tübitak – bideb

TÜBİTAK – BİDEB
LİSE ÖĞRETMENLERİ-FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK- PROJE
DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI
(LİSE-4 ÇALIŞTAY 2014)
GRUP ADI: TESLA
PROJE ADI
ELEKTRİK ALANA KARŞI ZIRHLI GİYSİLER
Proje Ekibi
Mehmet AKSAÇ
Celal AKAR
PROJE DANIŞMANLARI
Prof. Dr. Şakir ERKOÇ
Doç. Dr. Mahmut BÖYÜKATA
TEKNİSYEN
Arş. Gör.Fatma ÖZÜTOK
ÇANAKKALE
25 OCAK – 2 ŞUBAT 2014
PROJENİN AMACI: Elektrik alanın zararlı etkilerini azaltan maddeleri belirleyerek bu
maddelerin günlük hayatta giysilerde kullanılmasını sağlamak.
1.GİRİŞ
Kondansatör, elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde
depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka
arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. Piyasada
kapasite, kapasitör, sığa gibi isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilmiştir. (1)
Yük depolayan sistemlerden olan kondansatörler çeşitli elektrik devrelerinde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Örnek olarak kondansatörler; radyo alıcılarının frekans ayarlarında, otoların
ateşleme sistemindeki kıvılcımları yok etmede, elektronik flaşlarda enerji depolamada ve güç
kaynaklarında filtre olarak kullanılırlar.(2)
Kondansatörü oluşturan bu iki iletken plaka arasına sabit bir V gerilimi uygulanırsa
oluşan elektrik alan sonucu kondansatör plakasındaki elektronlar kaynağın pozitif tarafına
doğru çekilir. Elektronların bu alanı dengelemek amacıyla çekilmesi yük akışıdır. Belirli bir
süre sonra iki plaka arasında alanı dengeleyen Q yükü birikir. Biriken Q yükünün uygulanan
V gerilimine oranı kondansatörün “sığası” ya da “kapasitesi” olarak adlandırılır, C ile
gösterilir, birimi “Farad” dır.(3)
Q: Biriken yük miktarı
(Coulomb)
V: Uygulanan gerilim
(Volt)
C: Sığa ya da kapasite
(Farad)
Yük-Potansiyel grafiğin eğimi kondansatörün sığasını verir.
C=Q/V
Dielektrikli Kondansatörler
Kondansatörün levhaları arasında boşluk varken kondansatörün sığası;
Eo
: Boşluğun dielektrik katsayısı:
8.854x10-12 F/m
A
: Plakaların alanı
(m2)
d
: Plakalar arası uzaklık
(m)
Kondansatörün levhaları arasında yalıtkan madde varken kondansatörün sığası;
Dielektrik katsayısı maddeler için ayırt edici özelliktir. Dielektrikle dolu bir kondansatörün
sığası,boş olandan K çarpanı kadar büyüktür.
Levhalar arasında konulan yalıtkan madde elektrik alan şiddetini azaltır.Levhalar arasında
dielektirk madde yokken elektrik alan E0 ise, dielektrik konulduğunda elektrik alan E,
Projemizde kurduğumuz düzenek ile kondansatörlerin arasına konulabilecek farklı cins
maddelerin dielektrik katsayısını ölçtük.
Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalından Öğretim Görevlisi
Dr. Göknur Güler, Prof. Dr. Nesrin Seyhan Atalay elektrik alanın canlı vücudundaki etkilerini
incelemişlerdir. Elektrik alan içinde bir kafese konulan fare üzerinde yapılan deneyde 3 gün
sonra karaciğer, akciğer ve böbrek dokularında HP, karaciğerde C vitamini, kanda total
protein, albumin, AST, ALP, LDH ve ALT seviyesinde azalışa, karaciğer SOD ve MDA
düzeyinde ise artışa neden olduğu tespit edildi.
