TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ ( FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK ) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI LİSE-1 ( Çalıştay 2011 ) FİZİK GRUP GIRGIR PROJE ADI SIVI İLETKENLİĞİNDEN YARARLANARAK SU SEVİYESİNİN ÖLÇÜLMESİ Proje Ekibi Nazan YILMAZ İbrahim SARI Gürsün OTLAMAZ PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Prof. Dr. Hakan KÖÇKAR KEPEZ/ÇANAKKALE Temmuz 2011
PROJENİN AMACI: Baraj ve su deposu gibi su tutulan sistemlerde su seviyesinin daha ekonomik ve kontrollü olarak takip edilmesi ve bu sayede su taşkınlarının engellenmesi GİRİŞ: Barajlar her ne kadar faydalı olsa da taşması halinde sel felaketi gibi olumsuz sonuçlara sebep olabilmektedir. Bu sorunun önüne geçebilmek için taşkınların önlenmesi gerekmektedir. Günümüzde depolardaki su seviyesini ölçen sistemler suyun kaldırma kuvvetinden yaralanılarak oluşturulmuştur. Bu sistemler şamandıra sistemi olarak bilinir ve makara, çelik halat, güç kaynağı ve şamandıradan oluşur. Depo içindeki sıvı seviyesi yükseldikçe sıvıların kaldırma kuvveti özelliğinden şamandıra yükselecek ve sistemin bu şekilde çalışması sağlanacaktır [1]. Bu projede sıvıların iletkenlik özelliğinden yararlanarak barajlardaki su seviyesinin pratik olarak uzaktan kontrolünün sağlanması ve bu sayede olası su taşkınlarının engellenmesi hedefleniyor. Yaptığımız araştırmalar kadarıyla su seviyesini ölçmek amacıyla daha önce böyle bir yöntem kullanılmamıştır. Bilindiği üzere su içerisinde iyonlar bulunduğu takdirde iletkenlik özelliği kazanır. Suyun elektrik akımını iletme özelliğinden yararlanarak barajlardaki su seviyesi rahatlıkla ölçülebilir. Elektrik yükleri sadece katı maddeler içinden değil bazı çözeltiler içinden de geçebilir. Elektrik yüklerinin içinden geçtiği sıvılara elektrolit; yüklerin geçişini sağlamak için bu sıvı içerisine batırılan bakır, çinko ve platin gibi iletken çubuklara da elektrot denir [2]. Sıvı iletkenlerde elektrik yüklerinin taşınması bu sıvı içinde oluşan ve iyon adı verilen pozitif ve negatif atom gruplarınca sağlanır. Bir sıvı içerisinde ne kadar çok serbest iyon bulunursa sıvı o ölçüde iletken olur. Örneğin; saf su içinde serbest iyon çok az bulunduğu için elektrik akımını zayıf olarak iletir. Oysa çeşme suyunda az miktarda serbest iyon bulunduğundan az da olsa elektrik akımını iletir [3]. 1
MATERYAL VE YÖNTEM MATERYAL: 1. 2cm*70cm*100cm ebatlarında tahta blok 2. 20cm*20cm*40cm su haznesi 3. Lehim Makinesi 4. 0-12 volt Güç kaynağı 5. 1,5 volt pil 6. 9 volt pil 7. 1,5 volt renkli ledler 8. Alüminyum folyo 9. Silikon tabancası 10. 1 adet elektrik zili 11. Eldiven 12. 1 adet maket bıçağı 13. 0,1mm elektrik kablosu 14. Koli bantı 15. 1 Adet alüminyum folyo 16. 1 Adet ev maketi 17. 2 adet barbie bebek 18. Renkli kağıtlar YÖNTEM Sistemi oluşturmaya 20 x 20 cm 2 ve 20 x 40 cm 2 ölçülerinde olan cam parçalarını birleştirmekle (silikon ve sıvı yapıştırıcı ile) başlanıldı. 20 x 20 x 40 cm 3 ebatlarında oluşturulan cam kap içine su konulduğunda su sızdırmaya başladığı ve bu kabın mukavemetinin yeterli olmadığı görüldüğü için sistemin plastik kap ile değiştirilmesine karar verildi. Sonra plastik kap kullanılarak devam edildi. Ölçüleri 30 x 30 x 35 cm 3 olan plastik su haznesinin bir yüzüne tabandan 5 cm uzaklıkta elektrik kablosunun girebileceği büyüklükte bir delik açıldı. Karşıdaki yüze ilki tabandan 7 cm uzaklıkta olacak şekilde, aralarındaki uzaklık 7 cm olmak üzere toplam 3 adet delik açıldı. Farklı üç seviyede açılan deliklere, birbirine paralel, aşağıdan yukarıya doğru, sırasıyla yeşil, mavi ve kırmızı led bağlandı. Kırmızı lede seri olacak şekilde alarm (kapı zili), anakol üzerine de sistemi kapatıp açmak amacıyla bir anahtar bağlandı. Elektrik devresi 2
