MODÜL ADI : ENERJİ KAYNAKLARI
DENEY ADI : GERİLİM ÜRETİM YÖNTEMLERİ DENEY NO :
AMAÇ
Bugün gerilim üretim için çeşitli yöntemler bilinmektedir. Gerilim üretime yöntemleri şöyle sıralanabilir.
Endüksiyon yoluyla üretim
Kimyasal etkime ile üretim
Isı yoluyla üretim
Işık yoluyla üretim
Kristal deformasyonu ile üretim
Sürtünme ile üretim
Bütün üretim şekillerinde pozitif yükler bir kutupta, negatif yükler bir kutupta sürekli kalıyorlarsas, bir doğru gerilim kutupların yük cinsleri (Polaristesi) devamlı değişiyorsa, bir alternatif (değişken) gerilim üretiliyor demektir.
ÖN BİLGİ
A. Endüksiyon (Manyetik Alan) Yoluyla Üretim
Bir ilteken manyetik alan içerisinde hareket ettirilirse; bu iletkenin uçlarında bir gerilim oluşur.
Sabit iletkeni keserek şekilde manyetik alan hareket ettilirse yine iletken uçlarında bir gerilim oluşur.
Şekilde bobinin iki ucuna bir multimetre bağlanmış ve gerilim ölçülmeye çalışıılmaktadır. Bobinin içindeki doğal mıknatıs sağa sola hareket ettirildiğinde multimetrede görülen gerilim değeri bir pozitif bir negatif değer alacaktır. Buradan bobin uçlarındaki yüklerin, mıknatısın bobin içinde sağa sola
hareket ettirilmesiyle değiştiği bir alternatif gerilim üretildiği anlaşılmaktadır.
Bir bobin içerisinde, bir doğal mıknatıs ileri geri hareket ettirilirse, bobin sargılarında alternatif gerilim üretilir. İletkende meydana gelen akımın yönü sağ el kuralına göre bulunabilir.
Birbirlerine dik tutulan; baş, işaret ve orta parmaklardan, başparmak hareket yönünü (V), işaret parmağı manyetik alan yönünü (B) gösterecek şekilde tutulursa, orta parmak iletkenden geçecek olan akımın yönünü (I) gösterir.
Bir mıknatıs yardımıyla bu şekilde bir gerilim üretimi endüksiyon (latince girişim) olarak tanımlanır. Bisiklet ve oto dinamolarında, hidroelektrik santrallerindeki generatörlerde bu yöntemle gerilim üretilmektedir. Gerilim üretme yöntemleri arasında endüksiyon yoluyla üretim, bugün evlerimizde kullanılandığımız elektriği üretmek için en çok kullanılan yöntemlerden biridir.
Bir iletken ileri-geri hareketiyle oluşan gerilim değeri;
e = B.V.L Formülüyle hesaplanır.
Eğer iletken dairesel bir hareket yapıyorsa;
e = B.V.L.sinq Formülüyle hesaplanır.
e = EMK (V) B = Akı yoğunluğu (webber/m2) L = İletkenin hareket hızı (m/sn) B. Kimyasal Etkime İle Üretim
Şekilde görüldüğü gibi herhangi bir tuz çözeltisi içinde biri çinko diğeri bakır olmak üzere iki metal çubuk daldırılmıştır. İki metal çubuk arasına bir voltmetre bağlandığında ibrenin yalnız bir yöne saptığı görülecektir.
Herhangi bir iletken sıvı içinde bulunan iki farklı metal arasında bir doğru gerilim doğar. Depoladığı
kimyasal sistemine göre anot ve katot arasındaki potansiyel farkı gösteren bir gerilim değeri yazılır. Bu gerilim, pilin hiçbir harici devreye bağlı olmaksızın sahip olduğu açık devre gerilimidir.
Elektrik enerjisi kimyasal yolla; Piller ile elde edilir. Klasik pillerin yanında; yakıt pilleri ve aküler de kullanılır. Aküler kullanıldıkça içindeki kimyasal reaksiyon olur ve boşalırlar(Deşarj) Tekrar şarj etmek için; ters yönde bir akım geçirilir.
C. Isı Yoluyla Üretim
Biri bakır diğeri konstantan (bir tür alaşım) iki tel birbiriyle bükülüp ya da kaynaklanıp birleşme yeri ısıtılırsa atomlarında bir hareketlenme oluşur, tellerin açık ucuna bağlanmış duyarlı bir voltmetrenin ibresinde yalnız bir yönde sapma görülecektir.
İki farklı metalin birleşme yeri ısıtılırsa gerilim elde edilir. Bu şekilde bir gerilim üreteci Termo-eleman ya da Termokupl(Isılçift) olarak tanımlanır.
Bir termo elemanın birleşme yeri ısıtıldığında, bakır metalin elektronları konstantan alaşımına geçerler. Bakır üzerinde elektron azlığında ötürü pozitif yükler; konstantan üzerinde elektron fazlılığından ötürü negatif yükler oluşur. Bunun sonucu olarak bakır ile konstantan arasında bir gerilim ortaya çıkmaktadır. Termokupllar genellikle zor ulaşılabilen yerlerdeki (fırınlar, yüksek sıcaklıkta çalışan kazanlar) termometrelerin ölçmekte başarısız olduğu yüksek sıcaklık ölçümünde geniş uygulama alanı bulmaktadır.
