deney 5 - Tobb Etü

DENEY 5
Bir Bobinin
Manyetik Alanı
T
Prof. Dr. Turgut BAŞTUĞ
Prof. Dr. Saleh SULTANSOY
Yrd.Doç.Dr. Nurdan D.SANKIR
Dr. Ahmet Nuri AKAY
ANKARA - 2011
T O B B
E T U -
TOBB ETÜ
F i z i k
1 0 2
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
dBy
R
dB
b
θ
dBx
r
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 = 1,2566x10-6 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 2
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 2
Şekil 2. 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 2’ de verilen düzeneği kurunuz. Deneyimiz kabaca 2 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, 2 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 2 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 2
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-2’ 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.
B(0) 
 0 In 
l
R  
2 
2
T O B B
2
E T U -
2




1 / 2
F i z i k
1 0 2
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
1 Sarım
2 Sarım
3 Sarım
B (mT)
Tek Sarımlı Halka Yarı Çapı
(cm)
6
4,25
3
B (mT)
2.Kısım için Veri Tablosu
n
Ölçülen l
Mesafesi
(mm)
l (mm)
150
160
300
160
Ölçülen
Hesaplanan
40
80
120
160
40
80
120
160
40
80
120
160
160
75
B(0)mT
SORULAR
1) Deneyin yapılışı kısmındaki soruları cevaplayınız.
2) 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 BiotSavart 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 2
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