TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI LİSE 3 (Çalıştay 2013) FİZİK PROJE RAPORU GRUP ÇUKUROVA PROJE ADI Enerji Nakil Hatlarının Çevresinde Oluşan Manyetik Alanın Azaltılması Ömer ÖZAL PROJE EKİBİ İbrahim Halil AYDIN PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Salih ATEŞ ÇANAKKALE Doç. Dr. Vildan BİLGİN 02 ŞUBAT 10 ŞUBAT 2013
PROJENİN AMACI Çalışmamızda günlük yaşamımızın ayrılmaz kullanım alanları olan çok büyük binalarda (Hastaneler, Alışveriş Merkezleri, Havaalanları vb.) elektrik iletim hatlarından kaynaklı oluşan manyetik alan şiddetinin insan sağlığına zararlarını azaltmak için alternatif yöntemler ve malzemeler bulmaktır.
Eğer yükler hareket halindeyse, gözlemciye göre yüklü parçacıkların hareketinden ötürü gözlemci elektrik alanın yanı sıra bir de manyetik alanın etkilerini hissedecektir. Faraday ve Maxwell, bu olguların yüklerin gözlemcilere göre hareketlerinden kaynaklandığını ve zamana bağlı olarak değişen en manyetik alanın bir elektrik alan oluşturacağını ve aynı zamanda, zamana bağlı olarak değişen elektrik alanın bir manyetik alan oluşturacağını buldular ve formülleştirdiler. Elektromanyetik alan, aslında manyetik alanla elektrik alanının birleştirilmiş asıl halidir.
Demir, kobalt, nikel, gadolinyum ve disproziyum gibi elementler güçlü mıknatıslık özellikleri gösterebilirler. Demir, mıknatıslık özelliği yokken bile bir mıknatısın manyetik alanına tabi tutulduğunda mıknatıslık özelliği kazanır. Bunun nedenini açıklamak için maddeyi atomal boyutta incelememiz gerekiyor. Atom çekirdeği etrafında dönen elektronlar, sanki bir tel üzerinde hareket eden yükler gibi (bir sarımlık bir selonoid (bobin) veya tel halka gibi) manyetik alanlar oluştururlar.
Manyetik maddelerin sınıflandırılması Michael Faraday, araştırmaları neticesinde maddelerin, manyetik alana tepki verdiğini ve bu tepki sonucunda etkileşimin olduğunu ortaya koydu. Verdikleri tepkiye göre maddeleri üç grupta toplanabildiğini gösterdi: Diyamanyetik maddeler: Zayıf bir şekilde etkilenenler. Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr < 1 olan bu tür maddeler, güçlü bir manyetik alana dik şekilde kendilerini yönlendirirler. Diyamanyetizma, tek sayıda elektronlara sahip ve tamamlanmamış içi kabuğu olmayan maddelerde görünür. Radyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, bakır, gümüş, altın ve su diyamanyetik gruba girerler. Paramanyetik maddeler: Bağıl manyetik geçirgenlikleri µr > 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. Ferromanyetik maddeler: Kuvvetli bir şekilde mıknatıslardan etkilenen maddelerdir, Demir, nikel, kobalt ve alaşımlarını içeren maddeler bu gruba girer.
Elektrik Akımı ve Manyetik Alan Hareket eden yüklü parçacıklar (örn. elektron) bir manyetik alan oluşturur. Oluşan bu manyetik alan yükün etrafını dairesel olarak sarar, bunu matematiksel olarak açıklayan kişilerjean- Baptiste Biot ve Félix Savart'ın onuruna Biot-Savart yasası olarak adlandırılan yasa, manyetik alanın şiddetinin yükten uzaklaştıkça azaldığını gösterir ve sağ el kuralıyla manyetik alanın yönünü kolayca bulmamızı sağlar.
Akım taşıyan tel kıvrılırsa, oluşturduğu manyetik alan yoğunlaşmaya başlar. Kıvrımların sayısı arttırılarak manyetik alanın yoğunluğu arttırılabilir ve doğal bir mıknatıstan çok daha güçlü çekim kuvvetleri oluşturulabilir. Bu amaçla solenoitlerin içine demir çekirdek yerleştirilerek elektromıknatıs elde edilir. Akımı arttırıp azaltarak çekim kuvvetinin ayarlanabilmesi sebebiyle elektromıknatıslar günümüzde hayatımızın her alanında kullanılmaktadır
İnsan Sağlığı ve Elektromanyetik Alan Her geçen gün biraz daha fazla elektromanyetik alan ve dalgaların etkisine maruz kalıyoruz. Dünyada ve özellikle büyük kentlerde tam bir elektromanyetik kirlilik egemen olmuştur. Doğal ortamda olabilecek eşik düzeyin çok üstündeki bu alanların insan sağlığı üzerindeki etkileri son yıllarda bilim insanlarının sürekli olarak tartıştıkları bir konudur. Bu konuda Dünya Sağlık Örgütü nün (WHO) noniyonize radyasyondan korunması alanında çalışan bir sivil toplum örgütü olarak Uluslararası Noniyonize Radyasyondan Korunma Komisyonunu (ICNIRP) resmi olarak tanımıştır.
