PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. ŞAKİR ERKOÇ Doç. Dr

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
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
12
İnce uçlu maket
bıçağı
1
adet
0,30mm çapında
10x15x1,5 cm
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)
10
10
10
10
10
Devir Sayısı
27
32
40
40
45
f (Hertz)
2,7
3,2
4
4
4,5
Vmax (mV)
0,44
0,53
0,56
0,58
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)
10
10
10
10
10
Devir Sayısı
22
22
30
31
35
f (Hertz)
2,2
2,2
3
3,1
3,5
Vmax (mV)
0,305
0,336
0,378
0,420
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)
10
10
10
10
10
Devir Sayısı
10
16
21
27
32
f (Hertz)
1
1,6
2,1
2,7
3,2
Vmax (mV)
0,062
0,077
0,125
0,440
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)
10
10
10
10
10
Devir Sayısı
20
28
33
38
40
f (Hertz)
2
2,8
3,3
3,8
4
Vmax (mV)
0,139
0,250
0,307
0,347
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.