FERROAKIŞKANLARIN YAPISININ ve MANYETİK ALANDA HAREKETLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 ÖZEL EGE LİSESİ FERROAKIŞKANLARIN YAPISININ ve MANYETİK ALANDA HAREKETLERİNİN İNCELENMESİ HAZIRLAYAN ÖĞRENCİLER: Berker Parlaker Emir Coşkun DANIŞMAN ÖĞRETMEN: A.Ruhşah Erduygun 2010 İZMİR

2 İÇİNDEKİLER Amaç 1 Giriş 1 1. Manyetik Alan 1 2. Manyetik Maddeler 2 3. Ferromanyetik Malzemeler Histerisiz Çevrimi 4 5. Nanomanyetik parçacıklar Ferroakışkanlar 6.1. Ferroakışkanların yapısı Ferroakışkana etki eden kuvvetler 6-9 Materyal- Yöntem 10 1.Ferroakışkanın yapısının ve ortam sıvısının incelenmesi Ferroakışkanın manyetik alan içinde hareketinin incelenmesi Ferroakışkanın değişken manyetik alanda hareketinin incelenmesi Sonuç ve Tartışma 19 Kaynakça 20 Teşekkür 21

3 AMAÇ Bu projede amacımız, nanoparçacıkların kutupsal özellikte sıvılarla kaplanmış hali olan manyetik sıvıların manyetik alan altında hareketlerinin incelenmesidir. GİRİŞ Projeye başlamadan önce çeşitli kitap ve makalelerden manyetik alan, nanoparçacıklar ve ferroakışkanlar hakkında bilgi toplanmıştır. 1.MANYETİK ALAN Manyetik alan, elektrik yüklerinin hareketi sonucunda ortaya çıkan bir etkidir. Bir maddenin en küçük parçası olan atomlarda negatif yüklü olan elektronlar, çekirdek etrafında yörüngesel bir hareket yaptıkları gibi, kendi eksenleri etrafında da bir dönme hareketi yaparlar(şekil 1). Şekil 1.a) Bir elektronun yörüngesel hareketi b) Bir elektronun manyetik momenti Elektrik akımının yüklü parçacıkların hareketi sonucunda meydana gelmesi nedeniyle bu hareketlere, bir çeşit mikroskopik akımlar gözüyle bakılabileceği ve tabii ve yapay miknatısların manyetik özellikler göstermesinde etkin oldukları ilk kez Ampere tarafından ileri sürülmüştür. Manyetik etkilerin, söz konusu bu mikroskopik akımlardan ileri geldiği savı, günümüzde de artık kesinlik kazanmıştır. Bu sava göre elektrik yüklü parçacıklar hareket halinde ise ortamda bir değişiklik meydana gelir. İşte akım taşıyan bir bobinin yada bir miknatısın bulunduğu ortamda manyetik kuvvet olarak ortaya çıkan bu değişiklik, manyetik alan olarak adlandırılır. Manyetik alan; doğrultusu, yönü ve şiddeti ile belirlenen vektörel bir büyüklüktür. Her hangi bir ortamdaki manyetik alan, kuvvet çizgileri ya da manyetik akı çizgileri ile gösterilir. N S (a) Şekil 2.a) Mıknatısın manyetik alanı (b) b) NdFeB mıknatısı

4 2.MANYETİK MADDELER Faraday, yaptığı araştırmalar sonunda tüm maddelerin, manyetik alana bir tepki gösterdiğini ve bu tepki nedeniyle karşılıklı bir etkileşimin söz konusu olmasından dolayı maddelerin üç grupta toplanabildiğini göstermiştir; 1) Diamanyetik Maddeler : Bağıl manyetik geçirgenlikleri μ r < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diamanyetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır,gümüş, altın ve su diamanyetik gruba girerler. 2) Paramanyetik Maddeler : Bağıl manyetik geçirgenlikleri μ r > 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana paralel şekilde kendilerini yönlendirirler. Paramanyetizma çift sayıda elektronlara sahip maddelerde görülür. Hava,alüminyum ve silisyum paramanyetik gruba girer. 3) Ferromanyetik Maddeler : Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer. Uygulanan manyetik alan altında yüksek manyetizasyon ve histeresiz özelliği gösterirler. Şekil 3. Para/Ferromanyetik maddeler 3. FERROMANYETİK MALZEMELER Atomik sayıları 21 ila 28, 39 ila 45, 57 ila 78 arasında ve 89 ve büyük olan malzemelerde manyetik moment söz konusudur. En önemli aralık 21 ila 28 arasında olup, bu aralıkta bulunan vanadium, krom, manganez, demir, nikel, kobalt ve bunların alaşımlarında netmanyetik momentleri manyetik alan altında sıfırdan farklıdır ve manyetik alan kaldırıldığına dahi manyetizasyonları hemen kaybolmaz. Bu malzemelere ferromanyetik malzemeler adı verilir. Bu gibi malzemelerde birbirine komşu atomların dizilimler şekil-4 deki gibi olup, yapıları nedeniyle elektronlarının döngü eksenleri hep aynı yönde olduğundan net manyetik momentleri bölgesel olarak sıfırdan farklıdır.