D. Işık yoluyla üretim Işık yoluyla elektrik enerjisi fotovoltaik piller ile elde
edilir. Fotovoltaik piller yarıiletkendirler. Yarıiletken özellik gösteren birçok madde arasında fotovoltaik hücre yapmak için genellikle silisyum maddesi kullanılır.
Fotovoltaik hücre olarak kullanılabilmesi için silisyum n veya p tipi katkılandırma yapılır. Silisyuma fosfor katkılandırması yaparak n tipi silikon, bor katkılandırması yaparak da p tipi silikon elde edilir. N tipi yarı ilekten eklemde elektron fazlalığı, p tipi yarıiletkende elektron azlığı (holler, boşluklar) vardır.
P ve n tipi yarıiletken eklemler oluşturulduktan sonra güneş ışınlarıyla gelen fotonlar n tipi silikonda serbest elektronlar oluşturur ve bu elektronlar p tipine doğru harekete geçemeye eğilimlidir. Bu olay her iki tarafta yük dengesi sağlanana kadar sürer.
Yarıiletken bir diyot olarak çalışan fotovoltaik hücre, bir voltmetreye bağlanıp üzerine ışık düşürüldüğünde voltmetrenin ibresinin bir yönde saptığı görülür. Bir fotovoltaik hücrenin ışıklandırılmasıyla doğru gerilim elde edilir.
E. Kristal deformasyonu ile üretim
Piezoelektrik özelliği, (özellikle kristaller ve belirli kristaller) bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda, malzemenin elektrik alan ya da elektrik potansiyel değiştirme yeteneğidir. Bu etki, malzemenin içindeki polarizasyon (kutuplanma) yoğunluğundaki değişmeyle doğrudan alakalıdır. Eğer malzeme kısa devre değilse, uygulanan stres malzemede bir voltaj meydana getirir. Piezo olayını oluşturan kristaller arasında kuartz,
tormalin, rokel bulunur. Doğada ki şekli ile kullanılması mümkün değildir. Kristallerin titreşim frekansı ve ürettiği voltaj kesiliş şekilleri, yüzey işlemleri ile yakından ilgidir.
Bu durumdan; Osilatör devrelerinde, Mesafe ölçümlerinde, Basınç ölçümlerinde, Hoparlör devrelerinde, Ses kayır ve üretme aletlerinde vb… kullanılır. Ayrıca çok ince ayar gerektiren optik odaklama cihazlarında kullanılır.400 kHz gibi yüksek bir frekansta çalışabilir.
F. Sürtünme ile üretim
Belli maddelerin başka maddelerile sürtünme teması sonrası elektriksel olarak yüklü hale geldiği dokunma ile elektriklenmenin bir türüdür. Birbirine sürtülürse, atomların kinetik enerji artar. Böylece;
yükler arası bir gerilim oluşur. Sürtünme enerjisi bir statik elektrik anlamına gelir.
(+) yük fazlalığı olan parçacık pozitif yüklü, (–) yük fazlalığı olan parçacık negatif yüklü olarak tanımlanır.
Farklı iki türden iki cisim birbirine sürtündüğünde, sürtünme kuvveti etkisinde cisimlerin birbirinden elektron alış verişi yaptığı görülür. Elektron veren cisim pozitif, elektron alan cisim negatif yüklenir. Sürtünme yoluyla elde edilecek gerilim büyüklüğü; maddenin cinsine, yüzey büyüklüğüne, hızına bağlıdır. En bilinen statik elektriklenme örnekleri; Van De Groof jeneratörü, Camın kürkle sürtünmesi, saçın taranması sürtünme ile elektriklenmeyi sağlar.
Coulomb Kanunu
Harles Augustin de Coulomb, elektrik yüklü cisimlerin etkileşimlerini incelemek için yaptığı çalışmalar sonucunda, elektrik yükleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri hakkında “İki
noktasal elektrik yükü birbirlerini aralarındaki uzaklığın karesi ile ters, yüklerin mutlak değerlerinin çarpımı ile doğru orantılı olarak iter ya da çeker.” sonucuna ulaşmıştır. Bu sonuç Coulomb kanunu olarak bilinmektedir. F = Newton'da (N) elektrik çekim gücü ya da itme kuvvetidir.
k = Coulomb sabiti F = yükler arasındaki kuvvet Q1 ve Q2 = şarj miktarı r = iki yük arasındaki mesafe
ŞEMA
İŞLEM BASAMAKLARI
1. Gerilim üretim kaynakların neler olduğunu öğrenelim.
2. Manyetik alan ile gerilim üretirken dikkat etmemiz gerekleri öğreneceğiz.
3. Işık ve ısı yoluyla nasıl enerji elde ettiğimizi öğreneceğiz.
4. Columb kanunu sebebini ve sonuçlarını kavrayacağız.
UYGULAMADA KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER
Araç ve Gereç Özelliği Açıklamalar
1 2 3 4
SORULAR
1. Yük miktarları +2q ve +q olan aynı büyüklükteki iki iletken, K ile L arasındaki uzunlukları 2d olup birbirlerine uyguladığı kuvvetin büyüklüğü kaç F ‘dır.
2. Işık gerilimi üretimi nasıl gerçekleşir. Açıklayınız.
3. Sağ el kuralı açıklayınız.
SONUÇ
