Dünyanın Manyetik Alanı Amaç

---

 

1 

Dünyanın Manyetik Alanı 

     

 

Amaç 

 

Bu deneyde Dünya’nın manyetik alanının yatay ve düşey bileşenleri belirlenecektir. 

 

Deneye Hazırlık Bilgileri 

 

Bilindiği gibi, pusula yön tayininde çok eski zamanlardan beri kullanılan bir araçtır. Pusulanın 

iğnesi (manyetik iğne) Dünya’nın her yerinde Kuzey-Güney doğrultusunda hizalanır. Bu 

durumun sebebi bir manyetik dipol olan pusula iğnesi ile Dünya’nın manyetik alanı arasındaki 

etkileşimdir. 

 

Bir manyetik dipolün, bulunduğu konum civarındaki manyetik akı yoğunluğundan, yani 

manyetik alan şiddetinden veya kısaca manyetik alandan, etkilenimi manyetik moment denen 

bir (vektörel) nicelik kullanılarak ifade edilebilir. Her manyetik dipolün bir manyetik momenti 

vardır ve genelde 

µ ile gösterilir. Böylece bir B manyetik alanının içinde bulunan bir manyetik 

dipole alan tarafından uygulanan tork (kuvvet momenti) 

τ ve dipolün sahip olduğu potansiyel 

enerji U sırasıyla 

τ = µ × B ve U = −µ ⋅ B formülleri ile ifade edilir. Dolayısıyla alan içerisine 

konan bir manyetik dipol belli bir denge açısı etrafında, eğer sürtünme varsa ki bu deneyde 

mevcuttur, sönümlü salınım yapar ve sonunda denge açısında hizalanır. Dikkat edilirse 

denge halinin 

µ // B durumunda gerçekleştiği vektörel ve skaler çarpımların özelliklerinden 

görülebilir (bkz. Şekil 1).  

 

Dünya’nın çekirdeğindeki akımlardan kaynaklandığı düşünülen Güney-Kuzey 

doğrultusundaki bir manyetik alan etrafımızı sarmaktadır. Bu nedenle Dünya’nın her hangi bir 

yerine konan bir manyetik iğne yukarıda açıklanan olgulardan dolayı Dünya’nın manyetik 

alanı doğrultusunda hizalanacaktır. Böylece Dünya’nın manyetik alanının yönü 

saptanabilecektir. Bu tespitle beraber pusulanın çalışması da açıklanmış olur.    

 

 

 

      

                                                                 

µ     

 

β 

 

 

 

 

 B 

 

 

 

 

 

 

Şekil 1. Manyetik alanın içerisinde bir manyetik dipol. 

β, dipolü kesen alan vektörüyle dipolün 

momenti arasındaki açıdır.  

 

Dünya’nın manyetik alanının bileşenleri, büyüklüğü ve yönü bilinen sabit (düzgün) bir 

manyetik alanın kullanımıyla belirlenebilir. Bilinen manyetik alan için bir çift Helmholtz bobini 

kullanılır. 

 

Helmholtz bobinlerinden akım geçmediği sürece manyetik iğne bulunduğu konumdaki 

Dünya’nın manyetik alanının yatay bileşeni B

y

 ile kuzey-güney doğrultusu boyunca hizalanır. 

Sabit Helmholtz alanı B

K

 eklenirse, manyetik iğne α açısı kadar dönecektir. O zaman 

manyetik iğne toplam manyetik alan B

T

(=B

y

+B

K

) boyunca hizalanır. Şekil 2(sol)’deki geometri 

---

 

2 

dikkate alınırsa, 

ϕ dar açı olsa dahi, sinüs teoremi kullanılarak, B

y

 ve B

K

 vektörlerinin 

büyüklükleri arasında aşağıdaki bağıntı elde edilebilir: 

 

                                                  B

K 

/ B

y

 = sin(α) / sin(φ-α)                                                   (I) 

 

Helmholtz alanının şiddeti B

K

, akımla doğru orantılıdır: 

 

                                                    B

K 

= k I

K  

                                                                           (II) 

 

Burada k, deneyde belirlenecek olan kalibrasyon faktörüdür. φ = 90° özel durumunda, yani 

Dünya’nın manyetik alanının doğrultusu Helmholtz bobinlerinin eksenine dik olduğunda, 

yatay bileşen B

y

, B

K

’ye karşı sapma açısı α’nın tanjantı grafiğinin eğimi olarak elde edilebilir: 

 

                                                   B

y

 tan(α) = B

K

                                                                    (III) 

 

B

y

 bulunduktan sonra, θ B

y

 ile B

D

 arasındaki açı olmak üzere, Dünyanın manyetik alanının 

düşey bileşeni B

d

 Şekil 2 (sağ)’den türetilebilecek olan aşağıdaki bağıntı kullanılarak elde 

edilebilir. 

 

                                                 B

d

 = B

y

 tan(θ)                                                                       (IV) 

 

Buradan da, Dünyanın manyetik alanının büyüklüğü B

D

  

 

                                                 B

D 

= (B

y

2

 + B

d

2

)

1/2

                                                                 (V) 

 

olarak bulunur. 

 

 

               B

y

              B

T

                                       

 

                       

α                                                    K                                                                                                                         

                              

ϕ-α     

                                                                                                                                  B

y

             

                                              B

K

           

 

 K                                           C K                                                                                      B

D

                                     

                                                                                                                        

                                                                                                                     B

d

  

 

Şekil 2 Bobinlere göre yatay (sol) ve düşey (sağ) düzlemlerdeki manyetik alanların vektör 

diyagramları  

                                                                                   

Deney Öncesi Sorular 

 

1-) 

ϕ dar açı olduğunda Denk.(I)’in elde edilebileceğini gösteriniz. 