hazırlandıktan sonra deliklerden su sızmasını engellemek için silikon ile delikler kapatıldı. Haznenin içine koyulacak sıvının direnci olduğundan, enerji kaybını en aza indirebilmek için kutuplar birbirine yakın mesafede fakat temas etmeyecek şekilde monte edildi. Bu sistemin çalışmasını sağlamak için güç kaynağı olarak 9 voltluk bir pil kullanıldı. İlk olarak haznenin içine yavaş yavaş saf su ilave edildi. Su birinci seviyeye geldiğinde yeşil led, ikinci seviyeye geldiğinde mavi ve son seviyede kırmızı led ile beraber zilin durumları gözlendi. Aynı deneyler çeşitli oranlarda oluşturulmuş tuzlu su ve şehir suyu için tekrarlandı. Gerekli ölçümler yapılarak Tablo 1 oluşturuldu. SONUÇLAR VE TARTIŞMA İlk olarak haznenin içine yavaş yavaş saf su ilave edildi. Su birinci seviyeye geldiğinde yeşil ledin zayıf şiddette ışık verdiği gözlendi. Su ikinci seviyeye geldiğinde mavi ledin zayıf şiddette ışık verdiği, üçüncü seviyeye geldiğinde ise kırmızı ledin çok zayıf şiddette ışık verdiği ve zilin zayıf bir şekilde çaldığı gözlendi. İkinci olarak haznede bulunan 20 litre saf suyun içine önce 30 gram NaCl ilave edildi. Su birinci seviyeye geldiğinde yeşil ledin, ikinci seviyeye geldiğinde mavi ledin, üçüncü seviyeye geldiğinde kırmızı ledin saf sudaki durumlarına göre daha parlak ışık verdiği gözlendi. Zilin daha yüksek sesle çaldığı tespit edildi. Deneyin son aşamasında su haznesine şehir suyu konularak deney tekrarlandı ve ölçümler alındı. Haznede şehir suyu var iken birinci, ikinci ve üçüncü seviyelerdeki ledlerin parlak bir şekilde yandıkları görüldü. Şehir suyunun iletkenlik ölçümleri yapıldı. Her bir durumda sıvıların birim uzunluk başına iletkenliklerini bulabilmek için 5 er tane ölçüm yapıldı. Bu ölçümlerin ortalama değerleri hesaplandı. Bu değerler Tablo 1 de gösterildi. 3
Tablo 1: Kullanılan sıvılar için 20 litrede 23.6-27.9 0 C sıcaklık aralığında birim uzunluk başına iletkenlik değerleri Sıvı Birim Uzunluk Başına İletkenlik( S / cm ) Saf Su 6 Saf su+tuz (30 gram) 3160 Saf su+tuz (60 gram) 6120 Saf su+tuz (90 gram) 8950 Şehir suyu 363 Tablo 1 den de anlaşıldığı gibi saf suyun birim uzunluk başına iletkenliği tuzlu suya ve şehir suyuna göre daha düşük seviyededir. Bu sebeple saf su kullanıldığında ledlerin daha zayıf şiddette ışık verdiği gözlendi. Suyun içindeki iyon miktarı arttıkça birim uzunluk başına iletkenliği de arttığı için ledlerin daha parlak yandığı tespit edildi. Şehir suyunun içerisinde bulunan iyon miktarı elektrik akımını iletmeye yeterli olduğu için saf suya göre ledlerin daha parlak yandığı görüldü En parlak ışık saf su+ tuz (90 gram) çözeltisinde, en zayıf ışık ise saf suda elde edildi. Bu sıvıların birim uzunluk başına elektrik iletkenliklerini büyükten küçüğe sıralayacak olursak; Saf su+tuz (90 gram)> Saf su+tuz (60 gram)> Saf su+tuz (30 gram)> Şehir suyu>saf su olduğu görülür. Bu sıralama ile ledlerin parlaklıklarının sıvıların iletkenliği ile doğru orantılı olduğu anlaşıldı. DEĞERLENDİRME: Oluşturulan bu sistem günlük hayatta kullanılabilecek geniş bir alana sahip olup ekonomikliği açısından son derece kullanışlıdır. Örneğin barajlardaki su seviyesinin ölçümünde kullanılarak su taşkınları önlenebilir. Bunun yanında su deposu gibi sistemlerin kontrollü bir şekilde doldurulması ve boşaltılması için kullanılabilir. Günümüzde su seviyesinin ölçümünde şamandıra sistemi kullanılmaktadır. Oluşturulan sistem şamandıra sisteminden daha kullanışlı ve ekonomiktir. Şamandıraların mekanik sistemi düşünüldüğünde meydana gelecek olası arızaların birçoğu elektrikle kontrol sisteminde gerçekleşmeyecektir ve bu arızaların tamiri hem zaman alacak hem de maddi açıdan daha masraflı olacaktır. Bu 4
arızalar; çelik halatın oksitlenme ihtimali, sürtünmeden kaynaklı aşınmalar ve yine sürtünmeden kaynaklı enerji kaybı olarak sıralanabilir. Bu projede yapılan sistemde ise olası enerji kaybını azaltmak için kutuplar arasındaki mesafe kısa tutulmuştur. Çünkü sıvının da bir direnci vardır. Elektrik tellerindeki oksitlenmeyi engellemek amacıyla yalıtılmış kablo kullanılmıştır. Ekonomik değeri açısından bakıldığında diğer sistemlere göre maliyeti daha düşüktür. KAYNAKLAR: 1.www.amfideyiz.biz/articles 2.www.fizikonline.com 3.www.forumfizik.com TEŞEKKÜR: Çalıştay koordinatörü: Prof. Dr. Mehmet AY a Sunuları ve çalışmalarıyla bizleri aydınlatan; Danışmanlarımız: Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Prof. Dr. Hakan KÖÇKAR Ve tüm çalıştay ekibine TEŞEKKÜRLERİMİZİ ARZ EDERİZ. 5