5 Şekil 4. Ferromanyetik maddelerin manyetik moment dizilimleri Ferromanyetik malzemelerde manyetik akı, atomların sıralanma yönü doğrultusu boyunca bir süreklilik içindedir. Sadece demir, nikel ve kobalttan oluşan küçük bir saf elementler grubunda, aynı sıradaki momentler normal ısıda ferromanyetik meydana getirir. Bununla beraber, normal ısının biraz altında bu elementlerdeki ferromanyetik etkilenmez. Isı sonucunda oluşan kuvvetler, tamamen komşu atomlarda manyetik moment oluşturan elektronlar arasındaki mesafeye bağlıdır. Mesafenin belli bir değerinde ferromanyetik olan malzeme, bu belli değerin altında manyetik olmayan malzeme duruma geçer. Değişik bir uygulama, farklı manyetik momentlere sahip farklı dizimli iki grup atom yapısından bir magnet elde edilebilmesidir. (Şekil 5) Bu yapı ferrimanyetik bir yapı olup, bu gruptaki malzemeler ferrit olarak bilinmektedir. Şekil 5. Ferromanyetik maddelerin manyetizasyon vektörleri Ferromanyetik maddeler manyetik özellik bakımından, diamanyetik ve paramanyetik maddelere göre ayrıcalık gösterir. Bağıl manyetik geçirgenlikleri 1 den çok büyüktür. Bağıl manyetik geçirgenlikleri, malzemenin cinsine, malzemeye daha önce uygulanan manyetik işlemlere ve manyetik alan şiddetinin değerine bağlı olarak değişkendir. Paramanyetik ve diamanyetik maddelerde B manyetik akı yoğunluğu (endüksiyon) ile H alan şiddeti arasında doğrusal bir ilişki varken, ferromanyetik malzemelerde bu ilişki doğrusal değildir. Manyetik histerisize sahiptirler. (Şekil 6)

6 Ferromanyetik maddeler Curie sıcaklığı üzerinde paramanyetik malzeme durumuna geçerler. 4. HİSTERİSİZ ÇEVRİMİ Ferromanyetik malzemeler, histerisiz çevrimi ile karakterize edilir. Histerisiz çevrimi, tam bir miknatıslanma peryodunda malzemenin manyetik alan şiddeti H ile manyetik akı yoğunluğu B arasındaki ilişkiyi gösterir. Şekil 6. Histerisiz çevriminin elde edilişi Uyarma akımı dolayısı ile H manyetik alan şiddeti arttırıldıkça B manyetik akı yoğunluğu da doyma noktasına kadar artar. Bu noktadan itibaren uyarma akımı dolayısı ile H alan şiddeti azaltılarak geri dönülecek olursa B nin daha önce H nin arttırılırken aldığı değerlerden daha büyük değerler alarak eğri boyunca azaldığı görülür. Uyarma akımı kesilerek H = 0 yapılsa bile B, bir değer alır. H nin aynı değerleri için B nin farklı değerler alması olayına histeresiz adı verilir. Şekilde verilen kapalı eğri histerisiz eğrisi elde edilir. 5.NANOMANYETİK PARÇACIKLAR Manyetik malzemenin fiziksel ölçüleri her üç boyutta da küçültüldüğünde nanoparçacık denilen yapılara ulaşılır. Ferromanyetik özelliğe sahip malzemeler, pek çok manyetik domain ve bu domainler arasındaki domain duvarından oluşur. Malzemenin boyutu küçüldükçe, yapı içerisindeki domainler sahip oldukları enerjiye bağımlı olarak tek domain hale gelmeye baslar. Bu durumda malzeme içindeki domain duvar hareketlerine ve hatalara bağlı olan manyetik koersivite özelliğinin yani kalıcı mıknatıslık özelliğinin kaybolmasına sebep olur. Örneğin makroskopik boyutlarda ferromanyetik olan bir malzeme belli bir kritik değerin altına kadar küçültüldüğünde paramanyetik gibi davranmaya başlar. Aslında atomların spinleri arasındaki etkileşmeler hala ferromanyetik olmasına ve bir parçacık içindeki tüm spinler birbirlerine paralel olmalarına rağmen, yani parçacıklar tek başlarına ferromagnetik