2-) Pusula açısının ölçümündeki %5 hata hesaplanan manyetik alanda ne kadar hataya 

sebep olabilir? 

3-) Bir çubuk mıknatısın kuzey kutbu Dünya’nın coğrafi kuzey kutbuna doğru çekilir. Fakat, 

benzer kutuplar birbirini iter. Bu ikilemden nasıl çıkılabilir?   

 

 

 

 

 

---

 

3 

Deney Malzemeleri 

 

Bu deneyde, bir çift Helmholtz bobini (555 581), DA güç kaynağı (521 485), 100 ohm’luk 

reosta (537 34), teslametre, Hall probu, multimetre (531 100), pusula (514 02) ve bağlantı 

kabloları kullanılacaktır (bkz. Şekil 4). 

 

 

Deneyin Yapılışı                        

   

1-) Şekil 3’de devre şeması verilmiş olan ve Şekil 4’de kurulmuş hali görülen deney 

düzeneğini kurunuz. 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Şekil 3 Deney düzeneğinin devre şeması 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Şekil 4 Deney düzeneği 

 

---

 

4 

 

2-) Helmholtz alanının kalibrasyonu ve k’nın bulunması 

 

-  Manyetik alanı ölçmeden önce teslametreyi kalibre ediniz. 

-  Helmholtz alanını (B

K

), Hall probunu kullanarak, I

K

 akımının fonksiyonu olarak ölçünüz. 

Ölçümlerinizi Çizelge 1’e kaydediniz. 

-  B

K

-I

K

 grafiğinden kalibrasyon faktörü k’yı hesaplayınız. 

 

3-) Sapma açısının I

K

’nin fonksiyonu olarak ölçülmesi ve B

y

’nin bulunması 

 

-  Manyetik alanı ölçmeden önce teslametreyi kalibre ediniz. 

-  Pusulayı Helmholtz bobinlerinin arasına yerleştiriniz ve ölçek düzleminin yatay 

olmasını sağlayınız. Pusula ve bobin sistemini, manyetik iğnenin kuzey-güney 

doğrultusu Helmholtz bobinlerinin eksenine dik olacak biçimde çeviriniz. 

-  Çizelge 2’de verilen 

α değerlerini sağlayan I

K

 akımlarını ölçünüz. Açının 

belirlenmesinde iğnenin iki ucu da dikkate alınmalıdır. Ölçüm sonuçlarını Çizelge 2’ye 

kaydediniz. 

-  B

K

-tan(α) grafiğinden B

y

’yi hesaplayınız. 

 

4-) Eğiklik açısı θ’nın ölçümü ve B

d

’nin bulunması 

 

-  Akım sıfırken pusulayı 90° döndürünüz, düşey düzleme paralel hale getiriniz ve eğiklik 

açısı θ

1

’i ölçünüz. 

-  Pusulayı 180° döndürünüz ve θ

2

 eğiklik açısını ölçünüz. 

-  B

d

’yi eğiklik açısı θ’yı  θ

1

 ve 

 

θ

2

’nın aritmetik ortalaması olarak alıp hesaplayınız.  

 

   

 

5-) Bileşenlerini bulmuş olduğunuz manyetik alanın büyüklüğünü hesaplayınız. 

 

Notlar:  

 

-  Deney sırasında reostayı kullanmayı unutmayınız. Bildiğiniz gibi bir devreye uygulanan 

gerilimin devrede yaratacağı akım devrenin eşdeğer direnciyle ters orantılıdır. 

Dolayısıyla gerilimi yükseltemezseniz akımı arttırmak için reostanın direncini 

düşürebilirsiniz. Ayrıca deneyin yapılış aşamalarının üçüncüsünde gerekli açı 

değerlerinin yüksek duyarlılıkla elde edilmesinde reosta direncinin büyük olması 

gerekmektedir. 

 

     -     Pusula Helmholtz bobinlerinin arasına yerleştirildikten sonra hareket ettirilmezse daha 

iyi sonuç alınır. Bu nedenle yukarıdaki yapılış sırasının takip edilmesi tavsiye edilir. Ayrıca 

pusulanın döndürülme işlemleri ayağı hareket ettirilmeden sadece ayağı ile arasındaki 

bağlantıyı sağlayan mil ekseni etrafında yapılmalıdır.       

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Çizelge 1 

       B

K

 (mT) 

      I

K

 (A) 

 

       0.5 

                                                                                     

       1.0 

                                                                                                        

       1.5 

 

       2.0 

 

       2.5 

---

 

5 

 

            I

K 

(mA) 

             α (°) 

 

             0 

 

           10 

 

           20 

 

           30 

 

           40 

 

           50 

 

           60  

 

           70 

 

           80  

Çizelge 2 

 

Sorular 

 

 

 

 

1-) Sizce bu deneydeki hata kaynakları nelerdir? 

2-) Pusula düzleminin hizalanmasının manyetik iğnenin açısı üzerinde nasıl bir etkisi 

vardır? Planlanan dönme yönünü ve sonuçtaki torkları düşünün 

 

. 

3-) Galvanometrenin (bobinlerin) bağlantıları tersine çevrildiği zaman açısal sapma 

neden tersine döner?

 

---

 

6 

 

---

 

7 

 

---

 

8 

Yorum