TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ-FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK- PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI (LİSE-4 [ÇALIŞTAY 2014]) GRUP ADI: FENER PROJE ADI NEODYUM MIKNATISLARLA ELEKTRİK ÜRETME Proje Ekibi ZEYNEP ALAKURT OSMAN GÜNER PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. ŞAKİR ERKOÇ Doç. Dr. MAHMUT BÖYÜKATA TEKNİSYEN Arş.Gör. FATMA GÖZÜTOK ÇANAKKALE 25 OCAK 2014-2 ŞUBAT 2014
PROJENİN AMACI Manyetik gücü yüksek neodyum mıknatıslarla elektrik üreten düzenek oluşturma. İndükleme yoluyla elde edilen elektriğin günlük hayatta kullanılabileceği alanlar geliştirmek. 1.GİRİŞ Tesla ya göre alternatif (değişken) akımı tüm sistemlerde kullanmak daha doğruydu. Çünkü alternatif akımın iletilmesinde dirençten kaynaklanan kayıpları minimuma indirmek mümkündü. AC akım jeneratörleri ve motorları,radyo, floresan, radar, neon ışıkları, lazer teknolojisi, hızölçer, elektron mikroskobu, mikrodalga fırın,robot teknolojisi, uzaktan kumanda, ve daha niceleri aslında bu bilim insanı sayesinde günümüzde kullanılıyor. Uzay gemisi uzaktan kumanda merkezleri Nikola Tesla nın yöntemini kullanıyor. X ışınları üreten sistemlerden manyetik rezonans görüntülemeye kadar, radyoloji bölümlerindeki tüm teknik cihazlarda Tesla nın katkıları vardır [1]. Demir nikel kobalt gibi metalleri çeken cisimlere mıknatıs denir. Neodyum mıknatıslar, en güçlü manyetik alana sahip mıknatıslardır. Genel olarak neodyum, demir ve boron elementlerinden oluşur. Paslanma ve ısıya karşı diğer mıknatıslardan daha az dirençlidir. Üretimindeki yöntemler ve hammaddelerden dolayı diğer mıknatıslara göre daha pahalıdır. Neodyum mıknatıslar yüksek şiddette manyetik alan gerektiren uygulamalarda kullanılır. Normal mıknatısların manyetik alan şiddeti (Şekil-1) aynı boyuttaki bir neodyum mıknatısa göre daha düşüktür.(şekil-2) Şekil-1) Çubuk mıknatıs da manyetik alan kuvvet çizgileri Şekil-2) Silindirik mıknatıs ve kutupları Bir mıknatıs akım makarasının içine doğru hızla yaklaştırıldığında ya da makaradan uzaklaştırıldığında ampermetreden akım geçer. Üreteç olmadan elde edilen bu akıma indüksiyon akımı denir. İndüksiyon akımının meydana gelmesinin nedeni kapalı bir devre halinde bulunan iletkenden geçen, manyetik alan kuvvet çizgilerini (akı) sayısının değişmesidir [3].
2.MATERYAL VE YÖNTEM Silindirik bir düzenek tasarladık. Silindirik düzenek içinde hareket edebilecek şekilde üretilmiş mıknatıslar kullandık. Kullandığımız mıknatısların mıknatıslanma yönü kendi ekseni yönünde olduğu için indüklenirken en az sürtünmeye maruz kaldı (Şekil 3). İndükleme sırasındaki çarpmalarda darbe etkisini azaltmak için şırınganın uç noktalarına içten selpak mendilden oluşan bir tampon ekledik. Şekil-3) 10 adet neodyum mıknatıs ve plastik şırıngadan oluşan düzenek Şırıngayı kullanarak 320 sarımlı bir bobin oluşturduk.(şekil-4). Şekil-4) Şırınga ile oluşturulan farklı sarımlı bobin.
