Deneyin Adı: Bir düzlem kapasitörün elektrik alan şiddeti

Deney No
: EM 1
Deneyin Adı : Bir düzlem kapasitörün elektrik alan şiddeti
Deneyin Amacı : Uygulanan voltajın fonksiyonu olarak bir düzlem kapasitörün elektrik alan
şiddetini belirleme. Düzlemler arası mesafenin fonksiyonu olarak bir düzlem kapasitörün
elektrik alan şiddetini belirleme.
Teorik Bilgi
:
Kapasitörlerin en basiti bir düzlem kapasitördür. Yüklü plakalar arasında sabit bir
elektrik alan oluşur. Elektrik alan vektörü Şekil 1.1’ de x yönünde yönelir. Plakalar birbirine
çok yakın ise, (uzunluk ve genişliklerine kıyasla) bunların kenarlarındaki etkileri ihmal
edebiliriz; ayrıca, plakalar arasında düzgün bir elektrik alan bulunduğunu ve buranın dışında
her yerde elektrik alanın sıfır olduğunu varsayarız. Plakaların sonsuz uzun olmasından dolayı
dağılım gözardı edilirse elektrik alan şiddeti iki plaka arasındaki uzaklığa (d) ve uygulanan
voltaja (U) bağlıdır.
U
1.1
E
d

İki plaka arasındaki serbest yükün elektrik alanının rotasyoneli rotE  0 dır. Elektrik
alan skaler potansiyelin(  ) gradyenti olarak simgelenir. Elektrik alanın düzgün olmasından
dolayı konumla (x) ilgili  nin gradyenti farklarının bölümü olarak ifade edilebilir
  2  1
1.2
E

x
x2  x1
1.1 ve 1.2 eşitliğinden uygulanan elektrik alan şiddeti (E) ile potansiyel (U) arasındaki ilişki
aşağıdaki gibi ifade edilir
1
1.3
E  U   ( x) 
d
Deneyin Yapılışı
:
Şekil 1.1’ de görülen deney düzeneğini kurunuz. İki plaka arasındaki mesafe (d)
ayırıcı pulların kullanılmasıyla değiştirilir.
Şekil 1.1
1
Dikkat Edilecek Hususlar:
Elektrik alan ölçerin dönen parçasına kesinlikle dokunmayınız ve ölçme sırasında
ayrıcı pulları değiştirirken elektrik alan ölçeri kapatmayı unutmayınız. Ölçüme başlamadan
önce elektrik alan ölçeri minimum voltaja ayarlayınız. Güç kaynağından uygulanan voltajları
tablodaki değerlere ayarlayınız ve bu değerlere karşılık gelen çıkış voltajlarını elektrik alan
ölçerden bir voltmetre yardımıyla ölçerek aşağıdaki tablolara yazınız.
1)Uygulanan voltajın (U), fonksiyonu olarak elektrik alan şiddeti
d=2 mm’ lik bir mesafe için elektrik alan ölçümü
Uygulanan
50
100
150
Voltaj(Volt)
Çıkış
Voltajı(Volt)
200
250
300
d=3 mm’ lik bir mesafe için elektrik alan ölçümü
Uygulanan
50
100
150
Voltaj(Volt)
Çıkış
Voltajı(Volt)
200
250
300
d=5 mm’ lik bir mesafe için elektrik alan ölçümü
Uygulanan
50
100
150
Voltaj(Volt)
Çıkış
Voltajı(Volt)
200
250
300
Yukarıdaki değerler için uygulanan voltajın fonksiyonu olarak elektrik alanın
şiddetinin grafiklerini çiziniz.
2) Plakalar arası mesafenin fonksiyonu olarak elektrik alan şiddeti
Güç kaynağından uygulanan voltajı U=100V yapınız. Daha sonra levhalar arası
mesafeyi tablodaki değerlere ayarlayınız ve bunlara karşılık gelen çıkış voltajlarını elektrik
alan ölçerden bir voltmetre yardımıyla ölçerek aşağıdaki tablolara yazınız. U=200V ve
U=300V değerleri için bu deneyi tekrarlayınız.
U=100 volt için
d(kapasitör arası
mesafe)(mm)
2
3
4
5
7
8
9
2
3
4
5
7
8
9
Çıkış Voltajı(Volt)
U=200 volt için
d(kapasitör arası
mesafe)(mm)
Çıkış Voltajı(Volt)
2
U=300 volt için
d(kapasitör arası
mesafe)(mm)
2
3
4
5
7
8
9
ÇıkışVoltajı(Volt)
Yukarıda uygulanan voltaj değerleri için kapasitör arası mesafenin fonksiyonu olarak
elektrik alanın şiddetinin grafiklerini çiziniz.
U=200 volt için 1/d’ nin fonksiyonu olarak elektrik alanın şiddetinin grafiğini çiziniz.
Sorular
:
1) Uygulanan voltaj elektrik alan şiddeti ile nasıl değişir?
2) Elektrik alan şiddeti kapasitörün arasındaki mesafenin tersi ile nasıl değişir?
3
Deney No
: EM 2
Deneyin Adı : Yerin manyetik alanı
Deneyin Amacı : Yerin yatay ve dikey manyetik alan şiddetinin bileşenlerinin elde edilmesi.
Teorik Bilgi
:
Manyetik Alan
Amper yasası: İletken bir telden zamanla değişmeyen bir akım geçirildiğinde ve akım
taşıyan tel düzgün bir geometriye yani yüksek bir simetriye sahip olduğunda uygulanabilen
bir kanundur. Bu kanuna göre bir halkanın sahip olduğu kararlı akımdan dolayı oluşan
manyetik alanın büyüklüğü, o halkadaki akımla doğru orantılıdır. Bu
 
2.1
B
 .dl =  0 .I
dir. Burada  0 serbest uzayın manyetik geçirgenliğidir. İletken bir telden akım geçirilirse
telin etrafında manyetik bir alan oluşur.
Manyetik kuvvet: Aralarında belirli bir mesafe bulunan iki teli güç kaynağına bağlayalım.
Öyle ki akım bir telden çıkıp diğerine gidebilsin. Akım verildiğinde tellerin birbirini ittiği
gözlenir. Bu nasıl olabilir? Şimdi telleri akımlar aynı yönlü olacak şekilde bağlarsak teller
birbirini çeker. Bu durgun yüklerin oluşturduğu elektrostatik kuvvet olamaz. Sizi manyetik

kuvvetle tanıştıralım. Durgun bir yük sadece E elektrik alanı oluşturuyordu; hareketli yük ise

(örneğin akım) elektrik alana ek olarak bir de B manyetik alan şiddeti oluşturur.
Telden geçen bu akımın sayesinde oluşan manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile belirlenir.
Bu kurala göre önce başparmak akım yönünde olacak şekilde sağ el ile tel kavranır, diğer dört
parmak ise manyetik alan yönünde kıvrılır, buna göre akımın yönünü başparmağımız,
manyetik alanın yönünü diğer dört parmak gösterir. Bobinler için ise tam tersi durum
mevcuttur.
Manyetik alan ve kuvveti açıkladıktan sonra bir pusulayı manyetik alan içersine
koyduğumuzda pusula iğnesinin ona etkiyen manyetik kuvvetten dolayı döneceğini artık
söyleyebiliriz.
Deneyimizle ilgili teorik bilgileri verdiğimize göre deneyimize geçebiliriz. Yerin
manyetik alan şiddetinin bileşenleri bilinmemektedir. Bunları bulmak için bilinen bir yönde
uygulanan sabit manyetik alan ile bu bileşenleri bulmak mümkündür. Bu sabit manyetik alan
için Helmholtz bobinleri kullanılacaktır.
Bh
 