7 olmalarına rağmen bu parçacıklardan oluşan tozun makroskopik mıknatıslanması paramanyetik bir malzemenin davranışına çok benzer. Şekil 7.Manyetik alan altında domainler Ferromanyetik maddelere, bir manyetik alan uygulandığında spinler yönlenir ve sonraki manyetik doygunluk benzer materyallere göre daha düşük manyetik alanlarda elde edilir. Manyetik alan azaldığında mıknatıslığı giderme spinlerin düzenli dönmelerine bağlıdır ve büyük bir koersivite (Hc) gerekir. Parçacıkların her birisinin toplam mıknatıslanmasını temsil eden bu dev spinlerin ortak davranışı süperparamanyetizma olarak adlandırılır. (Şekil 8) Şekil 8.Hc ile parçacık boyutu arasındaki ilişki 6.FERROAKIŞKANLAR 1960larda Nasa Araştırma Merkezi manyetik alan altında kontrol edilebilir sıvıları keşfetti. Bu nanoparçacıklardan oluşan sıvılar yaygın olarak ferroakışkan (ferrofluid) adında bilinir ve araştırmalar için aktif bir alandır.

8 Ferroakışkan taşıyıcısının içinde suspansiyon olarak duran manyetik nanoparçacıklardan oluşur. Nanoparçacıkların büyüklüğü yaklaşık 10 nm uzaklıktadır. Parçacıkların bozulmaması için yüzeyin kaplandığı madde oldukça önemlidir. Yüzeyin kaplandığı madde manyetik alan uygulandığında toplanmaya engel olacak güce sahip olmalıdır ve nanoparçacıkların moleküler arası bağlarını dengelemelidir. Bu çalışmada kaplayıcı olarak tetrametilamonyum hidroksit ve ortam sıvısı olarakta (N(CH 3 ) 4 OH ) kullanılmıştır. Tetrametil amonyum hidroksit kaplı manyetik akışkan hazır alınmıştır ve ortam sıvısı içine katılmıştır. MANYETİT Tetrametilamonyum katodu Elektrostatik itme kuvveti Hidroksit anyonu MANYETİT Şekil 9.Ferroakışkanın yapısı Ferroakışkanın içine koyulduğu sıvı içinde koloit suspansiyon şeklinde kalabilmesini sağlamak için elektrostatik itme kuvvetinin parçacıklar arası çekim kuvvetinden küçük olması gereklidir. Ferroakışkan sisteminde iki çekim kuvveti vardır. Birincisi Van der Waals kuvvetleri, ikincisi manyetostatik kuvvetlerdir. Ayrıca yer çekim kuvveti tüm koloit sistemi etkileyecektir. Parçacıklar arası çekim kuvveti sıvı içindeki koloit parçacıkların kümeleşmesini sağlar. Bu kümeleşen parçacıkların büyüklüğü 10 nm boyutunda ve yoğunluğu ise 5.2 g/cm 3 tür. Ferroakışkanın yoğunluğu etki eden manyetik alanın gücü oranında değişir. Manyetik alan parçacıkların bir arada kalmasını sağlar. Sıvı içindeki parçacık büyüklüğü çekim kuvvetine bağlı olarak büyüyebilir. Molekülleri bir arada turan zayıf Van der Waals kuvvetleri çeşitli dipol-dipol kuvvetlerinin çeşitliliğine göre artar.

