TÜBİTAK-BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI LİSE 2 (ÇALIŞTAY 2012) FİZİK ALANI GRUP SA

Transkript

1 TÜBİTAK-BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI LİSE 2 (ÇALIŞTAY 2012) FİZİK ALANI GRUP SA ORTAM SICAKLIĞINA HASSAS OTOMATİK PENCERE AÇMA DÜZENEĞİ PROJE EKİBİ Emel KALFAOĞLU Yavuz KESKİN PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU Prof. Dr. Serhat ÖZDER KEPEZ/ ÇANAKKALE Ocak 2012

2 İÇERİK Sayfa no Projenin Adı 1 Projenin Amacı 1 Giriş 1 Kuramsal Temeller 1 Yöntem ve Materyal 3 Deneyin Yapılışı 4 Sonuçlar ve Tartışma 6 Değerlendirme 6 Kaynaklar 7 Teşekkür 8

3 Şekil Dizini Sayfa no Şekil 1. a. Mıknatıslanmamış bir maddede atomik manyetik dipollerin rastgele yönelişleri. b. Bir B 0 dış alanı uygulandığı zaman, atomik manyetik dipollerin alan yönünde yönelmeye çalışırlar ve böylece maddeye net bir M mıknatıslanması kazandırırlar. 2 Şekil 2. Ferromanyetik bir maddenin mıknatıslanma ya da histerisiz eğrisi 3 Şekil 3. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneği 3 Şekil 4. Pencere tasarımının yapılışı 4 Şekil 5. Oda termostatının ayarlanması 4 Şekil 6. Elektrik devresinin kurulması 5 Şekil 7. Motor çıkışına bağlantı kablolarının lehimlenmesi 5 Şekil 8. Elektrik devresinin pencere sistemi üzerine monte edilmesi 6 Şekil 9. Pencere sisteminin boyanması 6 Şekil 10. Deney düzeneğinin son hali 6 Tablo Dizini Tablo 1. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneğinin malzeme listesi 4

4 PROJE ADI: Ortam Sıcaklığına Hassas Otomatik Pencere Açma Düzeneği PROJENİN AMACI: GİRİŞ: 1. Dış ortamın sıcaklığından yararlanarak oda sıcaklığını klima kullanmadan azaltabilmek. 2. Klimalarda sağlığa zararlı olarak kullanılan gazlardan ötürü, canlı sağlığı ile barışık bir yöntem kullanabilmek. 3. Klimalardan ötürü oluşan kas rahatsızlıkları önleyebilmek. 4. Evlerde enerji tüketimini azaltabilmek. İnsanlar tarafından klimalar uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Ancak yapılan bilimsel araştırmalar klimalarda kullanılan Freon, Amonyak, Frigen, Kaltron, Genetron veya Kükürtdioksit gibi gazların hem küresel ısınmaya neden olduğunu, hem de sağlık açısından olumsuz etkiler yarattığını göstermektedir [1-2]. Evlerde klima etkisi sağlamak ve klimadan kaynaklanan rahatsızlıkları önlemek için basit bir düzenekle oda sıcaklığı arttığında kendiliğinden açılan-kapanan pencere modeli tasarlandı. Günümüzdeki enerji fiyatlarındaki artış ve insanların ekonomik alım güçlerinin azaldığı göz önüne alındığında gelir düzeyi düşük olan aileler teknolojik gelişmelerden yararlanamamaktadır. Tasarlanan düzenek evlerin yapım aşamasında kurulduğunda, maliyeti, bakımı ve harcayacağı enerji ekonomik olduğundan insanların yaşadıkları ortamın sıcaklığını kontrol altına almaları kolaylaşacaktır. KURAMSAL TEMELLER: Isıtma ve ya soğutmanın kontrolü, sıcaklık değişimi üzerine kurulmuştur. Isıtma veya soğutmanın gerçekleştirilmesi, belirlenmiş sıcaklık aralıklarında sıcaklığın değişimine göre belirlenecektir. Soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde sıcaklık kontrolü termostat ile sağlanmaktadır. Termostatlar sıcaklığa tepki veren cihazlardır. Termostat, sıcaklık değişimlerine bağlı olarak devrede elektrik anahtarı gibi çalışan ve böylece bağlı olduğu sistemi açma ve kapama yaparak kumanda eden cihazlardır. Termostatların kullanıldığı yere göre çeşitleri vardır [3]. Oda termostatı belirlenen zaman aralığında devreye girerek, tekrarlanabilen bir süreçte sıcaklığı kontrol eder. Sistemin bir durumdan diğer duruma 1

