%taxonomy_term_2:name
melike pektaş
09/10/2015 - 01:31

Az Enerji Harcayan Manyetik Ocak

Bu projede basit bir mıknatıs sistemiyle oluşturulabilecek, çok fazla elektrik enerjisi ve doğal gaz kullanmadan evlerimizde kullanabileceğimiz ısıtıcı ocak yapmayı amaçladık. Projemizde öncelikle tabla malzemesi üzerine (biz ağaç ve polyemit üzerinde denedik ikisi de olumlu sonuç vermektedir) 20 adet 1 cm çapında mıknatıs oyuğu açtırdık ve bu oyuklara yine 1 cm çapındaki silindirik Neodyum mıknatıslarımızı çaktık. Ancak mıknatısları yerleştirirken terslenme etkisini yaratabilmeleri için bir mıknatısta N kutbu yukarıya bakarken bir mıknatısta S kutbu yukarıya bakacak şekilde yerleştirdik. Daha sonra bu tablayı döndürebilmek için bir Elektrik Motoruna sabitledik ( projemizde rüzgar gülü ve güneş enerjisi de kullanılabilir ancak protatif oluşturması zor olduğundan elektrik motoruyla sistemi kurduk .) Sonuç olarak hazırlanan düzenek çalıştırıldığında, resistans teli olarak yaklaşık 1mm yarıçapındaki tel kullandığımızda ortalama 40- 50 C ye kadar ısıtma yaparken, 6 mm yarıçapındaki bakır boru kullandığımızda ise 70-80 C ye kadar ısıtma yapabilmektedir. Bunun dışında, denemelerimizde gördük ki mıknatıs yarı çapı arttıkça daha az devirle daha yüksek sıcaklıklara çıkabilmektedir. Ayrıca Oluşturduğumuz manyetik ısıtıcı ocak ısıtma işlem süresinin kısa olması, bulunduğu ortama ısı yaymaması, yüksek verimliliği, alevlenme ve patlama vb. olumsuzluklarının bulunmaması gibi üstünlüklere sahiptir.

Giriş

Oluşturduğumuz manyetik ısıtıcı ocak ısıtma işlem süresinin kısa olması, bulunduğu ortama ısı yaymaması, yüksek verimliliği, alevlenme ve patlama vb. olumsuzluklarının bulunmaması gibi üstünlüklere sahiptir. Ayrıca sergilediği üstün ısıtmanın nedenini açıklayabilmek için projemiz kapsamında bazı teorik fiziksel yasalardan yararlandık. Kurduğumuz manyetik ısıtma sisteminin temelinde Lenz ve Faraday yasaları yatmaktadır [1].

Faraday yasası,

                “ Bir devrede indüklenen emk, devreden geçen manyetik akının zamanla değişimi

ile doğru orantılıdır.”

Faraday’ın indüksiyon yasası şu şekilde formülüze edilebilir :

                              ε = −dφB / dt         

 

 dir. Burada        φB  =∫B.dA         devreden geçen manyetik akıdır [1] .

 

Lenz Yasası ise,

Faraday yasası indüklenmiş emk ve manyetik akının zıt işaretlere sahip olduğunu

gösterir. Bu (-) işareti şu anlama gelir: Manyetik akıda herhangi bir değişiklik ile üretilen indüklenmiş

emk, kendisini üreten manyetik akı değişimine karşı koyacak şekilde bir manyetik akı oluşturacak

akımın yönündedir. Herhangi bir tel halka içinde indüklenen manyetik alan, halka içindeki manyetik

akı sabit kalacak şekilde oluşur [2,3].

  Buna göre Lenz Yasasını kısaca şöyle ifade edebiliriz:

    “ İndüksiyon emk sının yönü halkadan geçen manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde bir manyetik akı oluşturacak akımın yönüdür.”  [4]

 

Lenz yasası yukarıdaki şekilde de açıkça görülmektedir. Halkadan geçen akımın yönü değiştikçe İndüksiyon emk sı da buna tam ters yönelecek şekilde yön değiştirir [5,6]. Bu mantıkla kurduğumuz düzenekte mıknatısın bir N bir S kutbuna mağruz kalan bakır tel değişen indüksiyonla ısınmaya başlamaktadır.  