2.MATERYAL ve YÖNTEM
Kullanılan Materyaller
1 Adet düzlem kondansatör
1 Adet güç kaynağı
1 adet nova(voltaj ölçümü ve kaydı için)
1 parça keçe
1 parça yün
1 parça pamuk
1 parça polyester
Bağlantı kabloları
Projenin Yapılışı:
Deneyimizde güç kaynağıdan çıkan bağlantı kablosu levhalar arası 1 cm olan düzlem
kondansatörün bir levhasına bağlandı. Düzlem kondansatörün çıkışından gelen bağlantı
kablosu güç kaynağına bağlandı. Bir süre beklendi ve düzlem kondansatör yük depoladı.Daha
sonra Nova cihazının bağlantı kablosuna iki adet prop takıldı. Güç kaynağı kapatıldı ve
proplarlar düzlem kondansatörlere değdirildi. Düzlem kondansatörün levhaları arasında
boşluk varken üzerindeki voltaj değerleri cihazda kaydedildi.
Şekil-1 Deney düzeneği
İkinci kısımda düzlem kondansatörler yine güç kaynağına bağlanarak yüklenmesi sağlandı.
Güç kaynağı kapatıldı. Kondansatörler arasına keçe yerleştirildi ve güç kaynağı kapatılarak
proplar düzlem kondansatörlere değdirildi. Düzlem kondansatörün levhaları arasında keçe
varken üzerindeki voltaj değerleri cihazda kaydedildi.
Şekil-2 Kondansatörlerin arasına diektrik madde ile doldurulması
Bundan sonraki kısımlarda düzlem kondansatörlerin arasına yün,pamuk ve polyester
konularak deney tekrarlandı.
Şekil-3 Kondansatörlerin arasına diektrik varken ölçüm alınması
Şekil-3 Nova cihazı
3.BULGULAR
Düzlem kondansatörün yarıçapı = 10-1 m
Levhalar arası uzaklık = 10-2 m
Boşluğun dielektrik katsayısı = 8,85. 10-12 m
C0 =
8,85.10-12. 3,14.(10-1)2
= 27,8.10-12 F
-2 -2
(10 )
Levhalar arasında hava varken;
Hava için
=1
C=27,8.10-12 F
Kondansatör üzerinde ölçülen ilk gerilim değeri V=2,8 V
Kondansatörün depoladığı yük
Q=C.V = 27,8.10-12 . 2,8 = 77,84.10-12 C
Levhalar arasında keçe varken;
Kondansatör üzerindeki yük sabit ve Q=77,84.10-12 C
Kondansatör üzerinde ölçülen gerilim değeri V=2,1 V
Kondansatörün sığası ;
C=
Q
77,84.10-12
=
V
2,1
=
37,84.10-12 = 1,34
27,8.10-12
= 37,84.10-12
F
Levhalar arasında polyester varken;
Kondansatör üzerindeki yük sabit ve Q=77,84.10-12 C
Kondansatör üzerinde ölçülen gerilim değeri V=1,07 V
Kondansatörün sığası ;
C=
Q
77,84.10-12
=
V
1,07
=
72,74.10-12 = 2,61
27,8.10-12
= 72,74.10-12 F
Levhalar arasında yün varken;
Kondansatör üzerindeki yük sabit ve Q=77,84.10-12 C
Kondansatör üzerinde ölçülen gerilim değeri V=0,72 V
Kondansatörün sığası ;
C=
Q
77,84.10-12
=
V
0,72
= 108,11.10-12 F
108,11.10-12 = 3,88
=
27,8.10-12
Dielektrik
Madde
Q (pC)
V(V)
C0(pF)
C(pF)
Dielektrik
Madde
Q (pC)
V(V)
C0(pF)
C(pF)
Hava
77,84
2,8
27,8
27,8
1
Keçe
77,84
2,1
27,8
37,84
1,34
Polyester
77,84
1,07
27,8
72,74
2,61
Pamuk
77,84
1,16
27,8
62,27
2,41
Yün
77,84
0,72
27,8
108,11
3,88
Hava
77,84
2,8
27,8
27,8
1
Keçe
77,84
2,1
27,8
37,84
1,34
Polyester
77,84
1,07
27,8
72,74
2,61
Pamuk
77,84
1,16
27,8
62,27
2,41
Yün
77,84
0,72
27,8
108,11
3,88
Levhalar arasında pamuk varken;
Kondansatör üzerindeki yük sabit ve Q=77,84.10-12 C
Kondansatör üzerinde ölçülen gerilim değeri V=1,16 V
Kondansatörün sığası ;
C=
Q
77,84.10-12
=
V
1,25
=
62,27.10-12 = 2,41
27,8.10-12
= 62,27.10-12 F
SONUÇ VE TARTIŞMA
Yaptığımız projede giysilerde kullanılan keçe, polyester,pamuk ve yünün düzlem
kondansatörler vasıtasıyla dielektrik katsayılarını ölçtük. Dielektrik katsayıları büyük olan
maddeler konulduğunda levhalar arasındaki elektrik alan şiddeti daha az oluyor. Elektrik alan
şiddetinin fazla olması sonucunda canlı üzerindeki olumsuz etkilerini giriş kısmında belirttik.
