tÜbİtak bİdeb lİse ÖĞretmenlerİ fİzİk, kİmya,...
TRANSCRIPT
TÜBİTAK-BİDEB
LİSE ÖĞRETMENLERİ
FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK
PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI
LİSE 2 (ÇALIŞTAY 2012)
FİZİK ALANI
GRUP SA
ORTAM SICAKLIĞINA HASSAS
OTOMATİK PENCERE AÇMA DÜZENEĞİ
PROJE EKİBİ
Emel KALFAOĞLU Yavuz KESKİN
PROJE DANIŞMANLARI
Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU Prof. Dr. Serhat ÖZDER
KEPEZ/ ÇANAKKALE
21 – 29 Ocak 2012
İÇERİK
Sayfa no
Projenin Adı 1
Projenin Amacı 1
Giriş 1
Kuramsal Temeller 1
Yöntem ve Materyal 3
Deneyin Yapılışı 4
Sonuçlar ve Tartışma 6
Değerlendirme 6
Kaynaklar 7
Teşekkür 8
Şekil Dizini
Sayfa no
Şekil 1. a. Mıknatıslanmamış bir maddede atomik manyetik dipollerin rastgele
yönelişleri.
b. Bir B0 dış alanı uygulandığı zaman, atomik manyetik dipollerin alan
yönünde yönelmeye çalışırlar ve böylece maddeye net bir M
mıknatıslanması kazandırırlar. 2
Şekil 2. Ferromanyetik bir maddenin mıknatıslanma ya da histerisiz eğrisi 3
Şekil 3. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneği 3
Şekil 4. Pencere tasarımının yapılışı 4
Şekil 5. Oda termostatının ayarlanması 4
Şekil 6. Elektrik devresinin kurulması 5
Şekil 7. Motor çıkışına bağlantı kablolarının lehimlenmesi 5
Şekil 8. Elektrik devresinin pencere sistemi üzerine monte edilmesi 6
Şekil 9. Pencere sisteminin boyanması 6
Şekil 10. Deney düzeneğinin son hali 6
Tablo Dizini
Tablo 1. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneğinin
malzeme listesi 4
1
PROJE ADI:
Ortam Sıcaklığına Hassas Otomatik Pencere Açma Düzeneği
PROJENİN AMACI:
1. Dış ortamın sıcaklığından yararlanarak oda sıcaklığını klima kullanmadan
azaltabilmek.
2. Klimalarda sağlığa zararlı olarak kullanılan gazlardan ötürü, canlı sağlığı ile
barışık bir yöntem kullanabilmek.
3. Klimalardan ötürü oluşan kas rahatsızlıkları önleyebilmek.
4. Evlerde enerji tüketimini azaltabilmek.
GİRİŞ:
İnsanlar tarafından klimalar uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Ancak yapılan
bilimsel araştırmalar klimalarda kullanılan Freon, Amonyak, Frigen, Kaltron, Genetron veya
Kükürtdioksit gibi gazların hem küresel ısınmaya neden olduğunu, hem de sağlık açısından
olumsuz etkiler yarattığını göstermektedir [1-2] . Evlerde klima etkisi sağlamak ve klimadan
kaynaklanan rahatsızlıkları önlemek için basit bir düzenekle oda sıcaklığı arttığında
kendiliğinden açılan-kapanan pencere modeli tasarlandı.
Günümüzdeki enerji fiyatlarındaki artış ve insanların ekonomik alım güçlerinin
azaldığı göz önüne alındığında gelir düzeyi düşük olan aileler teknolojik gelişmelerden
yararlanamamaktadır. Tasarlanan düzenek evlerin yapım aşamasında kurulduğunda, maliyeti,
bakımı ve harcayacağı enerji ekonomik olduğundan insanların yaşadıkları ortamın sıcaklığını
kontrol altına almaları kolaylaşacaktır.
KURAMSAL TEMELLER:
Isıtma ve ya soğutmanın kontrolü, sıcaklık değişimi üzerine kurulmuştur. Isıtma veya
soğutmanın gerçekleştirilmesi, belirlenmiş sıcaklık aralıklarında sıcaklığın değişimine göre
belirlenecektir. Soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde sıcaklık kontrolü termostat ile
sağlanmaktadır. Termostatlar sıcaklığa tepki veren cihazlardır. Termostat, sıcaklık
değişimlerine bağlı olarak devrede elektrik anahtarı gibi çalışan ve böylece bağlı olduğu
sistemi açma ve kapama yaparak kumanda eden cihazlardır. Termostatların kullanıldığı yere
göre çeşitleri vardır [3]. Oda termostatı belirlenen zaman aralığında devreye girerek,
tekrarlanabilen bir süreçte sıcaklığı kontrol eder. Sistemin bir durumdan diğer duruma
2
geçmesi ani olmadığından bu durum manyetik malzemelerin manyetizmalarındaki histerisiz
davranışlarına benzemektedir.
