DENEY 5 Bir Bobinin Manyetik Alanı T P r o f. D r. T u r g u t B A Ş T U Ğ P r o f. D r. S a l e h S U L T A N S O Y Y r d. D o ç. D r. N u r d a n D. S A N K I R D r. A h m e t N u r i A K A Y A N K A R A - 011 TOBB ETÜ T O B B E T U - F i z i k 1 0 L a b o r a t u a r D e r s i D e n e y F ö y l e r i Sayfa 1
DENEY 5 BİR BOBİNİN MANYETİK ALANI Deneyin Amacı: Bir tel halkanın manyetik alanını ölçerek Biort-Savart kanununu deneysel olarak doğrulamak ve bobinde meydana gelen manyetik alanı incelemek. İlgili Konular : Manyetik Alan, Biot - Savart yasası. Teori: Oersted 1819 yılında akım taşıyan bir iletkenin bir pusula iğnesini saptırdığını keşfetti. Bunun anlamı akım taşıyan bir iletken tel çevresinde bir manyetik alan oluşturmasıydı. Bu keşiften kısa bir süre sonra, Jean Baptiste Biort ve Felix Savart kararlı akım taşıyan bir iletkenin bir mıknatıs üzerinde kuvvet oluşturduğunu gördüler. Biort ve Savart deneysel sonuçlardan yola çıkarak uzayın bir noktasındaki manyetik alanı, bu alanı oluşturan akım cinsinden veren ifadeyi buldular. Bu yasanın matematiksel olarak elde edilişini, Şekil-1 i kullanarak inceleyelim. ds R θ b db y db r db x Şekil 1. Bir tel halkanın ekseni boyunca olan manyetik alanın hesaplanması (Biot savart kanunu) Burda çember üzerinde her ds uzunluk elemanının bulunduğu yerde hangi bir eleman için dir. Burda simetri kavramından y bileşenleri birbirini götürür. Bu durumda ye dik olduğundan her olduğundan Bulunur. Burada 0 = 1,566x10-6 H/m dir ve manyetik alan sabiti olarak isimlendirilir. Eğer aynı telden az sayıda özdeş tel halkalar birbirlerine yakın olarak yerleştirilirse, manyetik alan n sarım (halka) sayısıyla çarpımına eşit olur. T O B B E T U - F i z i k 1 0 L a b o r a t u a r D e r s i D e n e y F ö y l e r i Sayfa
Şekil. Deney Düzeneği Deneyde Kullanılacak Cihazlar: Değişik sarımlarda ve uzunluklardaki bobinler, manyetik alanı ölçmek için Hall probu ve dijital teslametre, multimetre ölçüm cihazı, DC-AC güç kaynağı, değişik çaplarda ve sarım sayılarındaki tel halkalar, bağlantı kabloları, metre ve bobinleri istenilen yükseklikte tutabilmek için yüksekliği ayarlanabilir kaldıraç. Deneyin Yapılışı: Öncelikle Şekil de verilen düzeneği kurunuz. Deneyimiz kabaca bölümden oluşacaktır. a) Tel halkaların sarım sayısına ve yarıçapına bağlı olarak manyetik alanı ölçerek ve gerekli hesaplamaları yaparak manyetik alan sabitini bulmak b) Farklı sayım sayılarında ve farklı uzunluklardaki bobinleri kullanarak bobinde meydana gelen manyetik alan eğrilerini elde etmek. Önce deneyin ilk kısmını yapalım (a). Bunun için 6 cm yarıçaplı tel halkalardan 1, ve 3 sarımlı olanları alalım. Önce tek sarımlı halkayı destek üzerindeki yuvasına takalım. Daha sonra bu yuvanın problarını sabit güç kaynağına bağlayalım ve halkaya sabit (DC) 5 A değerinde akım uygulayalım. Ölçüme hazır olan Hall probunu bu halkanın tam merkezine yaklaştırarak dijital teslametre deki manyetik alan değerini not edelim. Daha sonra güç kaynağını kapatıp, tek sarımlı halka yerine sarımlı halkayı takarak tekrar sabit 5 A değerinde akım uygulayarak manyetik alanı not edelim ve aynı işlemi 3 sarımlı halka için de tekrarlayalım. Elde ettiğimiz verilerden yararlanarak B-n (sarım sayısı) grafiğini çizelim. Bu grafikten yararlanarak manyetik alan sabiti 0 değerini bulalım. Daha sonra tek sarımlı halkalardan yarıçapları 6 cm den farklı olanları alarak sabit 5 A akım değerinde yine halkanın merkezindeki manyetik alan değerlerini not ediniz. Bu değerlerle B-r (yarıçap) grafiğini çiziniz. B ve r arasındaki ilişkiyi açıklayınız. T O B B E T U - F i z i k 1 0 L a b o r a t u a r D e r s i D e n e y F ö y l e r i Sayfa 3
Şimdi deneyimizin ikinci kısmına bakalım (b). Bu deneyde bobinler kullanılacaktır. Buradaki amaç bobinin içerisindeki yer değiştirmeye bağlı olarak manyetik alanın değişimini incelemektir. Bunun için düzeneği tam olarak Şekil- de gösterildiği gibi kuralım. Bobinlere 18 Volt değerinde sabit voltaj uygulayarak akım değerini de 1 A değerine getirelim. Daha sonra ölçekli metre üzerinde hareket edebilen Hall probunu kullanarak bobinin z- ekseni boyunca yer değiştirmeye bağlı olarak manyetik alan değerlerini not edelim. Hall probu bobinin tam merkezine geldiğinde (Z=0) manyetik alanın değeri nedir? Aynı ölçümleri sabit uzunluk ve yarıçapa sahip ancak farklı sarım sayısındaki diğer bobinler içinde yaparak manyetik alan değerlerini not edin. Buna göre her bir bobin için B-z (merkezden yer değiştirme) grafiğini çizelim. Merkezde (z=0) manyetik alan şu formülle hesaplanır. 0In B(0) R l 1/ T O B B E T U - F i z i k 1 0 L a b o r a t u a r D e r s i D e n e y F ö y l e r i Sayfa 4
Bu verileri kullanarak aşağıdaki tabloyu doldurunuz. 1.Kısım için Veri Tablosu Not : 1 mt = 10 Gauss r=6 cm İçin Sarım Saysı B (mt) 1 Sarım Sarım 3 Sarım Tek Sarımlı Halka Yarı Çapı (cm) 6 4,5 3 B (mt).kısım için Veri Tablosu n l (mm) 75 150 300 Ölçülen l Mesafesi (mm) 10 10 10 Ölçülen B(0)mT Hesaplanan SORULAR 1) Deneyin yapılışı kısmındaki soruları cevaplayınız. ) Deneyin yapılışı kısmında istenen tabloları milimetrik grafik kağıdına çiziniz. 3) Tel halka deneyinde manyetik alanla n sarım sayısı nasıl değişmektedir? Yorumlayınız. 4) Deneylerden görüldüğü üzere manyetik alan bobinin merkezinde maksimumdur. Bunun nedenini Biot- Savart yasasından yola çıkarak yorumlayınız. Not: Bu sayfanızı ölçümlerinizi aldıktan sonra sorumlu eğiticinize imzalatmanız gerekmektedir. Sonraki hafta getireceğiniz raporlarınızın ekinde bu sayfa yer almak zorundadır. Grafiklerinizi ve yorumlarınızı bu değerlere göre hazırlamalısınız. Deneyi Yapan İsim : Öğr. No : İMZA: (Asistan) T O B B E T U - F i z i k 1 0 L a b o r a t u a r D e r s i D e n e y F ö y l e r i Sayfa 5