ICNIRP ultraviyole radyasyon, görünür ışık, kızılötesi radyasyon, radyo dalgaları ve mikro dalgalarını da içine alan tüm elektromanyetik alanlardan etkilenme limitlerini belirleyen uluslararası bir kılavuz hazırlamıştır. Her ne kadar farklı frekanslarda ve etkilenme düzeylerinde çeşitli biyolojik etkileri gözlenmiş olsa da, elektromanyetik dalgaların tehlikeli mi yoksa güvenilir mi olduğu konusunda ki çelişki sürmektedir.
Evsel aletler ve tipik manyetik alanlar (mikrotesla ) Cihaz / Uzaklık d = 10 cm d = 30 cm d > 1m Elektrik süpürgesi 30000-40000 3000-5000 300-500 Ütü 500-1000 100 50 Çamaşır Makinası 2000-3000 300-500 10 Saç Kurutma Makinası 40000 10000 10 Elektrik Traş Makinası 20000 500 50 Mikser 7000-20000 500-1000 50 Kahve Makinesi 300-500 50 50 Fotokopi makinası 8000-15000 1000-3000 100-300
Tablo 3: Dünya ülkeleri standart elektromanyetik değerleri. Ülke Danimarka, İsveç, Norveç, Estonya İngiltere, Hollanda Belçika Fransa, Almanya, Hırvatistan,İspanya, İrlanda, Litvanya,Avustralya Elektrik alan ( kv/m ) Düzenleme Manyetik alan ( A/m 2 ) Açıklamalar Herhangi bir yönetmelik yok ancak AB tavsiyesi referans alınıyor. İngiltere,Hollanda,İsveç gibi kimi ülkelerde kurulan ulusal komiteler kendi tavsiyelerini oluşturuyor. 5 kv/m Yerleşim bölgeleri Yunanistan 4 kv/m 80µT İsviçre Slovenya İtalya 5 kv/m 5 kv/m Hassas bölgeler için 500 V/m 5 kv/m Türkiye 10 kw/m 640µT - 100µT Okullar,hastaneler,huzurevleri gibi hassas bölgeler için 1µT 100µT hassas bölgeler için 10µT 100µT 100µT(4 saat/gün ortalaması) 3µT(4 saat/gün ortalaması) Manyetik alanlara ilişkin herhangi bir yönetmelik yok 0,8 katsayısı ile ICNIRP değerleri Hassas bölgeler için geçerli olan limit yanlızca yeni tesislere uygulanıyor Hassas bölgeler için geçerli olan limit yanlızca yeni tesislere uygulanıyor Dikkat değerleri tüm yaşam alanlarına ve mevcut tesislere uygulanıyor.kalite değerleri yaşam alanları ve yeni tesisler uygulanıyor TSE tarafından belirlenmiş standarttır.ayrıca BTK tarafından belirlenmiş bir yönetmelik bulunmaktadır.
Yapılan Çalışma Ölçüm yapacağımız iletken bir platform üzerine monte edildi. Platform kurulduktan sonra DC güçkaynağına seri bağlanan iletken üzerinden 20A lik akım geçirilerek iletken etrafında oluşan manyetik alan Teslametre ile ölçüldü.
Bakır iletken tel üzerinden 15 V potansiyel fark ile 3 farklı durumda 20 A lik akım geçirilerek veriler alındı. 1.Yalıtkan malzeme ile kaplı iken 2. Alüminyum folyo ile kaplı iken 3.Bakır alaşımlı iletken örgü ekran ile kaplı iken Sonuçlar değerlendirildiğinde projenin hedeflenen (akım geçen iletken tel etrafındaki manyetik alanın etkisinin yalıtılmasıyla azalacağı) sonuca varıldığı görülmüştür.
Laboratuvarda bulunan Teslametre ile Akıllı telefon uygulaması olan Androsensor adlı yazılımı ölçüm değerleri karşılaştırıldı ve aynı değerler elde edildi. Ancak Teslametre mt mertebesinde ölçüm yapabilirken, Androsensor yazılı ile µt mertebesinde ölçüm yapılabildiği için ölçümlerimizi telefonla yapmayı kararlaştırdık.
Çizelge 1: 2,5 luk tek faz tek damarlı elektrik kablosu ( 15V, 20 A ) ile elde edilen değerler. İletken ile teslametre arası uzaklık (cm) Teslametreden okunan değer ( µt ) 2 177 10 104 20 90 50 72 100 47
Çizelge 2 :1,5 luk tek faz tek damarlı folyo kaplı elektrik kablosu (15 V, 20 A) ile elde edilen değerler. İletken ile teslametre arası uzaklık ( cm ) Teslametreden okunan değer ( µt ) 2 145 10 76 20 63 50 56 100 44
Çizelge 3: Sadece dış plastik aksamı soyulmuş olup hasır ve alüminyum folyo ile kaplı anten kablosu ( 15 V, 20 A ) ile elde edilen değerler. İletken ile teslametre arası uzaklık (cm) Teslametreden okunan değer ( µt ) 2 130 10 70 20 58 50 51 100 44
Çizelgedeki değerlerden yola çıkarak aşağıdaki elektromanyetik alan uzaklık grafiğini elde ettik. Grafiğe bakıldığında bakır alaşım örgüyü yalıtkan olarak kullandığımızda diğer yalıtkanlara göre daha az elektromanyetik geçirgenlik gösterdiği gözlemlenmiştir. 200 180 160 µt 140 Elektromanyetik Alan 120 100 80 60 Yalıtkan Kaplamm Alüminyum Kaplama Bakır Alaşım Örgü 40 20 0 2 10 20 50 100 Uzaklık (cm)
TEŞEKKÜRLER