BR

Bc
Şekil 2.1. Yatay düzlemde manyetik alan şiddetlerinin vektörel gösterimi.
Eğer deney düzeneğinde Helmholtz bobinlerinden hiçbir akım geçmezse manyetik iğne
yatay pozisyonda kuzey yönündeki yerin manyetik alan şiddetinin gösterecektir ( Bh ). Eğer
Helmholtz bobinlerine sabit akım ( I c ) uygulanırsa teorisini yukarıda anlattığımız gibi
Helmholtz bobinlerinde sabit manyetik alan ve buna bağlı olarak ta manyetik alan şiddeti
( Bc ) oluşacaktır ve bunun sonucunda iğne  açısı kadar her iki manyetik alan şiddetinin
4
yönüne bağlı olarak yönelecektir. Bu yönelimdeki manyetik alan şiddeti ( BR ) iğneye
uygulanmış olan manyetik alan şiddetlerinin bileşenlerinin vektörel toplamıdır.
Bc
BR . sin( )
2.2

Bh BR sin .(   )
2.3
Bc  k.I c
Burada k Helmholtz bobinlerinin kalibrasyon(ölçümleme) faktörüdür ve deneyden elde edilir.
Özel durumda   90 0 dir ve kuzey güney yönündeki yerin manyetik alan şiddetinin yatay
bileşeni ile Helmholtz bobinlerinin yatay bileşeni birbirine dik olduğu zaman
2.4
Bh . tan( )  k.I c
4 denkleminden gerekli ifadeleri kullanarak yerin manyetik alan şiddetinin düşey bileşeni
2.5
Bv  Bh . tan( )

Bh


BE

Bv
Şekil 2.2. Düşey düzlemde manyetik alan şiddetlerinin vektörel gösterimi.
Deneyin Yapılışı:
Şekil 2.3. Deney düzeneğinin gösterimi.
1) Şekil 2.3 de gösterildiği gibi önce Helmholtz bobinlerini DC güç kaynağına sonrada
bunları 100 ohm luk reostaya ve ampermetreye bağlayınız.
2) Manyetik şiddet dedektörünü teslametreye bağlayınız.
5
3) Helmholtz Alanının Kalibrasyonu:
a) Manyetik alan şiddet dedektörünü teslametrede kalibre ediniz.
b) Akım uygulayarak Helmholtz bobinleri tarafından manyetik alanın oluşmasını,
iğnenin sapmasını ve manyetik şiddet dedektörünün teslametrede ki değerini
gözleyiniz.
4) Uygulanan Akımla İğnenin Sapma Açısının Ölçülmesi:
a) Manyetik alan şiddet dedektörünü teslametrede kalibre ediniz.
b) Manyetik iğneli pusulayı yatay olarak Helmholtz bobinlerinin ortasına koyunuz.
Manyetik iğnenin Kuzey/Güney yönünde yönelmesini bekleyiniz. İğne yönelimini
yaptıktan sonra Helmholtz bobinlerinin bu iğne ile 90 0 olmasını sağlayınız.
c) Uygulanan sabit akımla iğnenin sapma açısını ölçünüz.
5) Eğilim Açısının Ölçülmesi (  ):
a) I=0 için manyetik iğneli pusulayı 90 0 dikey konuma getirerek oluşan açıyı ölçünüz
(  1 ).
b) Manyetik iğneli pusulayı 180 0 döndür ve sapma açısını ölçünüz (  2 ).
Tablo 2.1. Helmholtz bobinlerinin k kalibrasyon faktörünü bulmak için gerekli olan deneysel
veriler. (Sonuçlar formüle edilip grafikle gösterilecek)
Bc (mT)
I c (mA)
Tablo 2.2. Yerin yatay manyetik alanının şiddetini ( Bh ) bulmak için gerekli olan deneysel
veriler. (Sonuçlar formüle edilip grafikle gösterilecek)
I c (mA)
 (0)
1
2
  ( 1   2 ) Formülünden eğilim açısının ortalama sapması hesap edilecek.
Bu ifade bulunduktan sonra yerin düşey manyetik alanının şiddeti bulunacak.

Son ifade olarak ta toplam Yerin manyetik alanı şiddetinin değeri ( BE ) ( BE  Bh2  Bv2 )
ifadesi ile bulunacak.
6
Sorular
:
a) Ampere yasası nedir?
b) Manyetik kuvvet nedir ve nasıl oluşur?
c) Akım geçen telden ve bobinden oluşan manyetik alanın yönü nasıl bulunur?
d) Akım geçen bobinin biraz uzağına üzerinden herhangi bir akım geçmeyen bir bobin
konulursa ne olur?
7
Deney No
: EM 3
Deneyin Adı : Selenoidlerin indüktansı.
Deneyin Amacı : Farklı selenoidler kullanarak bunların indüktansının elde edilmesi.
Teorik Bilgi
:
İletken bir telden zamanla değişmeyen bir akım geçirildiğinde ve akım taşıyan tel
düzgün bir geometriye yani yüksek bir simetriye sahip olduğunda bu telin sahip olduğu
kararlı akımdan dolayı magnetik alan oluşur (Ampere kanunu) ve bu magnetik alanın
büyüklüğü, o halkadaki akımla doğru orantılıdır.
 
