gösterilmemiş olsa da). Bir çubuk mıknatısın dışındaki manyetik alanın en güçlü olduğu bölge mıknatısın uçlarıdır, bu kısımlar alan çizgilerinin en yakın olduğu kısımlardır.
Manyetik alanın doğrultusu olduğundan, alan çizgileri mıknatısın bir ucundan girer, diğer ucundan çıkar. Mıknatısın alan çizgilerinin çıktığı ucu kuzey kutbu, çizgilerin girdiği ucu güney kutbuolarak adlandırılır. Zıt kutuplar birbirini çeker, aynı kutuplar birbirini iter.
ÖRNEK: 18mT büyüklüğündeki bir manyetik alanla 62o açı yaparak giden bir protonun hızı 4.4 x 106m/s’dir. Proton üzerindeki manyetik kuvvetin (a) büyüklüğünü, (b) Eğer protona etki eden tek kuvvet buysa protonun ivmesi ne kadar olduğunu bulunuz.
a) FB = |q|vBsinq = (1.6x10-19C)(4.4x106m/s)(0.018T)Sin62o= 1.1 x10-14N
b) Newton’un ikinci yasasından;
a = F/m = 1.1 x10-14N / 1.7 x10-27kg = 6.5x1012m/s2
Alıntı