10 saniye süresince farklı periyotlarla 5 kez indükleme yaptık. Değerleri aldık. T.f = 1 bağıntısından frekansı hesaplayıp tablo oluşturduk. Gerilim frekans grafiğini elde ettik. Alternatif akımın ve gerilimin periyotları aynıdır. Sadece dirence bağlı olarak maksimum değerleri dolayısıyla etkin değerleri farklı olur[2]. V Vm sin t Ohm kanununa göre devreden geçen akım şiddeti Vm sin t I R I I m sin t İndükleme başladığında akım ve gerilimin değeri sıfırdır. Akım ve gerilimin zamana bağlı değişim grafikleri Şekil-5a ve Şekil-5b deki gibidir. Şekil-5a) Öz indüksiyon geriliminin zamana bağlı değişimi Şekil-5b) Öz indüksiyon akımının zamana bağlı değişimi Alternatif akım ve gerilimin zamana bağlı grafiği şekil-6 daki gibi olmalıdır.
Şekil-6) Alternatif akım ve gerilimin zamana bağlı grafiği Ölçümler 320 sarımlı,300 sarımlı,280 sarımlı ve 200 sarımlı bobinlerle 5 er kez yapılmış ve alınan değerler yardımıyla tablolar oluşturulmuş ve excell yardımıyla gerilim frekans grafikleri oluşturulmuştur. 2.1Kullanılan Materyaller Proje süresince kullanılan materyaller aşağıda verilmiştir. No Malzeme Adı Miktarı Birim Açıklama ve Teknik Özellikler 1 Vernikli Bakır Tel 40 m 0,30mm çapında 2 Neodyum Mıknatıs 10 adet 1,5cm çapında 3 Şırınga 1 adet 20ml 4 LED 1 adet Çift ayaklı yeşil 5 Lehim 1 adet 6 Havya 1 adet 7 Milimetrik kağıt 5 adet 8 Digital Multimetre 1 adet 9 Krokodilli Kablo 2 adet 10 Plastik Kelepçe 2 adet 11 Tahta 1 adet 10x15x1,5 cm 12 İnce uçlu maket bıçağı 1 adet
3.DENEYİN YAPILIŞI 1-320 sarımlı bobin içine konulan neodyum mıknatısın indüklenmesiyle 10 saniye için tablolardaki frekans değerleri ve bu değerlere karşılık gelen gerilim değerleri elde edildi. Bu gerilim değerleri bobine seri bağlı dijital multimetre ile frekans değerleri ise kronometre yardımıyla ölçüldü. Frekans değerleri ve mv cinsinden gerilim değerleri bulundu. 2- Bulunan bu değerler beklendiği gibi bir eğri oluşturmasa da gerilim için yüksek değerler olduğu görüldü. 3- Sarım sayısı 300 e indirildi gerekli ölçüm değerleri alındı. 4- Sarım sayısı 280 olan bobin için deney tekrarlandı frekans ve gerilim değerleri için ideale yakın grafik elde edildi. 5- Deney 260, 240, 220 sarım sayılı bobinler için tekrarlandı ama ikinci ideal grafik 200 sarımlı bobin için bulunan frekans ve gerilim değerlerinden de elde edildi. BULGULAR Deney sonucunda elde ettiğimiz veriler en yüksek sarım sayısı olan 320 için frekans değerleri Hertz cinsinden, potansiyel değerleri ise mv cinsinden verilmiştir ve bu değerler deney için en yüksek gerilim değerleridir. Bu değerler Tablo-1 de gösterilmiştir. Tablodaki değerlerden elde edilen grafik Şekil-1 deki gibidir. TABLO -1) Deneyde elde edilen frekans ve maksimum gerilim değerleri (N=320 ) t(s) Devir Sayısı f (Hertz) Vmax (mv) 10 27 2,7 0,44 10 32 3,2 0,53 10 40 4 0,56 10 40 4 0,58 10 45 4,5 0,66 Tablo-2 de sarım sayısı 300 olan bobin için frekans değerleri Hertz cinsinden, potansiyel değerleri ise mv cinsinden verilmiştir ve bu değerler deney için en yüksek ikinci değerlerdir. Tablodaki değerlerden elde edilen grafik Şekil-2 deki gibidir. TABLO-2) Deneyde elde edilen frekans ve maksimum gerilim değerleri (N=300 ) t(s) Devir Sayısı f (Hertz) Vmax (mv) 10 22 2,2 0,305 10 22 2,2 0,336 10 30 3 0,378 10 31 3,1 0,420 10 35 3,5 0,496