3.1
 B.dl =  0 .I
Burada  0 serbest uzayın magnetik alanı ne ölçüde geçirebildiğini gösteren manyetik
alınganlıktır.
Telden geçen akım sayesinde oluşan magnetik alanın yönü sağ el kuralı ile belirlenir.
Bu kurala göre önce başparmak akım yönünde olacak şekilde sağ el ile tel kavranır, diğer dört
parmak ise magnetik alan yönünde kıvrılır, buna göre manyetik alanın yönünü
başparmağımız, akımın yönünü de diğer dört parmak gösterir.
Bu deneyde bobinlerden geçen akımın oluşturduğu manyetik alanla ilgileneceğiz. Bu
manyetik alan; akım (I), bobinin alanı (A), bobinin sarım sayısı (N) ve bobinin uzunluğuna (l)
bağlı olarak değişir. Bobinde oluşan magnetik alan I  r olduğunda daha basit bir şekilde
elde edilebilir. Bu manyetik alan
N
3.2
H  I.
I
dir. İletken bir bobin bir magnetik alana yerleştirildiği zaman ilmeğe nüfuz eden manyetik akı
   0 ..H. A
3.3
dir. Burada  0 serbest uzayın magnetik alanı ne ölçüde geçirebildiğini gösteren magnetik
geçirgenlik ve  de ortamın geçirgenliğidir.
Manyetik alan H, değişmezse magnetik akı  de, sabit kalır. Magnetik alan ve
böylece bobin alanının içinden geçen magnetik akı zamanla değiştiğinde bir voltaj ve sonuç
olarak da bir akım bobinde indüklenir. İndüklenen voltajın ve akımın büyüklüğü ve yönü
magnetik alanın nasıl değiştiğine bağlıdır. Bu Faraday Kanunu olarak bilinir. Şimdi Faraday
kanunu herhangi bir bobin ve ona yaklaştırılan başka bir bobinde oluşan etkilerini görelim.
Faraday Kanunu
d
U 
dt
dir. Bunu 3.3 eşitliğine uyguladığımız zaman
dH
3.4
U 
. A.N1
dt
eşitliğini elde ederiz. N 1 , üzerinden akım geçirilen bobinin sarım sayısı. Bu bobine N 2 sarım
sayılı başka bir bobin yaklaştırıldığında bu bobine bir U voltaj, indüklenir ve bu voltaj
N
dI
3.5
U   . 0 A. 2 N1
dt
L
eşitliği ile verilir.
Kısaca bu bilgileri verdikten sonra biz deneyimizle ilgili ifadeleri belirleyelim. Biz
deneyimizde akım geçirilen bir bobine başka bir bobin monte ediyoruz Faraday kanununa
göre bu ikinci bobinde bir indüksiyon akımı ve buna bağlı olarak da bir manyetik alan
oluşuyor. İkinci bobinde indüklenmiş voltaj,
N
U ind.   N .   N . 0 .. A. .I   L.I
3.6
l
8
olur. Burada L
N 2 .r 2
3.7
l
dir. Buna bobinin indüksiyon sabiti (İndüktansı) denir.
Deneyde farklı bobinler kullanılarak her bir bobinin indüktansı bulunacaktır. L
rezonans şartından aşağıdaki gibi bulunur.
1
3.8
L
2 2
4 f 0 Ctop.
L   0 .. .
1
rezonans frekansıdır. Ctot.  C  Ci toplam kapasitanstır. (C
2 LCtot.
bizim bağladığımız kondansatörlerin kapasitörünü diğeri ise Osiloskobun iç kapasitörünü
gösterir)
Burada f 0 
Deneyin Yapılışı
Şekil 3.1. Deney düzeneğinin gösterimi.
1) Şekilde gösterildiği gibi deney düzeneği kurunuz.
2) Bu sisteme düşük frekanslı sinüs dalga voltajı uygulayınız ve osiloskoptan rezonans
frekansı gözlenene kadar frekansı değiştiriniz. (Not: Rezonans frekansında osiloskopta
gözüken sinüs dalga maksimum genlikli olur.)
3) Osiloskoptan rezonans periyodunu ölçünüz ve f 0  1 T0 bağıntısından da rezonans
frekansını bulunuz.
4) Bu işlemleri Tablo 1 de verilen farklı bobinler için tekrarlayınız ve aşağıdaki grafikleri
çiziniz.
5) 3, 6, 7
L = f(N)
L 2 = f(l)
6) 1, 4, 5
N
7) 1, 2, 3
L = f(r)
8) Bu grafikleri çizdikten sonra her bir grafik için tablonun altında yer alan indüktansın
fonksiyonlarının bağlı olduğu grafiklerden L  A. X B ifadesi kullanılarak B bulunacak
Burada B; şekildeki eğimi X ise değişken fonksiyonu göstermektedir.
9
No.
1
2
3
4
5
6
7
N
2r/mm
l/mm
300
40
160
300
32
160
300
26
160
200
40
105
100
40
53
150
26
160
75
26
160
Tablo 3.1. Bobinlerin verileri.
Cat. No.
11006.01
11006.02
11006.03
11006.04
11006.05
11006.06
11006.07
Sorular :
1) Ampere kanunu ve Faraday kanunu neyi açıklar?
2) Bir dalganın frekansı ve periyodu nedir? Osiloskoptan nasıl ölçülür?
3) Rezonans nedir? Rezonans frekansını veren ifadenin elde edilişini gösteriniz.
4) Bir bobinin indüktansı nelere bağlıdır?
5) 100 sarımlı bir bobinden geçen manyetik akı 0.5 saniyede 30 makwellden sıfıra
düştüğüne göre bobinin uçları arasında oluşan indüksiyon elektromotor kuvvetini
hesaplayınız.
6) Kendi ifadelerinizle manyetik alan B ile manyetik akı  arasındaki farkı açıklayınız.
Bu büyüklükler vektörel midir? Skaler midir? Hangi birimlerle ifade edilirler? Bu
birimler birbirine nasıl bağlıdır?
10
Deney No
: EM 4
Deneyin Adı
: Manyetik alanda iletken bir halkanın manyetik momenti
Deneyin Amacı : Manyetik alanın bir torka ve dolaysıyla manyetik bir momente sahip
olabileceğini deneysel yolla gözlemlemek.
Teorik Bilgi
:
Manyetik Alan :
Amper yasası, iletken bir telden doğru akım geçirildiğinde ve akım taşıyan tel düzgün
bir geometriye yani yüksek bir simetriye sahip olduğunda uygulanabilen bir kanundur. Bu
kanuna göre bir halkada oluşan manyetik alanın büyüklüğü, o halkadaki akımla doğru
orantılıdır.

4.1
 B  dl  0  I
Burada μ0, serbest uzayın manyetik alam ne ölçüde geçirebildiğini gösteren manyetik
geçirgenliktir, iletken bir telden akım geçirilirse telin etrafında manyetik bir alan oluşur.
Manyetik kuvvet:
Aralarında 20-30cm uzunluk bulunan iki teli güç kaynağına bağlayalım. Bu tellerde
akım birinden çıkıp diğerine gidebilsin. Güç kaynağından akım verildiğinde tellerin birbirini
ittiği gözlenir. Bu nasıl olabilir? Daha sonra telleri akımlar aynı yönlü olacak şekilde
bağlarsak teller birbirini çeker. Bu durgun yüklerin oluşturduğu elektrostatik kuvvet olamaz.

Durgun bir yük sadece E elektrik alanı oluştururken; hareketli yük (örneğin akım) elektrik

alana ek olarak bir de B manyetik alanı oluşturur.
a)
b)
Şekil 4.l a) Durgun yüklerin meydana getirdiği elektrik alan çizgileri
b) Kararlı akımların meydana getirdiği manyetik alan çizgileri
Telden geçen akım sayesinde oluşan manyetik alanın yönü sağ el kuralı ile belirlenir.
Bu kurala göre önce başparmak akım yönünde olacak şekilde sağ el ile tel kavranır, diğer dört
parmak ise manyetik alan yönünde kıvrılır ve böylece manyetik alanın yönü belirlenmiş olur.
Şekil 4.2. Başparmak yönünde akım geçen telin etrafındaki manyetik alan çizgileri
Bu açıklamalarla anlaşılıyor ki akım taşıyan iletken teller bir manyetik alan
kaynağıdır. Bu alanın büyüklüğü ise akım kararlı olduğu durumlarda (zamanla değişmeyen
akım) amper yasası ile belirlenirken, uzayın bir noktasındaki manyetik alan ise Biort-Savart
kanunu ile belirlenir. Yükün bulunduğu bölgede hiçbir elektrik ya da yerçekimi bulunmadığı
11
halde, manyetik alana giren yüklerin hareket doğrultularında bir değişme olduğu, akım taşıyan
tellerin manyetik alana girdiklerinde bir kuvvete maruz kaldıkları görülmüştür. Bütün bunlar
yukarıda bahsettiğimiz manyetik kuvvetten dolayıdır. Telin gördüğü manyetik kuvvetin
özellikleri şunlardır:
1. Manyetik kuvvet, telin taşıdığı akımla orantılıdır.
2. Manyetik kuvvetin büyüklüğü ve yönü, telin uzunluğuna, manyetik alanın büyüklüğü
ve yönüne bağlıdır.
3. Tel manyetik alan vektörüne paralel hareket ettiği zaman ona etkiyen Fmag kuvveti
sıfırdır. Bu özellikleri ile manyetik kuvvet aşağıdaki formül ile verilir.
4.2
Fmag  I  L  B  Sin
Sonuç olarak akım taşıyan bir telde manyetik alan meydana geleceği bunun sonucunda
tele manyetik bir kuvvet etkiyeceği ve bu kuvvettin telin uzunluğuna, akıma, manyetik alan
şiddetine ve manyetik alanla yapılan açıya bağlı olduğu görülür. Peki bir pusulayı ya da teli
bir manyetik alan içersine koyduğumuzda pusula iğnesinin ona etkiyen manyetik kuvvetten
dolayı döneceğini en azından hareket edebileceğini artık söyleyebileceğimize göre, iğnenin
dönmesini (sapmasını) sağlayan bir tork ifadesi var mıdır?
Başka bir deyişle manyetik alanda bir moment etkisinden söz edilebilir mi? Bu
sorunun cevabı kesinlikle evettir. Bu tork etkisi 4.3 denklemiyle verilir.
 