9 Van der Waals çekiminin yarattığı enerji R parçacıkların yarı çapı, D parçacıkları merkezlerinden olan uzaklığına bağlı olarak, (1) şeklinde yazılır. A Hamaker sabitidir. Bu etkileşim ve çekim kuvveti parçaçık büyüklüğü ile artar. Manyetik dipoller arasındaki etkileşim enerjisi ise; (2) manyetik geçirgenlik katsayısı µo, m 1 ve m 2 dipol momentlerinin etkileşimine ve parçacılar arasındaki uzaklığa bağlıdır. Manyetostatik etkileşimler, çözelti içindeki kolloid manyetik maddelerin dipol momentleri ile artar. Bu kuvvetler çekme özelliğine sahiptir ve manyetik alan içinde manyetize olurlar. Elektrostatik itme Kararsız hal Potansiyel enerji Kararlı hal Van der Waals çekimi Nanoparçacıklar arası uzaklık azalıyor Şekil 10.Potansiyel enerji- parçacıklar arası uzaklık Grafikte elektrostatik potansiyel nanoparçaçıklar birbirinden uzaklaştıkça azalıyor, van der Waals kuvvetleri ise nanoparçaçıklar birbirinden uzaklaştıkça artıyor. Toplam uygulanan enerji değişimini kullanarak parçacıklara etki eden kuvvetin yorumlayabiliriz. U/ x ile değiştiğine göre parçaçıklara etki eden parçacık büyüklüğü artsa da azalsa da nanoparçaçıklar minumum noktasında kararlı haldedir. Maksimum noktasında ise U/ x her iki durumda da azalacağı için karasız haldedir.

10 Şekil 11.Van der Waals kuvvetlerinin etkisi ile nanoparçacıkların kümelenmesi Ferroakışkanların en önemli özelliği de değişken manyetik alanlarda B(r)manyetik momentleri manyetik alan paralel minumum enerji doğrultusunda dönmeleridir (U = -µ.b). Nanoparçacıklara etkiyen F = B/ x.µ (3)kuvveti tarafından çekilirler. Kuvvet uzaklığa göre manyetik alan değişimine bağlı olarak değişir.

11 MATERYAL- YÖNTEM Bu projede deneysel çalışmalarda 2 NeFeB adet mıknatıs, 4 adet dairesel alüminyum levha, 2 adet DC motor, çeşitli ebat ve şekillerde cam borular, ferroakışkan ve ferroakışkanın içinde hareket ettiği çözelti NH 4 -OH kullanıldı. 1.FERROAKIŞKANIN YAPISININ VE ORTAM SIVISININ İNCELENMESİ İlk olarak giriş kısmında bahsettiğimiz elektrostatik itme ve van der Waaals kuvvetlerinin ferroakışkanlara etkisi üzerine çalışılmıştır. Van der Waals Kuvveti=Manyetostatistik kuvvet Şekil 12. Ferroakışkana etki eden kuvvetler Projedeki önemli yeniliklerden biri, Amerikan patentli yağ benzeri özellik gösteren ferroakışkanların içinde hareket edeceği ortam sıvısının bulunmuş olmasıdır. Ortam sıvısı olarak NH 4 -OH kullanılmıştır. Bu malzeme bulunana kadar pek çok yağın çözünmediği bir çok sıvı denenmiştir. Bu sıvının özelliği ferroakışkanların yüzeye yapışması ve sürtünmesini önlemesidir. Cam boru içinde dağılmadan durabilmelerinin nedeni ise sıvı basıncının dağılmayı engellemesidir. Bu sayede kullanılan cam boru içinde hareketi sağlanabilmiştir. 2. FERROAKIŞKANIN MANYETİK ALAN İÇİNDE HAREKETİNİN İNCELENMESİ Deneme 1.İlk olarak askıda kalan ferroakışkanın manyetik alan içinde hareketi gözlenmiştir. (a) Resim 1.(a),(b) Ferroakışkanın mıknatısla şekil değiştirmesi (b) Şekil 13.Mıknatısla birlikte ferrosıvının hareketi

