AÇIĞA ÇIKAN BU FAZLA ENERJİYİ NASIL HESAPLAYIP FORMULİZE EDEBİLİRİZ?

 

AÇIĞA ÇIKAN BU FAZLA ENERJİYİ NASIL HESAPLAYIP FORMULİZE EDEBİLİRİZ?

Özetle elektromıknatıs ve neodyum kalıcı mıknatıs dinamik etkileşimlerinde ve periyod boyunca benzer hareketlerin tekrarladığı neodyum kalıcı mıknatıslı elektrik motorlarında gerçekleşen enerji dönüşümü aslında aşağıdaki gibidir:

Verilen elektrik enerjisi   +   Verilen elektrik enerjisi ile elektromıknatıslarda oluşan elektromanyetik dalgalar ile etkileşen neodyum kalıcı mıknatıslardan etkileşim şiddetindeki değişim oranında sağlanan manyetik enerji  =                                             Elde edilen mekanik enerji + Bobin ısı kayıpları ve Hareket Sistemindeki diğer dahili kayıplar  + Hareket Sistemi dışı ile etkileşime giren, harekete yardımcı olmayan Elektromıknatıs kaynaklı elektromanyetik enerji

 Deneyimiz sonrası yukarıda da kabaca bahsettiğimiz konuyla ilgili soruyu ve ihtimalleri tekrar irdelemekte fayda bulunmaktadır: 

a)Fazladan kazandığımız enerji sadece deneyde kullandığımız neodyum mıknatıslara has bir durum mu?    

 b) veya ekstra manyetik enerji aslında diğer farklı özellikteki kalıcı mıknatısların elektromıknatıs ile etkileşimi sırasında da mı aynı şekilde oluşmakta ve harcanmakta fakat endirekt yolla da olsa ispatlayacak yüksek sistem verimlilik düzeylerine çıkılamayıp, toplamda yeterli gözlemlenebilir veya hesaplanabilir enerji miktarı sağlanamadığından mı gözlemlenememektedir?

Hâlihazırdaki bilgilerimiz en güçlü mıknatıs türü olan neodymium mıknatıslarla diğer kalıcı mıknatıslar arasında etkileşim şekli, oluşturduğu manyetik dalgalar ile ilgili kabul edilen fiziki temeller ve diğer genel prensipler açısından herhangi bir farklılık bulunmadığını göstermektedir. Tüm mıknatıs türlerinde de aynı şekilde eşleşmemiş elektronlara sahip atomları içermeleri ve net manyetik moment oluşturabilecek şekilde yönelmiş domainlere sahip olmaları ölçüsünde manyetik momentin artarak bunları içeren maddelerin manyetik etkisinin arttığı, bunun dış ortama sağladıkları manyetik özellik ve buradaki mıknatıs kutup güçlerindeki asıl farklılık olduğu kabul edilmektedir. Gerek bileşimlerinde ferromanyetik elementlerin de olduğu neodyum(NdFeB) mıknatıslar gereksede doğal mıknatıslar(Fe₃O₄) ve yapay mıknatıslarda aynı mekanizma ile toplamda manyetik moment sıfırın üstüne çıkarak kalıcı mıknatıs şekline dönüşüp sürekli bir manyetik enerji potansiyeline sahip olmuşlardır. Hepsi de demir, nikel ve kobalt elementleri içeren alaşımlarından veya kimyasal birleşimlerinden meydana gelirler. Katı ve kristal yapıları bulunması nedeniyle kuşak kuramına göre sahip oldukları elektronlar enerji seviyelerine ek olarak dolu olmayan banttaki herhangi bir enerji bandına tutunabilirler.  Bu nedenle her ne kadar mesela doğal mıknatısların sahip olduğu manyetik enerji yoğunluğu neodymium 52 mıknatıs türüne göre oldukça düşük olsa bile elektromıknatıs ile etkileşim halinde enerji oluşum, dönüşüm yolu değişmemektedir. Bu nedenle tüm kalıcı mıknatısların hareket halindeki elektromıknatıslarla etkileşimleri sırasında neodyum mıknatıstaki gibi aktif olarak daha azda olsa fazladan oluşan ek bir enerji olduğu şeklinde bir tez ileri sürülebilir.