4.3
  I  A B
Burada I akım, A akımın geçtiği yüzey alanı, B ise manyetik alanın büyüklüğüdür. Bu
formülde IA çarpımına manyetik moment denir ve μ ile veya m ile gösterilir. Eğer akım
taşıyıcı tek bir tel değil de selenoid gibi N sarımlı tellerden oluşuyorsa bu durumda m=IAN
şeklinde yazılır.
Şekil 4.3: Deney düzeneğinin şematik gösterimi
Deney düzeneğine göre tork ifadesi aşağıdaki gibi yeniden yazılabilir.
  
  m B
4.4
Akım taşıyan tel N(helmholtz bobini) sarımlı ise manyetik moment denklem 4.4'te yerine
konulup, vektörel çarpım açık şekilde yazılırsa denklem 4.5 elde edilir.
  I  N  A  k  I h  Sin
4.5
Burada;
k: helmholtz bobinlerine ait sabit katsayı
lh: bobinlerden geçen akım
A: iletken çevrimin alanı
N: bobinlerin sarım sayısıdır.
α: manyetik alanla yüzeyin normali arasında ki açıdır.
12
Bu deneyde manyetik tork, akıma bağlı olarak ölçülecektir. Bobinlerden geçen akım bir
manyetik alana neden olacak, bu manyetik alana bağlı olarak oluşan tork sonucu manyetik
bobin dönecektir. Bu manyetik bobinin üzerine bağlı bulunan ayna da aynı miktar dönecektir.
Aynanın bu şekilde dönüşü üzerine gelen ışığın da dönmesine neden olacak ve bu dönme,
yansıyan ışığın ne kadar saptığına bağlı olarak ekranda gözlenecektir. İşte bu sapma ile tork
x
arasında şöyle bir bağıntı vardır. Aynadan yansıyan ışığın yer değiştirmeye bağlılığı  
2L
şeklindedir. Burada x: ekrandaki yer değiştirme, L: ayna ile ekran arasındaki mesafedir.
Deneysel olarak ölçülecek tork ise şöyledir.
x
4.6
  D   D
2L
Burada D, size direkt verilecek olan ve deney düzeneğine bağlı olan bir sabittir.
Araçlar
Deneyde kullanılacak olan cihazların üzerinde numaralar vardır. Bu numaralar
cihazları tanımanız ve uygun şartlarda onları çalıştırmanız için konulmuştur. Bu cihazların
uygun çalışma gerilim değerleri ve akım değerleri bu numaralandırmaya göre deney masası
üzerine yazılmıştır. Deney yaparken aşağıda belirtilen bu şartlara uymalısınız.
1. Manyetik bobinin, torsyon balansla iyice temas halinde olduğuna emin olunuz.
2. Torsyon balans: Sisteme hiçbir manyetik alan uygulanmadığında sistemin dengede
kalmasını sağlamak içindir. Bu kısma kesinlikle dokunmayın ve vidaları
gevşetmeyiniz. Bu sisteme ait D sabiti 3.09×10-4Nm/rad 'dır.
3. Kutup anahtarı: Akımın yönünü dolayısıyla da manyetik alanın yönünü değiştirir.
4. Helmholtz bobinleri
5. Ayna: üzerine dokunup kirletmeyin.
6. Max 3A, max 12V ile çalışan AC güç kaynağı
7. Max 5A, max 16V ile çalışan DC güç kaynağı
8. Dijital multimetre
9. Dijital multimetre
10. Max 6V, max 5A ile çalışan halojen lamba
Deneyin yapılışı
:
A) Torku, I akımının değişimine bağlı olarak ölçme
1. Önce torsyon balansın gergin olduğundan emin olun
2. Helmholtz bobinlerine gelen Ih akımını 0.05 amper alın ve 8 nolu multimetredeki
akımı 0 dan başlatıp 0.01 amperlik adımlarla arttırarak ekrandaki yer değiştirmeleri
tablo 4.l'e kaydediniz.
3. x1 yer değiştirme miktarı, manyetik bobine bağlı multimetreden okunan I akımına
bağlı olarak ekrandan ölçülür. x2 ise 3 nolu anahtar yardımıyla akımın yönü ters
çevrildiğinde ekrandan okunan yer değiştirmedir.
4. Ayna ile ekran arasında ki L mesafesini ölçünüz.
5. Ih akımını 0.75A alarak aynı işlemleri tekrarlayın tablo 4.2'ye sonuçları kaydediniz.
6. Eşitlik 4.6'yı kullanarak torku hesaplayınız.
B) Torku, Ih akımına bağlı olarak ölçme
1. I akımını sabit 0.08 amper olarak ayarlayın ve bu defa Ih akımını 0.05 amperden
başlayıp yine bu adımlarla 1.5A'e kadar güç kaynağı yardımıyla değiştirin ve yer
değiştirmeleri tablo 4.3'e kaydediniz.
2. Eşitlik 4.6'yı kullanarak torku hesaplayınız.
13
Tablo 4.1: Ih=0.05 A için yer değiştirmeler
x1
x2
I
cm
cm
mA
Tablo 4.2: Ih=0.75 A için yer değiştirmeler
x1
x2
I
cm
cm
mA
Tablo 4.3: I=0.05 A için yer değiştirmeler ve Ih değerleri
Ih
x1
x2
cm
cm
mA
C) Grafikler:
Tablo 4.l ve 4.2 için torku hesaplayıp torkun I akım değerlerine göre grafiğini çiziniz.
Tablo 4.3 için yine torku eşitlik 4.6 dan hesaplayıp torkun Ih akımına bağlı grafiğini çizip
sonuçların eşitlik 4.5 ile uyumlu olup olmadığını nedenleri ile tartışınız.
Sorular
:
1. Bir pusula ibresinin manyetik dipol momenti nasıl ölçülebilir?
2. İçinden i akımı geçen çember şeklinde bir devrenin iç noktalarında B manyetik alanı
düzgün müdür?
3. http://www.falstad.com/vector3de/ adresine girerek simülasyonu inceleyiniz. Sorulara
simülasyondaki veri girişlerini değiştirerek cevap veriniz.
4. Simülasyonda field selection (alan seçimi kısmından) point charge (noktasal yük
kısmını),display (gösterge) kısmında particles(vel) yani hıza bağlı potansiyel altında
hareket eden parçacıklar kısmını,
14
Deney No
: EM 5
Deneyin Adı : Biot-Savart Yasası
Deneyin Amacı: Uzun, doğrusal ve iletken bir telin üzerinden geçen akımın oluşturduğu
manyetik alanın bulunması.
Üzerinden akım geçen bir akım halkasının merkezindeki ve merkezinden farklı
uzaklıklardaki manyetik alanın bulunması.
Üzerinden akım geçen bir selenoidin merkezindeki manyetik alanın bulunması.
Teorik Bilgi :
Biot-Savart yasası elektrostatikte coulomb yasasına benzerdir. Coulomb yasasını ifade
etmenin bir yolu da bir yük dağılımının yarattığı elektrik alanı yazmaktır. Sonsuz küçük bir
dq yük elemanının bir P noktasında yarattığı elektrik alanı ifadesi aşağıdaki gibi verilir.
1 dq
dE 
rˆ
4 0 r 2
5.1
Burada r, yük elemanının P noktasına uzaklığı ve r̂ yükten P’ ye gönderilen birim vektördür.
Yük dağılımı üzerinden integral alınarak P’deki elektrik alanı E   dE integrali ile bulunur.
Şekil 5.1. Bir dl akım elemanının bir P noktasında alana yaptığı katkı dB’dir. Idl ile r̂ , şekil
düzlemi içindeyseler, dB düzleme dik ve dışına doğrudur.
Şekil 5.1’deki akım dağılımını göz önüne alalım. Bir Idl akım elemanı P noktasındaki
manyetik alana bir dB katkısı yapar. Akım elemanından P’ye olan konum vektörü r  rrˆ ise,
bu sonsuz küçük akım elemanı için Biot-Savart yasası
 Idl  rˆ
dB  0
4 r 2
5.2
şeklinde verilir. dB’nin yönü Idl  rˆ vektörel çarpımının yönüyle verilir ve sayfa
düzleminden dışarı doğrudur. Bu katkının büyüklüğü
 Idl sin 
dB  0
4
r2
5.3