12 Resim 2. Mıknatısla birlikte ferroakışkanın hareketi Ferroakışkan içindeki nanomanyetik parçacıklar mıknatısın manyetik alanı tarafından etkilenmekte ve boyutlarından dolayı süperparamanyetik malzeler gibi davranarak manyetik alanda şekil değiştirmektedirler. Aynı zamanda mıknatısla etkileşmesi sonucu manyetize olarak hareket edebilmektedir. Mıknatısı yaklaştırdığımızda parçacıklar dağılmaktadır. Mıknatısı yaklaştırıp uzaklaştırarak manyetik alan değişimine baktığımızda manyetik kuvvetlerin uzaklıkla ters orantılı olarak değiştiğini gözlemleyebiliriz. Bu durumda ferroakışkan manyetik alandan uzaklaştıkça parçacıkların manyetik alan etkisinden kurtulup birleştiği gözlenmiştir. z ekseni Mıknatısların x ve z koordinatlarında manyetik alan değişimleri Gaussmetre cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Burada amaç manyetik alan değişimini yorumlayabilmektir. x ekseni Şekil 14. Kullanılan mıknatıs Grafik 1. x ekseni üzerindeki manyetik alan değişimi

13 Grafik 2. z ekseni üzerindeki manyetik alan değişimi Resim 2 de ferroakışkana z yönünde yaklaştırılan mıknatısın uyguladığı kuvvet B/ z değişimine göre uzaklıkla azalmaktadır. Deneme 2. Mıknatıs DC motorun merkezine yerleştirilmiştir. DC motor çalıştırıldığında yatay cam yüzeydeki ferrofluid-nh 4 -OH karışımı üzerinde manyetik sıvının merkezdeki mıknatıs üzerinde toplandığı ve dönme etkisiyle hacminin değiştiği gözlenmiştir. Resim 3. Dönen mıknatısla ferroakışkanın hareketi Dönen mıknatısla birlikte ferroakışkanlarda hacimlerini değiştirmekte ve hareket etmektedir. Manyetik alan değişimi ile nanoparçacıklarda şekil değiştirmektedir. Parçacıklar arasındaki Van der Waals kuvvetlerini manyetik kuvvetin yendiği durumlarda parçacılar birleşmekte, manyetik alan içinde ise dağılmaktadırlar. 3. FERROAKIŞKANIN DEĞİŞKEN MANYETİK ALANDA HAREKETİNİN İNCELENMESİ Mıknatısların hareketli olduğu bir sistem tasarlandı. Dairesel alüminyum levhalar DC motorlar üzerine yerleştirildi. Mıknatıslardan biri 2 alüminyum levha arasına konuldu. ve sabitlendi.

14 Ferroakışkanın içinde bulunduğu amonyum hidroksit süspansiyon karışımı dairesel bir cam boruya konulup bu levhalar arasında monte edilebilecek şekilde yerleştirildi. Böylece manyetik alan etkisinde hareket sağlaması için gerekli düzenek oluşturulmuş oldu. 1 cm 2 cm 1 cm 2.mıknatıs Şekil 15. Manyetik alan değişi ile ferroakışkanın hareketlendirilmesi için hazırlanan düzeneğin yandan görünüşü Resim 4. Ölçüm düzeneğinin üstten ve yandan görünüşü Deneme 3.İlk olarak tek bir mıknatıs sabitlenmiş ve çeşitli Volt değerlerinde DC motor çalıştırıldığında, dairesel cam boru içindeki ferroakışkanın mıknatısın manyetik alanı ile hareketi gözlenmiş ve hızı ölçülmüştür.

15 DC motor NH 4 OH çözeltisi Ferroakışkan Şekil 16.Ferroakışkana etki eden Manyetik kuvvet =Merkezcil kuvvet Mıknatıs Resim 5. Tek mıknatısla hareket Gerilim değeri(v) Mıknatısın hızı(m/s) Ferroakışkanın hızı(m/s) 1,5 0,12 0,12 3 0,24 0,22 6 0,39 Mıknatısı takip edemedi. Ferroakışkana etki eden merkezcil kuvvet hesaplanırsa F m =mv 2 /r m=23g=0,023kg (Hassas terazi ile ölçülmüştür.) F m = 0,023.(0,12) 2 /0,04 =0,0083N F m =0,023.(0,22) 2 /0,04=0,028 N Sistemde ferroakışkanın hız değeri 0,22 m/s iken manyetik alan değişiminden kaynaklanan manyetik kuvvet etkisi -merkezcil kuvvet- ortam sıvısından kaynaklanan sürtünme kuvvetini yenebilmektedir. 6V dan sonra ferroakışkan mıknatısı takip edememektedir.sürtünme kuvvetini yenememektedir. ferroakışkan (a) (b) mıknatıs (a) (b) Şekil 17. a.ferroakışkanın hareketlendirilmesi b.6v dan sonra ferroakışkan mıknatısı takip edememektedir.