Mıknatıslar ve elektromıknatıslardaki etkileşimin, buna bağlı değişen toplam manyetik akının ve enerji harcanımının sabit olmadığı, kalıcı mıknatısın etkileşeceği, dinamik bir sistemde etkileşilen diğer mıknatısların sayısı, aradaki mesafe, ortam gibi değişkenlerle artıp azalacak şekilde etkileşim şiddetindeki değişime göre kalıcı mıknatıslarda manyetik enerji harcanarak ekstra mekanik enerji oluşacağı sonucuna varılabilir.

Sahip oldukları enerji yoğunluğu ve boyutu ile artan kutup güçleri kalıcı mıknatısların potansiyel güçleri gibi düşünülebilir. Bu potansiyel itip çektikleri diğer elektromıknatıslarla etkileşimleriyle orantılı olarak hareket sırasında etkileşim şiddetindeki değişim ile birlikte ekstra manyetik enerji oluşabilmektedir. Yani dinamik olarak değişken bir manyetik akı oluştuğu sırada, etkileşim şiddetindeki değişimle orantılı olacak şekilde bir ekstra enerji oluşumundan bahsedilebilmektedir. Tüm anlatılanlar doğrultusunda neodyum kalıcı mıknatıslarda atom üstü boyutta gözlemlenebilir sistemin toplam enerjisini artıracak şekilde açığa çıkan ekstra manyetik enerjinin elektromıknatıs ile kalıcı mıknatıslar arasındaki etkileşim şiddetindeki değişim miktarı ile orantılı olduğu sonucuna varılmaktadır.

Ek Manyetik Enerji (Emanyetik )  oluşumu  α    Etkileşim Şiddetindeki Değişim

Etkileşim Şiddetindeki Değişim Manyetik Çekim\İtme Kuvvetindeki(Fmanyetik) Değişime eşittir.

             Etkileşim Şiddetindeki Değişim   =     ΔFmanyetik  (Fson -Filk)

Yine bu sırada oluşup harcanan enerji bu değişim sırasında lineer hareketler için alınan yol, dönme hareketi olan durumlar için çizgisel hızın zamanla çarpılması ile çıkan sonuç ile doğru orantılı olacaktır.

Manyetik Enerji (Emanyetik )   α Alınan yol(X)   \   α [Çizgisel Hız x zaman(t)]

Etkileşim şiddetindeki değişiklikle beraber alınan yol veya dönme sırasında kalıcı mıknatısın türü, şekli ve etkileştiği karşı mıknatısın tasarımı gibi birçok özelliğe göre değişecek şekilde bu hareket sistemi içinde yolaklardaki zorlanmaya karşı farklı miktarda tepkiler ve atom altı boyutta farklı miktarda kayıplar oluşacak dolayısıyla atom üstü boyutta mekanik enerjiyi artırarak sistemin toplam enerjisini artıran manyetik enerjide hareket sistemini oluşturan alt elemanlara göre farklılık gösterecektir. Bu nedenle her bir farklı sistem içindeki kalıcı mıknatısın sağladığı enerji oluşum oranını sisteme özel bir katsayı ile nitelemek gerekmektedir. Bu katsayıya “Manyetik Enerji Oluşum Katsayısı (K)” adı verilebilir. Bu durumda kalıcı mıknatıstan sağlanan ekstra enerji tam olarak şu şekilde hesaplanabilecektir:

Manyetik Enerji =  Manyetik Enerji Oluşum Katsayısı      x        Etkileşim Şiddetindeki Değişim     x     Alınan Yol  ( veya dairesel hareket için Çizgisel Hız  x Zaman)       

Deneyimizdekinden farklı olarak etkileşim şiddetindeki değişikliğin zamana göre artıp farklılık arz ettiği durumlarda; etkileşim şiddetindeki her bir farklı düzey ve karakterdeki değişiklik zaman içinde bölümlere ayrılıp oluşan manyetik enerji ayrı ayrı hesaplanarak çıkan sonuçlar toplanmalı ve bu şekilde oluşan toplam ekstra manyetik enerji hesaplanmalıdır. Birim zamanda oluşan ekstra manyetik enerji ise sistemimizin manyetik enerji oluşturma gücünü(Pmanyetik enerji oluşturma) göstermektedir. Ölçüm yapılan sistemde tam bir döngüsel hareket tamamlanırsa sistemin ortalama manyetik enerji oluşturma gücü  hesaplanabilir :

Pmanyetik enerji oluşturma =Ekstra Manyetik Enerji   /   Geçen zaman