r̂
ile verilir. dl ve arasındaki açıdır.
Üzerinden akım geçen uzun doğrusal bir teldeki akımın bir P noktasında oluşturduğu
manyetik alan
 I
B 0
2R
5.4
ifadesi ile verilir. Teli, başparmağımız akım yönünü gösterecek şekilde kavradığımızda diğer
parmaklarımızın kıvrılma yönü alanın yönünü verir.
15
Şekil 5.2. Bir I akımı taşıyan uzun doğrusal bir tel. Bir Idl akım elemanı, P noktasında
manyetik alana dik bir dB katkısı yapar. dB’nin yönü şekil düzleminden dışarıya doğrudur.
Biot-Savart yasasına göre yarıçapı a olan ve bir I akımı taşıyan dairesel halkanın
ekseni üzerindeki noktalarda oluşturduğu manyetik alan ise;

Ia 2
Bx  0
3
2 2
x  a2 2
5.5


Şekil 5.3. Bir dairesel halkanın akım elemanı halkanın ekseni üzerindeki P noktasında alana
bir dB katkısı yapar.
Deneysel Kısım :
 Üzerinden akım geçen doğrusal bir telin merkezindeki ve merkezinden farklı
uzaklıklardaki noktalarda oluşan manyetik alanı bulabilmek için Şekil 5.4’te görülen deneysel
düzeneği kurun. Bu düzenekte ilk olarak telin merkezindeki manyetik alanın akım ile olan
değişimi incelenecektir. Bunun için teslametrenin probunu telin merkezine(1mm) yaklaştırın
ve orada sabitleyin(Not: Teslametrenin probunu her ölçümden önce kalibre edin. Kalibrasyon için
probu kalibre yuvasına sokup set düğmesini aşağı çekin ve Minimum manyetik alanı okuyun).
Sonra güç kaynağından voltaj değerini 24Volt’a ayarlayın ve akım değerini sıfırdan
başlayarak 20Ampere kadar arttırarak teslametreden manyetik alan değerlerini okuyup
Tablo5.1’e kaydedin. Manyetik alanın akımla olan değişim grafiğini çizin.
Aynı düzenekte voltaj değerini 24Volta, akım değerini de 20Ampere sabitleyip
teslametrenin probunu telin merkezinden başlayarak Tablo5.2’deki uzaklıklara götürerek
manyetik alan değerlerini ölçün ve Tablo5.2’ye kaydedin. Uzun doğrusal tel için manyetik
alanın uzaklıkla olan değişim grafiğini çizin.
 Üzerinden akım geçen dairesel bir telin merkezindeki ve merkezinden farklı
uzaklıklardaki noktalarda oluşan manyetik alanı bulabilmek için Şekil5.5’te görülen deneysel
düzeneği kurun. Sırasıyla R=60mm-40mm-20mm’lik dairesel halkalar için teslametrenin
probunu halkaların merkezlerine gelecek şekilde ayarlayarak 24Volt sabit gerilimde, akım
16
değerini sıfırdan başlayarak 20Ampere kadar arttırarak teslametreden manyetik alan
değerlerini okuyup Tablo5.3’e kaydedin. Dairesel akım halkası için manyetik alan ile akımın
değişim grafiğini elde edin.
Aynı düzenekte voltaj değerini 24Volta, akım değerini de 20Ampere sabitleyip
teslametrenin probunu dairesel akım halkasının merkezinden başlayarak Tablo5.4’deki
uzaklıklara götürüp manyetik alan değerlerini ölçün ve Tablo5.4’e kaydedin. Dairesel akım
halkası için manyetik alanın uzaklıkla olan değişim grafiğini çizin.
 Üzerinden akım geçen bir selenoidin merkezindeki ve merkezden farklı uzaklıklardaki
manyetik alanı bulabilmek için R=45mm yarıçaplı selenoidi deneysel düzeneğe daha
öncekiler gibi bağlayın. V=24Volt, I=10Amper değeri için teslametrenin probunu selenoidin
merkezinden itibaren Tablo5.5’teki değerlere getirerek manyetik alan değerlerini okuyun ve
tabloya kaydedin. Manyetik alanın uzaklıkla olan değişim grafiğini elde edin.
Selenoidin merkezindeki B manyetik alan değerinin birim uzunluktaki sarım sayısı ile
olan değişimini incelemek için sarım sayısı değiştirilebilen selenoidi deneysel düzeneğinize
yerleştirin. Güç kaynağınızdaki V=24Volt, I=10Amper sabit değerleri için 2cm’deki sarım
sayısını değiştirerek merkezdeki manyetik alan değerlerini bulun ve sarım sayısı ile olan
değişimin grafiğini çizin.
Şekil 5.4. Doğrusal tel için manyetik alan ölçüm düzeneği.
I (A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
B (mT)
Tablo 5.1
x (cm)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
B (mT)
Tablo 5.2
17
Şekil 5.5 Dairesel akım halkası için manyetik alan ölçüm düzeneği.
I (A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
5
7
10
18
B (mT)
R=20 mm
B (mT)
R=40 mm
B (mT)
R=60 mm
Tablo 5.3
X (cm)
B (mT)
R=20 mm
B (mT)
R=40 mm
B (mT)
R=60 mm
1
2
3
Tablo 5.4
x (cm)
0
1
3
5
7
10
B (mT)
Tablo 5.5
Sorular :
1-) Biot Savart yasası fiziksel olarak neyi ifade eder? Açıklayınız.
2-) Amper yasası fiziksel olarak neyi ifade eder? Açıklayınız.
18
15
20
20
Deney No
: EM 6
Deneyin Adı : Manyetik İndüksiyon
Deneyin Amacı : Manyetik alanın frekansının ve şiddetinin fonksiyonu olarak indüksiyon
voltajını inceleme; indüksiyon bobininin kesit alanının ve sarım sayısının fonksiyonu olarak
indüksiyon voltajını inceleme
Teorik Bilgi
:
Manyetik alanlarda değişimin bir sonucu olarak meydana gelen voltajlar ve akımlar