Dielektrik katsayısı büyük olan maddeleri giysilerde kullanırsak, elektrik alandan daha az
etkilenecektir.Bu da sağlımızı açısından çok büyük önem taşımaktadır.
Projemizde deneysel hatalar yapmış olabiliriz. Çünkü bizim ilk projemiz magnetik alanla
ilgiliydi fakat laboratuvara deneyi yapmak için gittiğimizde istediğimiz ölçüm aleti temin
edilememişti. Yaptığımız B planı da magnetik alanın başka bir etkisini incelemekti. Bu planı
da ölçüm aletinin olmayışı nedeniyle gerçekleştiremedik. İlk günü değerlendiremedik. 2.gün
yeni bir proje ürettik. Malzemelerin alınması için Çanakkale’deki çarşıya gittik ve öğleden
sonra deneye başlayabildik. Bu sefer de güç kaynağı ve multimetrelerde sıkıntı yaşadık. Diğer
gruptaki arkadaşların Nova cihazı sayesinde ölçümleri alabildik. Sürenin çok kısıtlı olması
nedeniyle ölçümleri tekrarlamaya zamanımız olmadı.
TEŞEKKÜR
Burada bulunmamızı ve bu ortamı sağladığı için Prof.Dr. Mehmet Ay’a, sıkıntı ve
sorunlarımızın çözümlerinde yardımlarını esirgemeyen danışman hocalarımız Prof. Dr. Şakir
ERKOÇ ve Doç. Dr. Mahmut BÖYÜKATA’ya, yorgun düştüğümüz zamanlarda yaptırdığı
farklı
etkinliklerle
bizi
kendimize
getiren
Uğur
DEĞİRMENCİOĞLU
hocamıza,
programların aksamadan yürütülmesi için çaba sarf eden Araştırma görevlisi Fatma
ÖZÜTOK’a ve diğer yardımcı arkadaşlara teşekkür ederiz.
ÖZGEÇMİŞ
Celal AKAR: 1983 yılında samsun’da doğdu. İlköğretimini Bafra/Samsun’da, ortaöğretimini
Ladik/Samsun Akpınar Anadolu Öğretmen Lisesinde tamamladı.2006 yılında Marmara
Üniversitesi Fizik Öğretmenliği bölümünden mezun oldu.İstanbul’da 3 yıl dersane çalıştıktan
sonra 2010 yılından itibaren Özel Gebze Kolejinde çalışmaya devam etmektedir.
Mehmet
AKSAÇ:1977
yılında
Malatya’da
doğdu.
İlköğretimini
Diyarbakır’da,
ortaöğretimini Malatya lisesinde, yüksek öğrenimini Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fizik
bölümünde tamamladı.
2002-2006 yılları arasında Adıyaman Samsat Lisesinde,2006-2008 yılları arasında Malatya
Darende lisesinde çalıştıktan sonra 2008 yılından itibaren Hasan Akbudak İMKB Endüsti
Meslek Lisesinde görev yapmaktadır.
KAYNAKÇA:
(1):http://mtd.home.uludag.edu.tr/MAK2011_4_Hafta.pdf
(01.02.2014)
(2):http://www.gitrad.org.tr/download/sorubankasi/KONDANSAT%C3%96RLER,%20SI%C
4%9EA,%20D%C4%B0ELEKTR%C4%B0K.pdf
(01.02.2014)
(3):ee.istanbul.edu.tr/data/DENEY-4-Kondansatorler.doc
( 01.02.2014 )
(4): www.cekod.org/
(01.02.2014)