5 geçmesi ani olmadığından bu durum manyetik malzemelerin manyetizmalarındaki histerisiz davranışlarına benzemektedir. Tüm ferromanyetik maddeler domain denen mikroskopik bölgelerden oluşurlar. Mıknatıslanmamış bir numunede, Şekil 1a da gösterildiği gibi bölgeler, net manyetik moment sıfır olacak biçimde rastgele yönelirler. Numune bir dış manyetik alan içine konduğu zaman, bölgeler hafifçe dönerek alan yönünde yönelmeye çalışırlar. Bu yönelme olayı, Şekil 1b deki gibi mıknatıslanmış bir numune ortaya çıkarır [4]. Bir malzemede, domenlerin yapıları ve davranışları, ferromanyetik maddenin mıknatıslanma eğrisi belirler. Bu eğriye Şekil 2 de görüldüğü gibi histerisiz eğrisi (histerisiz çevrimi) denir. Histerisiz eğrisi mıknatıslığını tamamen kaybetmiş bir malzemeye değişken bir dış manyetik alana maruz bırakıldığında, bu dış alan ile akı yoğunluğu ölçülerek histerisiz eğrisi elde edilebilir. Histerisiz eğrisinin düşey ekseni M, malzemedeki akı yoğunluğu, H ise uygulanan manyetik alan şiddetini ifade etmektedir. Eksenlerin kesim noktası 0, mıknatıslanmanın olmadığı ve hiçbir kuvvetin uygulanmadığı anı temsil eder. Manyetik alan şiddetini arttırdığında, akı yoğunluğu önce hızlı, sonra maksimum ya da doyma noktasına ulaşıncaya kadar yavaşlayarak artar. Manyetik alan şiddetinin daha fazla arttırılması akı yoğunluğunda bir artış meydana getirmez. Akı yoğunluğunun yükselişi Şekil 2 de noktalı çizgi ile gösterilmiştir [5-6]. a b Şekil 1. a. Mıknatıslanmamış bir maddede atomik manyetik dipollerin rastgele yönelişleri. b. bir B 0 dış alanı uygulandığı zaman, atomik manyetik dipollerin alan yönünde yönelmeye çalışırlar ve böylece maddeye net bir M mıknatıslanması kazandırırlar. 2

6 Şekil 2. Ferromanyetik bir maddenin mıknatıslanma ya da histerisiz eğrisi [5]. YÖNTEM VE MATERYAL: Termostat Motor Bağlantı ipi DC Güç Kaynağı Pencere Şekil 3. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneği. Şekil 3 deki elektrik devresi kurulup sistem içerisine yerleştirilerek, sistemin çalışması değişik sıcaklık değerleri için saç kurutma makinesi yardımı ile kontrol edildi. 3

7 DENEYİN YAPILIŞI: Tablo 1 deki malzemeler kullanılarak ve aşağıdaki işlem basamakları takip edilerek deney düzeneği hazırlandı. Tablo 1. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneğinin malzeme listesi. No Malzeme Adı Miktarı Birim Açıklama ve Teknik Özellikler 1 DC Güç Kaynağı 1 Adet Ayarlanabilir ( 0-12 V ayarlanabilir akım sınırlamalı DC güç kaynağı) 2 Oda Termostatı 1 Adet 0-35 o C Ayarlanabilir 3 Teyp Motoru 1 Adet Çalışma Gerilimi 9 V 4 Menteşe 2 Adet Küçük Boy 5 Bağlantı Kablosu 5 Metre İzolasyonlu, İnce Bakır ( Zil Teli ) 6 Mukavva 1 Adet 7 Koli Bandı 1 Adet Şeffaf 8 Silikon 1 Adet 9 Maket Bıçağı 1 Adet Büyük Boy 10 Yapıştırıcı 3 Adet Uhu ( Büyük Boy ) 11 Saç Kurutma Makinesi 1 Adet 12 Lehim Makinesi 1 Adet 13 İp 1 Metre İnce 14 Strafor 1 Tabaka Mavi 15 Sulu Boya 1 Adet Strafor ve karton kullanılarak pencere düzeneği hazırlandı (Şekil 4). Pencerenin kendiliğinden açılmasını sağlamak için ağırlık merkezi menteşelerin dönme ekseni dışında olacak şekilde pencere üzerine parçalar ilave edildi. a b c Şekil 4. Pencere tasarımının yapılışı. Şekil 5. Oda termostatının ayarlanması. 4