indüklenmiş voltaj ve indüklenmiş akım olarak bilinir ve bu olgu elektro manyetik indüksiyon
olarak belirtilir. İletken bir ilmek bir manyetik alanın içine yerleştirildiği zaman ilmeğe nüfuz
eden manyetik akı
6.1
  B. A
olur. Burada A, manyetik alana dik olarak yönelmiş olan iletken ilmek tarafından kuşatılan
alandır. Tek bir ilmek yerine çok sarımlı bir bobin olursa sarım sayısı, N 1 , ile 6.1 ifadesini
çarpmalıyız.
6.2
  B. A.N1
Manyetik alan, B, değişmezse manyetik akı,  , sabit kalır. Manyetik alan ve böylece bobin
alanının içinden geçen manyetik akı zamanla değiştiği zaman bir voltaj ve sonuç olarak da bir
akım bobinde indüklenir. İndüklenen voltajın ve akımın, büyüklüğü ve yönü manyetik alanın
nasıl değiştiğine bağlıdır. Faraday Kanunu
d
U 
dt
uygular ve 6.2 eşitliğine uyguladığımız zaman
dB
6.3
U   . A.N1
dt
eşitliğini elde ederiz. Bir akım ( I ), bir bobinin içinden aktığı zaman zıt olarak bir elektrik
akımı bir manyetik alan üretir. Büyük bir silindirik bobin içindeki manyetik alan için
N
6.4
B  0 2 I
L
Vs
eşitliğini biliyoruz. Burada N 2 bobinin sarım sayısı, L bobinin uzunluğu ve  0  4 .10 7
Am
manyetik alan sabitidir. Bu deney bobinin içinde değişen bir manyetik alan, B(t ) , üreten
değişen bir akım, I (t ) , içerisinden akan bir alan bobin olarak büyük bir silindirik bobin
kullanır. Farklı sarım sayılarına ve farklı kesit alanlarına sahip olan dikdörtgen indüksiyon
bobinleri bu alan bobininin içine yerleştirilir. 6.3 ve 6.4 eşitliklerinin kullanılmasıyla
hesaplanabilen bu indüksiyon bobinlerinin içinde bir U voltajı indüklenir ve
N
dI
6.5
U   . 0 A. 2 N1
dt
L
eşitliği ile ifade edilir. A2 kesit alanlı ve N 2 sarımlı bobin içinde bir B1 manyetik alanının
değişimi bir voltaj meydana getirir.
dB
6.6
U 2  N 2 A2 1
dt
Bu deneyde N 2 sarımlı ve farklı A2 kesit alanlı indüksiyon bobini N1 sarımlı bir
silindirik (birincil) bobinle düzenlenir. Birincil bobinin başından sonuna kadar değişebilen
frekans ( ) ve I 0 büyüklüğünde ayarlanabilen bir alternatif akım akar.
I1  I 0 sin2. . .t 
6.7
Bu akım L1 uzunluklu birincil bobinde bir B1 manyetik alanı üretiyor.
19
B1   0
N1
I1
L1
6.8
0  4 107 Vs/Am serbest uzayın manyetik geçirgenliği (permeability) olarak bilinir.
6.2 ve 6.3 eşitliği ile indüksiyon bobininde indüklenen voltaj U1
N
6.9
U 1   0 1 N1 . A1 . .I 0 . cos(2. . .t )
L1
olur. 6.4 eşitliği I1 ve U1 ’ in efektif değerlerine aşağıdaki gibi indirgenebilir.
N
6.10
U eff   0 1 N1 . A1 . .I eff
L1
Deneyde N1  120 ve L1  42cm sabit olduğu için indüklenen voltajın I eff ’ in
şiddetine, frekansa ( ), sarım sayısına ( N 2 ), kesit alanına ( A2 ) bağlılıklarını inceleyeceğiz.
Deneyin Yapılışı:
Şekil 6.1’deki düzeneği kurunuz. Bunun için tüpler ve bobinler için tutucunun üzerine
birincil bobini yerleştirir ve fonksiyon jeneratörüne ampermetre ile bobinleri seri bağlarız.
Şekil 6.1
1) I eff ’ in fonksiyonu olarak indüklenen voltaj:
N2=100, 200, 300 sarımlı ve A2  25cm 2 kesit alanlı bir indüksiyon bobinini
voltmetreye bağla ve Şekil 6.1’deki birincil bobin alanının içine bobini yerleştiriniz.
Frekans 1000Hz ile 2500Hz arasındaki bölgede bir değere ayarlanmalıdır. Frekansı
1030Hz değerine ayarlayınız ve birincil bobinden geçen farklı I eff akımları için farklı sarım
sayılı ikincil bobinlerde indüklenen voltajları ölçerek aşağıdaki tabloları doldurunuz.
N 2  300 sarım için indüklenen voltaj tablosu
I eff (mA)
0
10
20
30
40
50
60
66
50
60
66
Veff (Volt)
N1  200 sarım için indüklenen voltaj tablosu
I eff (mA)
0
10
20
30
Veff (Volt)
20
40
N1  100 sarım için indüklenen voltaj tablosu
I eff (mA)
0
10
20
30
40
50
60
66
Veff (Volt)
I eff ’ in fonksiyonu olarak indüklenen voltajı çiziniz.
2) Frekansın ( ) fonksiyonu olarak indüklenen voltaj:
Deney düzeneğinde birincil bobinin içine N 2  1000 sarımlı ikincil bobini
yerleştiriniz. Birincil bobinin I eff akımını 66mA olarak ayarlayınız. Tablodaki her bir frekans
değerini sinyal üretecinden ayarlayarak bunlara karşılık gelen Veff voltajlarını ikincil bobine
bağlı voltmetreden okuyunuz ve tabloyu doldurunuz. N 2  500 sarımlı başka bir bobin için
deneyi tekrarlayınız A2  4cm 2 .


N 2  1000 sarım için indüklenen voltaj tablosu
Frekans(Hz) 500
800
1200
1600
2000
2400
2800
3000
2400
2800
3000
Veff (Volt)
N 2  500 sarım için indüklenen voltaj tablosu
Frekans(Hz)
500
800
1200
1600
2000
Veff (Volt)
Frekansın,  , fonksiyonu olarak indüklenen voltajı çiziniz.
3) N 2 ’nin fonksiyonu olarak indüklenen voltaj:
Deney düzeneğinde birincil bobinin içine N 2  1000 sarımlı ikincil bobini
yerleştiriniz A2  4cm 2 . Birincil bobinin I eff akımını 66mA ve frekansı da 1520Hz olarak