Tüm ferromanyetik maddeler domain denen mikroskopik bölgelerden oluşurlar.
Mıknatıslanmamış bir numunede, Şekil 1a’da gösterildiği gibi bölgeler, net manyetik moment
sıfır olacak biçimde rastgele yönelirler. Numune bir dış manyetik alan içine konduğu zaman,
bölgeler hafifçe dönerek alan yönünde yönelmeye çalışırlar. Bu yönelme olayı, Şekil 1b’deki
gibi mıknatıslanmış bir numune ortaya çıkarır [4].
Bir malzemede, domenlerin yapıları ve davranışları, ferromanyetik maddenin
mıknatıslanma eğrisi belirler. Bu eğriye Şekil 2’ de görüldüğü gibi histerisiz eğrisi (histerisiz
çevrimi) denir. Histerisiz eğrisi mıknatıslığını tamamen kaybetmiş bir malzemeye değişken
bir dış manyetik alana maruz bırakıldığında, bu dış alan ile akı yoğunluğu ölçülerek histerisiz
eğrisi elde edilebilir. Histerisiz eğrisinin düşey ekseni M, malzemedeki akı yoğunluğu, H ise
uygulanan manyetik alan şiddetini ifade etmektedir. Eksenlerin kesim noktası 0,
mıknatıslanmanın olmadığı ve hiçbir kuvvetin uygulanmadığı anı temsil eder. Manyetik alan
şiddetini arttırdığında, akı yoğunluğu önce hızlı, sonra maksimum ya da doyma noktasına
ulaşıncaya kadar yavaşlayarak artar. Manyetik alan şiddetinin daha fazla arttırılması akı
yoğunluğunda bir artış meydana getirmez. Akı yoğunluğunun yükselişi Şekil 2’ de noktalı
çizgi ile gösterilmiştir [5-6].
a b
Şekil 1. a. Mıknatıslanmamış bir maddede atomik manyetik dipollerin rastgele yönelişleri.
b. bir B0 dış alanı uygulandığı zaman, atomik manyetik dipollerin alan yönünde yönelmeye
çalışırlar ve böylece maddeye net bir M mıknatıslanması kazandırırlar.
3
Şekil 2. Ferromanyetik bir maddenin mıknatıslanma ya da histerisiz eğrisi [5].
YÖNTEM VE MATERYAL:
Şekil 3. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneği.
Şekil 3’deki elektrik devresi kurulup sistem içerisine yerleştirilerek, sistemin çalışması
değişik sıcaklık değerleri için saç kurutma makinesi yardımı ile kontrol edildi.
Pencere
Bağlantı ipi Motor Termostat
DC Güç
Kaynağı
4
DENEYİN YAPILIŞI:
Tablo 1’deki malzemeler kullanılarak ve aşağıdaki işlem basamakları takip edilerek
deney düzeneği hazırlandı.
Tablo 1. Ortam sıcaklığına hassas otomatik pencere açma deney düzeneğinin malzeme listesi.
No Malzeme Adı Miktarı Birim Açıklama ve Teknik Özellikler
1 DC Güç Kaynağı 1 Adet Ayarlanabilir ( 0-12 V ayarlanabilir akım
sınırlamalı DC güç kaynağı)
2 Oda Termostatı 1 Adet 0-35 oC Ayarlanabilir
3 Teyp Motoru 1 Adet Çalışma Gerilimi 9 V
4 Menteşe 2 Adet Küçük Boy
5 Bağlantı Kablosu 5 Metre İzolasyonlu, İnce Bakır ( Zil Teli )
6 Mukavva 1 Adet
7 Koli Bandı 1 Adet Şeffaf
8 Silikon 1 Adet
9 Maket Bıçağı 1 Adet Büyük Boy
10 Yapıştırıcı 3 Adet Uhu ( Büyük Boy )
11 Saç Kurutma Makinesi 1 Adet
12 Lehim Makinesi 1 Adet
13 İp 1 Metre İnce
14 Strafor 1 Tabaka Mavi
15 Sulu Boya 1 Adet
Strafor ve karton kullanılarak pencere düzeneği hazırlandı (Şekil 4). Pencerenin
kendiliğinden açılmasını sağlamak için ağırlık merkezi menteşelerin dönme ekseni dışında
olacak şekilde pencere üzerine parçalar ilave edildi.
a b c
Şekil 4. Pencere tasarımının yapılışı.
Şekil 5. Oda termostatının ayarlanması.
5
Şekil 6. Elektrik devresinin kurulması.
Şekil 7. Motor çıkışına bağlantı
kablolarının lehimlenmesi.
Oda termostatı üzerindeki bağlantılar söküldü ve deneyin amacına uygun olarak
çalışabilmesi için gerekli bağlantılar yapıldı (Şekil 5).
Güç kaynağı, oda termostatı ve teyp motorunun birbirine seri bağlı olduğu elektrik
devresi kuruldu. Saç kurutma makinesi yardımı ile sıcaklık değişimi oluşturularak devrenin
çalışma durumu kontrol edildi. Devrenin istenilen sıcaklık aralığında çalıştığı görüldü
(Şekil 6).