8 Şekil 6. Elektrik devresinin kurulması. Şekil 7. Motor çıkışına bağlantı kablolarının lehimlenmesi. Oda termostatı üzerindeki bağlantılar söküldü ve deneyin amacına uygun olarak çalışabilmesi için gerekli bağlantılar yapıldı (Şekil 5). Güç kaynağı, oda termostatı ve teyp motorunun birbirine seri bağlı olduğu elektrik devresi kuruldu. Saç kurutma makinesi yardımı ile sıcaklık değişimi oluşturularak devrenin çalışma durumu kontrol edildi. Devrenin istenilen sıcaklık aralığında çalıştığı görüldü (Şekil 6). Teyp motoru üzerindeki döner mile bağlı olan ip, pencereye bağlandığında motorun gücünün pencereyi hareket ettiremediği görüldü. Sorunun çözümü için güç kaynağı yardımıyla potansiyel farkı ve akım şiddeti değerleri değiştirilerek motorun çalışma gücü ayarlandı. Pencerenin düzenli ve istenilen hızda açılıp-kapanması için motorun rotor bölümünde değişiklik yapılarak istenilen hız ve torka ulaşıldı. Motorun çıkışları üzerindeki kablolar lehim yapılarak uzatıldı (Şekil 7). Elektrik devresi pencere sistemi üzerine silikon kullanılarak monte edildi. İp kullanılarak pencere ve motor birleştirildi (Şekil 8). 5

9 Şekil 8. Elektrik devresinin pencere sistemi üzerine monte edilmesi. Şekil 9. Pencere sisteminin boyanması. Şekil 10. Deney düzeneğinin son hali. Deney düzeneğinin estetik görünmesi için motorun bulunduğu bölüm ve kablolar dıştan görünmeyecek şekilde kapatıldı. Son işlem olarak pencere sistemi boyandı (Şekil 9). Deney düzeneğinin son hali Şekil 10 da görülmektedir. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Güç kaynağı açık ve pencerenin kapalı olduğu durumda, saç kurutma makinesi kullanılarak sistemin sıcaklığı arttırıldı, pencerenin açıldığı gözlendi. Sistem oda sıcaklığına döndüğünde ise pencerenin otomatik olarak kapandığı gözlendi. Deney değişik zamanlarda ve sıcaklık değerlerinde tekrarlandığında aynı sonuca ulaşıldı. DEĞERLENDİRME Ortam sıcaklığının bu proje kapsamında hazırlanan ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneği ile sağlanacağı gözlendi. Pencerenin kapanması için kullanılan elektrik enerjisi güneş panelleri kullanılarak elde edilirse enerji tasarrufu sağlanabilir. 6

10 KAYNAKLAR: [1] [2] Tacer, E, ( ) Elektromekanik Enerji Dönüşümü (Ders Notları ). İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi. [3] Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme, (2008). Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi, Ankara. [4] Serway, R. A., Beichner, R., J., (2007), Elekrik ve Manyetizma- Işık ve Optik, Palme Yayıncılık, Ankara, s. ( Çeviri. K.Çolakoğlu). [5] Çöktüren, E., (2008). Ferromanyetık Filmlerde Oluşan Yüzey Manyetik Anizotropisinin Numerik Çözümlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Edirne, 72 s. [6] Kittel, C., (1996). Katıhal Fiziğine Giriş, Güven Kitap Dağıtım, İstanbul, 434 s. (Çeviri. B.Karaoğlu). 7

11 TEŞEKKÜR Çalıştay koordinatörümüz Prof.Dr. Mehmet Ay a Danışmanlarımız; Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU, Prof. Dr. Serhat ÖZDER e Teknisyenimiz Araş. Gör. Emine GÜNDÜZ e Araş. Gör. Emre ÇOŞKUN a Sosyal Danışma Uzmanımız Uğur DEĞİRMENCİOĞLU na ve Tüm Çalıştay Ekibine Teşekkür ederiz. 8

12 ÖZGEÇMİŞ Emel KALFAOĞLU yılında Sinop un Gerze ilçesinde doğdum. İlk, orta ve lise eğitimimi Gerze de tamamladım yılında başladığım Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Eğitim Fakültesi, Fizik Öğretmenliği Bölümünden 1996 yılında mezun oldum. Aynı yıl M.E.B. de öğretmen olarak göreve başladım yılları arasında O.M.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalında yüksek lisans eğitimimi tamamladım yılında aynı bölümde doktora eğitimime başladım. Halen doktora eğitimime devam etmekte ve fizik öğretmeni olarak çalışmaktayım. Yavuz KESKİN 1978 yılında Artvin in Ardanuç ilçesinde doğdum. İlk ve Orta öğrenimini Artvin de tamamladım yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği bölümünü kazandım yılında Sınıf Öğretmeni olarak göreve başladım. 5 yıl sonunda branş değişikliği yaparak fizik öğretmenliğine geçtim. Halen Artvin Fen Lisesi nde Fizik Öğretmeni olarak görev yapmaktayım. 9