Tablo-3 de en yüksek üçüncü sarım sayısı olan 280 için frekans değerleri Hertz cinsinden potansiyel değerleri ise mv cinsinden verilmiştir ve bu değerler deney için en yüksek üçüncü değerler olup ideale yakın bir eğri elde edilmiştir. Tablodaki değerlerden elde edilen grafik Şekil-3 deki gibidir. TABLO-3) Deneyde elde edilen frekans ve maksimum gerilim değerleri (N=280 ) t(s) Devir Sayısı f (Hertz) Vmax (mv) 10 10 1 0,062 10 16 1,6 0,077 10 21 2,1 0,125 10 27 2,7 0,440 10 32 3,2 0,480 Tablo-4 te en düşük sarım sayısı olan 200 için frekans değerleri Hertz cinsinden, potansiyel değerleri ise mv cinsinden verilmiştir ve bu değerler deney için en düşük değerler olup yine ideale yakındır. Tablodaki değerlerden elde edilen grafik Şekil-4 deki gibidir. TABLO-4) Deneyde elde edilen frekans ve maksimum gerilim değerleri (N=200 ) t(s) Devir Sayısı f (Hertz) Vmax (mv) 10 20 2 0,139 10 28 2,8 0,250 10 33 3,3 0,307 10 38 3,8 0,347 10 40 4 0,360
Grafik-1) N=320 sarım için gerilim ve frekans grafiği Grafik-2) N=300 sarım için gerilim ve frekans grafiği
Grafik-3) N=280 sarım için gerilim ve frekans grafiği Grafik-4) N=200 sarım için gerilim ve frekans grafiği
4. SONUÇ VE TARTIŞMA Bu deneyde kullanılan düzenekler rüzgar enerjisinin düşük devirlerde çevirdiği kanatlara monte edilerek kullanılabilir. Günümüzde alternatörleri döndürmek için kullanılan kanatların üzerine bu düzenek yerleştirilerek dönme esnasında indükleme hareketi yaptırılır. Deniz fenerlerinde ihtiyaç olan elektrik bu mantıkla geliştirilebilir. Böylelikle elde edilmesi pahalı olan alternatörlere olan bağımlılık azaltılabilir.
TEŞEKKÜR Çalıştay koordinatörü Prof. Dr. Mehmet AY a proje danışmanlarımız Prof. Dr. Şakir ERKOÇ a ve Doç. Dr. Mahmut BÖYÜKATA ya teknisyen Arş. Gör. Fatma Gözütok a ve tüm çalıştay ekibine çalışmamıza yaptıkları katkı ve desteklerinden dolayı teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR [1] Özlem Kılıç Ekici, TUBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi yıl 45 sayı529 Aralık 2011 [2] SERWAY,Raymond A. Fizik 2 Fen ve Mühendislikler için &Elektrik ve Manyetizma-Işık v e Optik Palme Yayıncılık [3] SERWAY,Raymond A. Fizik 2 Fen ve Mühendislikler için &Elektrik ve Manyetizma-Işık v e Optik Palme Yayıncılık
GRUP ÜYELERİNİN ÖZGEÇMİŞLERİ Zeynep ALAKURT (Babaeski Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi) 1976 da İstanbul da doğdu. 1999 da Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümünü bitirdi. 2002 yılında aynı zamanda araştırma görevlisi olarak çalıştığı Marmara Üniversitesi İktisadi İdari Bilimler Fakültesi Sayısal Yöntemler Anabilim Dalı nda Yüksek Lisansını yaptı. Halen Kırklareli ili Babaeski ilçesi Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi nde fizik öğretmeni olarak görev yapmaktadır. Osman GÜNER ( Çerkezköy Ticaret ve Sanayi Odası Anadolu Lisesi ) 1975 yılında Yozgat ta doğdu. Dicle Üniversitesi Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği Bölümü nden 1998 de mezun oldu. Halen Tekirdağ ili Çerkezköy ilçesi Ticaret ve Sanayi Odası Anadolu Lisesi nde fizik öğretmeni olarak görev yapmaktadır.