16 Ferroakışkan mıknatısın belli bir hız değerine kadar mıknatısın manyetik alanından etkilenip onunla birlikte hareket edebilmektedir. Fakat belirli bir hız değerinin üstünde (0,39m/s) nanomanyetik parçacıklar mıknatısın manyetik alanı dışında kalmakta ve takip edememektedir. Manyetik alan ölçüm Grafik 2 de görüleceği üzere manyetik alan değeri mesafe ile hızla azalmaktadır. Parçacıklar ise sıvı direncinden dolayı,sürtünme kuvvetini yenemedikleri için yavaşlamakta ve manyetik alanı takip edememektedir. Ferroakışkandan mıknatıs uzaklaştıkça mıknatısın oluşturduğu manyetik alan şiddeti değeri azalmaktadır.manyetik alan değeri azalmaktadır. Bu durumda ferroakışkana etkiyen kuvvet uzaklaştıkça azalmaktadır. Deneme 4. Dönen iki adet mıknatısın aynı kutupları, daha sonra zıt kutupları birbirine bakacak şekilde alüminyum levhalar arasına koyularak değişen manyetik etkinin ferroakışkan üzerindeki hareketi gözlenmiştir. Resim 6. Aynı ve zıt kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında durumlar Mıknatıslar aynı kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında,zıt kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında (Aynı fazda) ve zıt kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında (Faz farkı var ise) ferroakışkanın hızı ölçülmüştür. Sistemde mıknatısların durumu Hız(m/s) 1.durum: 0,098 Aynı kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında 2.durum: 0,034 Zıt kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında (Aynı fazda) 3.durum: 0,076 Zıt kutuplar birbirine doğru konumlandırıldığında (Faz farkı var ise) Tablo 1. Ferroakışkan hızı

17 B 2 B 1 B 2 B 1 B 1 B 2 1.durum 2.durum 3.durum Şekil duruma göre mıknatısların manyetik alanların vektörel gösterimi Tablo 1 de görüldüğü gibi 3 durumda ferroakışkanın hızı farklı olmaktadır. Ferroakışkanların hızların farklı olmasının nedeni mıknatısın manyetik alanlarının büyüklüğü ile ilgilidir. 1. durumda en yüksek değerdedir.(şekil 16) Çünkü manyetik alanlar birbirini desteklemektedir. Manyetik parçacıkların manyetik alan içinde hızlanmaları için manyetik alanın değişiyor olması gerekmektedir. Burada manyetik alanın vektörel bir büyüklük olduğunu düşünürsek sürekli değişecektir. Ve 1. durumdaki B değerleri en büyük vektörel farkı verecektir. Her 3 durum için x ekseni üzerindeki uzaklık dolayısıyla manyetik alan vektörleri sabit tutulup z ekseni üzerindeki değişimlerden yorum yapılmıştır. B 1 B 2 B 1,2 Bileşke Grafik 3. (1.durum)Aynı kutupları birbirine doğru konumlandırılan mıknatısların z yönündeki bileşke manyetik alan değişimi Ferroakışkan düzeneğimizde mıknatıslardan 18mm uzaklıktadır. Grafik 3 te 18 mm bileşke manyetik alan şiddetinin büyülüğü 400 G tur.

18 B 1 B 2 B 1,2 Bileşke Grafik 4. (2.durum)Zıt kutupları birbirine doğru konumlandırılan(aynı fazda dönen) mıknatısların z yönündeki bileşke manyetik alan değişimi Grafik 4 te 18 mm bileşke manyetik alan şiddetinin büyülüğü 0 G tur. Zıt yöndeki manyetik alanlar birbirini yok etmektedir. B 1 B 2 B 1,2 Bileşke Grafik 5. Zıt kutupları birbirine doğru konumlandırılan (faz farkı ile dönen) mıknatısların z yönündeki bileşke manyetik alan değişimi Grafik 5 te 18 mm bileşke manyetik alan şiddetinin büyülüğü 200G tur. Aralarında faz farkı bulunduğu için bileşke manyetik alan oluşmuştur.