ayarlayınız. İkincil bobindeki Veff voltajını ölçünüz.
İkincil bobin olarak N 2  500 sarımlı bobini yerleştirerek frekans ve akımın aynı
değerleri için deneyi tekrarlayınız.
N 2  500 ve N 2  1000 sarımlı bobinleri birbirlerine seri bağlayarak (yani N2=1500)
voltmetreye bağlayınız. Ve birincil bobin alanının içine seri bağlı bobinleri yerleştiriniz. Aynı
akım ve frekans değerleri çin deneyi tekrarlayınız.
Aynı frekans ve akım değerlerinde A2  25cm 2 kesit alanlı ve N2=100, 200, 300
sarımlı bobinler ile deneyi tekrarlayınız. Sonuçları aşağıdaki tablolara yerleştiriniz.
A2  25cm 2 kesit alanlı ve N 2  100,200,300 sarımlı bobinler için indüklenen voltaj tablosu
N 2 (Sarım sayısı)
100
200
300
Veff (Volt)
21
A2  4cm 2 kesit alanlı ve N 2  500,1000,1500 sarımlı bobinler için indüklenen voltaj tablosu
N 2 (Sarım sayısı)
500
1000
1500
Veff (Volt)
N 2 ’nin fonksiyonu olarak indüklenen voltajı çiziniz.
4) A2 ’nin fonksiyonu olarak indüklene voltaj:
N1  300 sarımlı ve A1  25cm 2 kesit alanlı bobini voltmetreye bağlayınız. Birincil
bobin alanının içine ikincil bobin olarak yerleştiriniz. 800Hz ile 6500Hz arasındaki bölgede
bir frekans değeri için indüklenen voltajı ölçünüz.
Aynı frekans ve I eff değerlerinde N1  300 sarımlı ve A  10cm 2 ve A  15cm 2 kesit
alanlı bobinler için deneyi tekrarlayınız ve ölçülen değerleri aşağıdaki tablolara yerleştiriniz.
A  10cm 2 kesit alanlı bobin için indüklenen voltaj tablosu
Frekans (Hz)
806
2085
4027
6014
Veff (Volt)
A  15cm 2 kesit alanlı bobin için indüklenen voltaj tablosu
Frekans (Hz)
806
2085
4027
6014
Veff (Volt)
A1  25cm 2 kesit alanlı bobin için indüklenen voltaj tablosu
Frekans (Hz)
806
2085
4027
Veff (Volt)
A2 ’ nin fonksiyonu olarak indüklene voltajı çiziniz.
Sorular
:
1) İndüklenen voltaj ne demektir?
2) İndüklenen akım ne demektir?
3) Faraday kanunu nedir?
4) Lenz kanunu nedir?
22
6014
Deney No
: EM 7
Deney adı
: Transformatörler ve çalışma prensipleri
Deneyin Amacı : Transformatörlerin çalışma prensiplerini ve bu prensiplerin hangi fiziksel
kanunlarla ifade edildiğini anlama.
Teorik Bilgi
:
Transformatörler, birincil devrede akımın değişmesiyle meydana gelen manyetik akı
değişimiyle ikincil bir devrede potansiyel oluşması ilkesine göre çalışırlar.
Faraday Kanunu: Manyetik akının değişimi iletken bir taşıyıcıda bir emk'nın (potansiyelin)
oluşmasına neden olur. Manyetik akının zamanla değişimine bağlı olarak Faraday kanunu
aşağıdaki denklemle ifade edilir.
d
7.1
V  
dt
Faraday kanunu olarak bilinen bu formülde Φ manyetik akıyı, ε ise indüklenen
potansiyeli belirtir. Burada negatif işareti, devrede indüklenen emk'nın yönü, ilmekten geçen
manyetik akı değişimine karşı koyacak yöndedir anlamına gelir. Bu yönü belirten kanun ise
Lenz kanunu olarak bilinir. Ancak devrede indüklenen bu alan, durgun yüklerin oluşturduğu
bildiğimiz elektrostatikteki alandan farklıdır. Bu indüklenen alan korunumlu değildir.
Transformatörler: N1 sarımdan oluşmuş birincil(primer) devrede ki değişen manyetik akı, N2
sarımdan oluşmuş ikincil (sekonder) devrede bir emk indükler. İndüklenen bu emk sarım
sayıları ile orantılıdır. Ortada bulunan demir çekirdek manyetik bir malzeme olduğundan
manyetik akıyı arttırmak ve böylece birinci devrede oluşan manyetik akının diğer devreyi
dolaşan manyetik akı kadar olmasını sağlamaktır. Ayrıca bu demir çekirdek kayıpların
azalmasına neden olur.
DC devrelerde güç P=I∙V 'dir. Bu demektir ki, gerekli güç için oldukça küçük akımlar
ve buna karşılık büyük gerilim farkları ya da tam tersi alınmalıdır ki bu ikisinin çarpımı sabit
kalsın. Öte yandan iletim hatlarında meydana gelen kayıpları azaltmak için mümkün olan en
küçük akıma ihtiyaç duyarız. Çünkü iletim hatlarındaki bu kayıplar I2∙R formülünden
anlaşılacağı gibi ohmik kayıplardır. Bu kayıplarda harcanan güç, ısı olarak kaybedilir.
Öyleyse iletim aşamasında bu kayıplarını azaltacak, I∙V çarpımı sabit kalacak şekilde
potansiyeli arttıran veya azaltan cihazlara ihtiyacımız vardır. İşte bu görevi transformatörler
yapar. Transformatörler yardımıyla AC gerilimi arttırılır ve DC gerilime çevrilir.
Şekil 7.l: Transformatörün içyapısı
Evlerimizde ise bu yüksek gerilimler bir transformatör yardımıyla istenen gerilime
(voltaja) düşürülür. Ülkemizde evlerde kullanılan gerilim 220 V ve 50 Hz'dir.
Transformatörde birincil(primer) devrede oluşan gerilim Faraday yasasına göre;
23
d1
7.2
dt
Eğer demir çekirdekte tüm manyetik alan çizgilerinin korunduğunu varsayarsak
birincil devrede oluşan akı ikincil devrede oluşan akıya eşit olacaktır. Bu nedenle ikincil
devredeki gerilim;
d1
V2  N 2 
dt
d 1
şeklinde yazılır.
ifadesi son denklemde yerine konulursa;
dt
N
7.3
V2  2  V1
N1
ifadesi bulunur. N2>N1 olduğunda çıkış gerilimi, giriş geriliminden (ΔV1) büyük olur. Bu
durumda transformatör yükseltici transformatör adını alır. N2<N1 olduğunda alçaltıcı
transformatör adını alır. Bu durumda çıkış gerilimi giriş geriliminden azdır. Kayıpların
olmadığı ideal bir transformatörde üreteç tarafından üretilen I1∙ΔV1 gücü, ikincil (sekonder)
devredeki güce eşittir. Yani;
I1∙ΔV1= I2∙ΔV2
7.4
dir. Şimdi transformatörlerin uzun mesafeli güç iletiminde neden yararlı olduğunu daha iyi
anlayabiliriz. Çünkü üreteçten alınan gerilim arttırılarak iletim hattındaki akım düşürülür. Ve
böylece I2∙R kayıpları azaltılır.
V1  N1 
Deneyin Yapılışı:
Şekil 7.l'deki gibi devre düzeneğini kurunuz. Güç kaynağının gerilimi sabit tutularak,
primer akımı reosta (değişken direnç) yardımıyla değiştirilir.
Şekil 7.l Deney düzeneği
Deney yapılırken şunlara dikkat edilmelidir.
1. Güç kaynağı gerilimi 6V olarak ayarlanmalıdır.
2. Reosta ile primer akım için maksimum değer olan 6.2A aşılmamalıdır.
3. Deneye başlamadan önce deney düzeneği ilgili görevliye kontrol ettirilmelidir.
