TÜBİTAK – BİDEB
LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK)
PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI
LİSE – 3 (Çalıştay 2013)
FİZİK PROJE RAPORU GRUP ÇUKUROVA 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 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 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
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
sarar, bunu matematiksel olarak açıklayan kişilerJean- Baptiste 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
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
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.
sürmektedir.
Cihaz / Uzaklık d = 10 cm d = 30 cm d > 1m
Elektrik süpürgesi 30000-40000 3000-5000 300-500
Evsel aletler ve tipik manyetik alanlar (mikroTesla )
Ütü 500-1000 100 50
Çamaşır Makinası 2000-3000 300-500 10
Saç Kurutma Makinası 40000 10000 10
Elektrik Traş Makinası 20000 500 50
Mikser 7000-20000 500-1000 50
Kahve Makinesi 300-500 50 50
Fotokopi makinası 8000-15000 1000-3000 100-300
Tablo 3: Dünya ülkeleri standart elektromanyetik değerleri.
Ülke
Düzenleme
Açıklamalar Elektrik alan
( kV/m )
Manyetik alan ( A/m2) Danimarka, İsveç,
Norveç, Estonya İngiltere,
Hollanda
Herhangi bir yönetmelik yok ancak AB tavsiyesi referans alınıyor.
İngiltere,Hollanda,İsveç gibi kimi ülkelerde kurulan ulusal komiteler kendi tavsiyelerini oluşturuyor.
Belçika 5 kV/m
Yerleşim bölgeleri - Manyetik alanlara ilişkin
herhangi bir yönetmelik yok Fransa, Almanya,
Hırvatistan,İspanya, İrlanda, Litvanya,Avustralya
Yunanistan 4 kV/m 80µT 0,8 katsayısı ile ICNIRP
değerleri
İsviçre 5 kV/m
100µT
Okullar,hastaneler,huzurevleri gibi hassas bölgeler için 1µT
Hassas bölgeler için geçerli olan limit yanlızca yeni tesislere uygulanıyor
Slovenya 5 kV/m
Hassas bölgeler için 500 V/m
100µT
hassas bölgeler için 10µT
Hassas bölgeler için geçerli olan limit yanlızca yeni tesislere uygulanıyor
İtalya 5 kV/m
100µT
100µT(4 saat/gün ortalaması) 3µT(4 saat/gün ortalaması)
Dikkat değerleri tüm yaşam alanlarına ve mevcut
tesislere uygulanıyor.Kalite değerleri yaşam alanları ve yeni tesisler uygulanıyor
Türkiye 10 kW/m 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 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.
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.
140 160 180 200
Elektromanyetik AlanµT
0 20 40 60 80 100 120
2 10 20 50 100
Elektromanyetik Alan
Uzaklık (cm)
Yalıtkan Kaplamm Alüminyum Kaplama Bakır Alaşım Örgü
