tübitak – bideb lise öğretmenleri (fizik, kimya, biyoloji, matematik)

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
PROJE EKİBİ
Ömer ÖZAL
İbrahim Halil AYDIN
PROJE DANIŞMANLARI
Prof. Dr. Salih ATEŞ
Doç. Dr. Vildan BİLGİN
ÇANAKKALE
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
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 kişilerJeanBaptiste 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 > 1m
d = 10 cm
d = 30 cm
30000-40000
3000-5000
Ütü
500-1000
100
50
Çamaşır Makinası
2000-3000
300-500
10
Saç Kurutma Makinası
40000
10000
10
Elektrik Traş Makinası
20000
500
50
7000-20000
500-1000
50
300-500
50
50
8000-15000
1000-3000
100-300
Elektrik süpürgesi
Mikser
Kahve Makinesi
Fotokopi makinası
300-500
Tablo 3: Dünya ülkeleri standart elektromanyetik değerleri.
Düzenleme
Ülke
Danimarka, İsveç,
Norveç,
Estonya İngiltere,
Hollanda
Belçika
Elektrik alan
( kV/m )
Manyetik alan
( A/m2 )
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
-
Manyetik alanlara ilişkin
herhangi bir yönetmelik yok
Fransa, Almanya,
Hırvatistan,İspanya,
İrlanda,
Litvanya,Avustralya
Yunanistan
İsviçre
Slovenya
İtalya
Türkiye
0,8 katsayısı ile ICNIRP
değerleri
100µT
Hassas bölgeler için geçerli
5 kV/m
Okullar,hastaneler,huzurevleri olan limit yanlızca yeni
gibi hassas bölgeler için 1µT tesislere uygulanıyor
Hassas bölgeler için geçerli
5 kV/m
100µT
olan limit yanlızca yeni
Hassas bölgeler için 500 V/m hassas bölgeler için 10µT
tesislere uygulanıyor
Dikkat değerleri tüm yaşam
100µT
alanlarına ve mevcut
5 kV/m
100µT(4 saat/gün ortalaması) tesislere uygulanıyor.Kalite
3µT(4 saat/gün ortalaması)
değerleri yaşam alanları ve
yeni tesisler uygulanıyor
4 kV/m
10 kW/m
80µT
640µT
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
Elektromanyetik Alan µT
160
140
120
Yalıtkan Kaplamm
100
Alüminyum Kaplama
80
Bakır Alaşım Örgü
60
40
20
0
2
10
20
Uzaklık (cm)
50
100
TEŞEKKÜRLER