Ölçümler:
A) Primer sarımı sabit tutarak sekonder sarımı 14 sarım sayısından başlayarak 140 sarıma
kadar arttırınız. Bu sırada primer akımı, sekonder akımı, sekonder gerilimi, primer gerilimi
24
multimetre yardımıyla okuyarak tablo 7.1’e kaydediniz. Bu değerlere göre sekonder sarım
sayısının primer gerilimine bağlı olarak grafiğini çiziniz.
B) Sekonder sarımı sabit tutularak (14 sarım) primer sarımı 14 sarımdan başlayarak 140
sarıma kadar sarım sayısını arttırınız. Bu sırada yine primer akımı, primer gerilimi, sekonder
akımı, sekonder gerilimi değişen bu sarım sayılarına karşılık olarak multimetreden okuyunuz
ve Tablo 7.2 ye kaydediniz. Bu değerlere göre primer sarım sayısının sekonder gerilime göre
grafiğini çiziniz.
C) Primer sarım ve sekonder sarımı 140'ta sabit tutarak, reosta yardımıyla primer akımı
değiştiriniz. Bu değişime karşılık sekonder akımın, sekonder gerilimin ve primer gerilimin
değerlerini Tablo 7.3'e kaydediniz. Bu değerlere göre I2(sekonder akım)-I1(primer akım)
grafiğini çiziniz.
D) Tablolardan görülen değişimlere göre bu akımlar ve gerilimler arasındaki bağıntıları
yorumlayınız. Ayrıca transformatörünüzü yükselteç olarak ve alçaltıcı olarak nasıl
çalıştırabildiğimizi belirleyip değerleri ayrı bir tabloya kaydediniz ve sonucu denklem 7.3'e
göre yorumlayınız.
Sekonder
sarım sayısı
Tablo 7.l : Primer sarım sayısı:
Primer
Primer
Sekonder
gerilim
akım
akım
Sekonder
gerilim
Primer
sarım sayısı
Tablo 7.2 : Sekonder sarım sayısı:
Primer
Primer
Sekonder
gerilim
akım
akım
Sekonder
gerilim
Tablo 7.3.: Primer sarım sayısı ve Sekonder sarım sayısı sabit (140)
Reosta yardımıyla değiştirilen
Primer
Sekonder
Sekonder
primer akımı
gerilim
akım
gerilim
Sorular
:
1. Elde ettiğiniz grafiklerden sekonder sarım sayısı ile sekonder gerilim arasında nasıl bir
ilişki vardır? (Primer sarım sayısı sabit)
2. Transformatörü yükseltici olarak kullanmak istersek sekonder sarını sayısı ile primer
sarım sayısı arasında nasıl bir ilişki olmalıdır? Açıklayınız.
25
Deney No
: EM 8
Deney Adı
: Akım Terazisi
Deneyin Amacı : Düzgün bir manyetik alan içerisinde akım taşıyan bir tele etkiyen net
kuvveti ve nelere bağlı olduğunu gözlemlemek.
Teori Bilgi
:
Düzgün bir manyetik alan içersinde Vs sürüklenme hızıyla hareket eden bir q
parçacığına etki eden manyetik kuvvet
8.1
q  Vs  B
şeklinde verilir (Şekil 8.1).
Şekil 8.l: Manyetik alan içersindeki yüke etkiyen kuvvet
Yük taşıyıcılarına etkiyen kuvvet, bu taşıyıcıların teli taşıyan atomlarla çarpışmaları
sonucu, telin bünyesinde iletilir. Tele etkiyen toplam kuvveti bulmak için, bir yüke etkiyen
q  Vs  B kuvveti, tel parçasında bulunan yük sayısı ile çarparız. Parçanın hacmi A∙l olduğuna
göre yük sayısı: n∙A∙l olur. Burada n birim hacimdeki yük sayısıdır. Sonuç olarak uzunluğu l
olan tele etkiyen toplam manyetik kuvvet
F  q  Vs  B   n  A  l
8.2
şeklindedir. Teldeki akım
I  n  q  Vs  A
8.3
olduğuna göre F:
8.4
F  I l  B
biçiminde ifade edilir.
Konunun daha anlaşılır olması için düzgün kesitli fakat keyfi bir tele etkiyen kuvvet
kavramı ile kapalı bir tele etkiyen kuvvet kavramına bakınız.
Deneyin Düzeneği:
Deneyde iki adet bir birinden bağımsız çalışan sistem vardır.
1. Düzgün manyetik alan oluşturan düzenek; iki bobin, bobinler arasına yerleşmiş at nalı
şeklindeki alan etkisini kuvvetlendirici metal, manyetik alanı doğrusal hale getiren iki
demir kütle ve bu kütlelerin bir araya gelerek arasının kapanmasını engelleyen pullar, güç
26
kaynağı (DC, I<5A ), bağlantı kabloları (Şekil 8.2).
Şekil 8.2: Düzgün manyetik alan oluşturan düzenek
2 Terazi ve akım taşıyıcı telden oluşan düzenek; terazi, akım taşıyan tel ve tele akım veren
güç kaynağı (DC, I<20A) ve bağlantı tellerinden oluşur(Şekil 8.3).
Şekil 8.3: Terazi ve akım teli
Deneye başlarken;
 Terazinin ucuna takılan akım taşıyıcı tel selenoidlerin arasına dik olacak şekilde
yerleştirilir. Ve terazi dengelenerek (terazi üzerinde ki ibre l veya 2 yönünde çevrilir.)
ağırlığın kaç olduğuna bakılır.
 Bağlantı kabloları kontrol edilir ve manyetik alan oluşturulan metal kütleler arasında pul
olup olmağı kontrol edilir.
Deneyin Yapılışı :
Önce l cm enindeki akım taşıyıcı tel ile deneyi gerçekleştirelim.
1. l cm enindeki akım taşıyıcı tel teraziye bağlanır. Akım taşıyıcı tel(Şekil 8.1) (terazi ile
beraber taşınarak) selenoidler(Şekil 8.2) arasına akım telinin alt ucu gelecek şekilde
yerleştirilir.
2. Manyetik oluşturan düzeneğin güç kaynağı açılır (Dikkat düz manyetik oluşturması için
yerleştirilen kütleler sıkışacak, iyi ki pul var). Sabit bir voltaj ve akım uygulanmaktadır
(boşuna düğmeleri kurcalamayın!).
3. Sonra akım taşıyıcı telin akım geçmesiyle aşağı doğru hareketlenmesini sağlayacak güç
kaynağı açılır ve tablodaki akım değerleri ayarlanır.
4. Terazi tekrar denge konumuna(ibre l veya 2 yönünde çevrilerek) getirilir ve bulunan
27
değer tabloya işlenir.
5. Güç kaynakları kapatılır. Deney diğer akım taşıyıcı teller ile gerçekleştirilir.
l=1cm olan tel için tablodaki akım değerleri için tabloyu doldurunuz.
n
I(A)
F(N)
1
2
2
4
3
6
4
8
5
10
6
12
7
14
8
16
l=2cm olan tel için tablodaki akım değerleri için tabloyu doldurunuz.
n
I(A)
F(N)
1
2
2
4
3
6
4
8
5
10
6
12
7
14
8
16
l=4cm olan tel için tablodaki akım değerleri için tabloyu doldurunuz.
n
I(A)
F(N)
1
2
2
4
3
6
4
8
5
10
6
12
7
14
8
16
l=8cm olan tel için tablodaki akım değerleri için tabloyu doldurunuz.
n
I(A)
F(N)
1
2
2
4
3
6
4
8
5
10
6
12
7
14
8
16
28
Sorular
:
1. Her bir tel için grafik çiziniz.( F(N)-I(A))
2. Grafiklerin doğrusallığını tartışınız.
3. Deney amacına uygun gerçekleşmiş midir?
4. Kapalı bir tele düzgün manyetik alan içersinde etkiyen net kuvveti bulunuz. Formülleriyle
ispat ediniz.
5. Sağ el kuralı nedir? Deney düzeneğin de açıklayınız?
29