Amacı

Projenin Amacı

                Projenin amacı, basit bir mıknatıs sistemiyle oluşturulabilecek, çok fazla elektrik enerjisi ve doğal gaz kullanmadan evlerimizde kullanabileceğimiz ısıtıcı ocak yapmaktır. 

Yöntem

Projemizde öncelikle tabla malzemesi üzerine (biz ağaç ve polyemit üzerinde denedik ikisi de

olumlu sonuç vermektedir) 20 adet 1 cm çapında  mıknatıs oyuğu açtırdık ve bu oyuklara yine 1 cm  

çapındaki silindirik Neodyum mıknatıslarımızı çaktık. Ancak mıknatısları yerleştirirken terslenme

etkisini yaratabilmeleri  için bir mıknatısta N kutbu yukarıya bakarken bir mıknatısta S kutbu yukarıya

bakacak şekilde  yerleştirdik.  Sonuç olarak şekilde görüldüğü gibi bir tabla oluşturduk. 

Hazırladığımız mıknatıs tablası ve silindirik mıknatısın manyetik alan çizgileri yukarıdaki şekildeki gibidir.

Daha sonra hazırladığımız tablayı ortasından bir motora yerleştirdik. Motorun gücü arttıkça sn deki devir sayısı arttığından daha hızlı ısınma sağladık. Ayrıca hazırladığımız tablayı, kurabileceğimiz bir çark yada kasnak sistemine yerleştirip bu sistemin uc kısmına da bir rüzgar gülü bağlayıp sistemi rüzgar enerjisi ile çevirmeyi planladık. Ancak böyle bir protatifi oluşturmamız çok zordu. Bu sebeple motor sistemi ile devreyi kurup teorik olarak da rüzgar gülü ile çalıştırmayı planladık. Daha sonra sitemin üzerine bakır çubuklarla resistans düzeneği oluşturup bir ocak sistemi kurduk. 

Sonuç ve Tartışma

Sonuç olarak hazırlanan düzenek çalıştırıldığında, resistans teli olarak yaklaşık 1mm yarıçapındaki tel kullandığımızda ortalama 40- 50 C ye kadar ısıtma yaparken, 6 mm  yarıçapındaki bakır boru kullandığımızda ise 70-80 C ye kadar ısıtma yapabilmektedir. Bunun dışında, denemelerimizde gördük ki mıknatıs yarı çapı arttıkça daha az devirle daha yüksek sıcaklıklara çıkabilmektedir. Ayrıca sadece diamagnetik olan bakır resistans ısındığınından asla eli yakmayıp ve ekstra ısınmalara neden olmaktadır. Sonuç olarak kurduğumuz sistem rüzgar gülü, güneş paneli, çark sistemi ve insan gücü ile arz edilen şekillerde ısıtma sağlayabilmektedir. Ve evlerimizde kullandığınız elektrikli su ısıtıcılarının harcadığı elektrik 3000 watt ( kaynama süresi: 4 dakika 04 saniye) iken kurduğumuz sistemde resistans telinin çapı ve mıknatıs yarıçapı ne kadar değişirse değişsin 2000 Watt ‘dan yukarı çıkmamaktadır. Yani projemiz hem yüksek derecede kullanılabilir, hem de çevreye zararsızdır. 

Kaynaklar

[1]  Serway & Beichner, Fen ve Mühendislik İçin Fizik, Cilt-2

[2]  http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

[3]  P.J.H. Tjossem, V. Cornejo Measurements and mechanisms of Thomson's jumping ring Am J Phys,   

      68 (2000), pp. 238–244

[4]  Duffin W J 1990 Electricity and Magnetism 3rd edn (New York: McGraw-Hill) ch 9

[5]  Lorrain P, Corson D P and Lorrain F 1988 Electromagnetic Fields and Waves 3rd edn (San

      Francisco: Freeman) ch 23

[6]  H. Sadakata, M. Nakaoka, H. Yamashita, H. Omori, H.Terai, “Developmentof Induction Heated

      Hot Water Producer Using Soft Switching PWM High Frequency Inverter”, IEEE, PCC-Osaka-

       2002, Vol.2, 452-455, (2002)

Ekip Tanıtımı

Projemizi, TED Malatya Koleji Özel Lisesi 11. sınıf öğrencimiz Çağatay SOYLU, Fizik Öğretmeni Dr. Melike PEKTAŞ danışmanlığında tasarlamıştır