19 Şekil 19 da 1,2 ve 3. durum için herhangi bir Δt aralığında manyetik alan vektörlerinin değerleri tahmini olarak çizilmiştir. B 1+ B 2 B 1 - B 2 B 1 - B 2 B 1 -B 2 B 1+ B 2 B 1+ B 2 1.durum 2.durum 3.durum Şekil duruma göre mıknatısların Δt sürede manyetik alanların vektörel değişimi Şekil 19 a ve grafik 3,4 ve 5 e göre manyetik alan değişimi sıralaması ΔB 1 > ΔB 2 > ΔB 3 olmaktadır. Buna göre mesafeye bağlı olarak manyetik alan değişimi ile doğru orantılı değişen bir kuvvet uygulanmaktadır. Bu da parçacıkların ivmelenmesini sağlamaktadır. Burada ΔB /Δx kullanmak bize kuvvet değişimi hakkında fikir verecektir. En büyük kuvvet 1.durumda uygulandığı için hız en büyük değerde, 3.durumda da en küçük değerdedir.

20 SONUÇ Projede elektrostatik, manyetik ve sıvı içinde oluşan kuvvetlerden oluşan bir yapı üzerindeki değişiklikler araştırılmıştır. Bu kuvvetlerden elektriksel kuvvetler manyetik parçacıkların birleşmesinde, manyetik kuvvetler ise bu parçacıklara hareket kazanmaları ve toplu halde hareketlerinin sağlamalarında etkilidir. Manyetik alanda ferroakışkanların hareketlerinin istenilen seviyede olması için manyetik alan değerinin yanında manyetik alan değişiminin büyük olması gerektiği sonucuna varılmıştır. Kurulan sistemle ferroakışkanın hızı 98 cm/s ye kadar çıkmıştır. Projedeki önemli yeniliklerden biri de, Amerikan patentli yağ benzeri özellik gösteren ferro akışkanların yüzeye yapışması ve sürtünmesini önleyecek ortam sıvısının bulunmuş olmasıdır. Bu projede incelenen özelliklerine göre ferroakışkanlar, lab-on chiplerde mikro yollarda sıvı hareketi gerektiren işlemlerde veya sıvıların mekanik cihazlarda taşınması gibi manyetik akışkan uygulamalarında kolaylıkla kullanılabilir. Özellikleri incelenen manyetik akışkanın hacimlerinin düşük olması bu alanlarda kullanıldığında çevre kirliliğinin azalmasında da etkili olacaktır.

21 KAYNAKÇA 1.Giancoli D.C.,(2005), Physics, Pearson Education Publishing Company, NJ;USA 2.Elektromekanik Enerji Dönüşümü Ders Notları, Prof.Dr. Emin Tacer, İTÜ Elektrik-Elektronik Fakültesi 3.Berger P,Preparing and Propertiies of Aqueous Ferrofluid,Journal of Chemical Education, Vol.76, No.7, July Roland,P. Particle Steering by Active Control of Magnetic Fields and Magnetic Particle Agglomeration Avoidance, ISR Technical Report Zahn M.,Magnetic fluid and nanoparticle application to nanotechnology, Journal of Nanoparticle Research3: 73-78, Beasant P., (2002), Elektronik, Tübitak Yayınları, Ankara 7. Yaz M.A, Aksoy S., Abacı S., Yalçıneli M., Teymur A., Vardar T., (1997), Fizik 2 Elektrik ve Manyetizma, Sürat Yayınları, İstanbul 8.Cheng D.K., (1989), Field and Wave Electromagnetics, Addison-Wesley Publishing Company,NewYork,USA 9.Scherer C., Figueiredo Neto A.M., Ferrofluids: Properties and Applications, Brazilian Journal of Physics, vol. 35, no. 3A, September, Yellen B.B.,Fridman G.,Friedman G., Ferrofluid lithography, Nanotechnology 15 (2004)