Teyp motoru üzerindeki döner mile bağlı olan ip, pencereye bağlandığında motorun
gücünün pencereyi hareket ettiremediği görüldü. Sorunun çözümü için güç kaynağı
yardımıyla potansiyel farkı ve akım şiddeti değerleri değiştirilerek motorun çalışma gücü
ayarlandı. Pencerenin düzenli ve istenilen hızda açılıp-kapanması için motorun rotor
bölümünde değişiklik yapılarak istenilen hız ve torka ulaşıldı. Motorun çıkışları üzerindeki
kablolar lehim yapılarak uzatıldı (Şekil 7).
Elektrik devresi pencere sistemi üzerine silikon kullanılarak monte edildi. İp
kullanılarak pencere ve motor birleştirildi (Şekil 8).
6
Şekil 8. Elektrik devresinin pencere sistemi üzerine monte edilmesi.
Şekil 9. Pencere sisteminin boyanması.
Şekil 10. Deney düzeneğinin son hali.
Deney düzeneğinin estetik görünmesi için motorun bulunduğu bölüm ve kablolar
dıştan görünmeyecek şekilde kapatıldı. Son işlem olarak pencere sistemi boyandı (Şekil 9).
Deney düzeneğinin son hali Şekil 10’da görülmektedir.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Güç kaynağı açık ve pencerenin kapalı olduğu durumda, saç kurutma makinesi
kullanılarak sistemin sıcaklığı arttırıldı, pencerenin açıldığı gözlendi. Sistem oda sıcaklığına
döndüğünde ise pencerenin otomatik olarak kapandığı gözlendi. Deney değişik zamanlarda ve
sıcaklık değerlerinde tekrarlandığında aynı sonuca ulaşıldı.
DEĞERLENDİRME
Ortam sıcaklığının bu proje kapsamında hazırlanan ortam sıcaklığına hassas otomatik
pencere açma deney düzeneği ile sağlanacağı gözlendi.
Pencerenin kapanması için kullanılan elektrik enerjisi güneş panelleri kullanılarak elde
edilirse enerji tasarrufu sağlanabilir.
7
KAYNAKLAR:
[1] http://tr.wikipedia.org/wiki/Klima
[2] Tacer, E, (2004-2005) Elektromekanik Enerji Dönüşümü (Ders Notları ).
İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi.
[3] Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme, (2008). Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin
Güçlendirilmesi Projesi, Ankara.
[4] Serway, R. A., Beichner, R., J., (2007), Elekrik ve Manyetizma- Işık ve Optik, Palme
Yayıncılık, Ankara, 707-1243 s. ( Çeviri. K.Çolakoğlu).
[5] Çöktüren, E., (2008). Ferromanyetık Filmlerde Oluşan Yüzey Manyetik Anizotropisinin
Numerik Çözümlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Edirne, 72 s.
[6] Kittel, C., (1996). Katıhal Fiziğine Giriş, Güven Kitap Dağıtım, İstanbul, 434 s. (Çeviri.
B.Karaoğlu).
8
TEŞEKKÜR
Çalıştay koordinatörümüz
Prof.Dr. Mehmet Ay’a
Danışmanlarımız;
Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU,
Prof. Dr. Serhat ÖZDER’ e
Teknisyenimiz
Araş. Gör. Emine GÜNDÜZ’e
Araş. Gör. Emre ÇOŞKUN’a
Sosyal Danışma Uzmanımız
Uğur DEĞİRMENCİOĞLU’na
ve Tüm Çalıştay Ekibine Teşekkür ederiz.
9
ÖZGEÇMİŞ
Emel KALFAOĞLU
10.01.1976 yılında Sinop’un Gerze ilçesinde doğdum. İlk, orta ve lise eğitimimi
Gerze’de tamamladım. 1992 yılında başladığım Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Eğitim
Fakültesi, Fizik Öğretmenliği Bölümünden 1996 yılında mezun oldum. Aynı yıl M.E.B. de
öğretmen olarak göreve başladım. 2002-2005 yılları arasında O.M.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü,
Fizik Anabilim Dalında yüksek lisans eğitimimi tamamladım. 2006 yılında aynı bölümde
doktora eğitimime başladım. Halen doktora eğitimime devam etmekte ve fizik öğretmeni
olarak çalışmaktayım.
Yavuz KESKİN
1978 yılında Artvin’in Ardanuç ilçesinde doğdum. İlk ve Orta öğrenimini Artvin’de
tamamladım. 1996 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Eğitim Fakültesi Fizik
Öğretmenliği bölümünü kazandım. 2000 yılında Sınıf Öğretmeni olarak göreve başladım. 5
yıl sonunda branş değişikliği yaparak fizik öğretmenliğine geçtim. Halen Artvin Fen
Lisesi’nde Fizik Öğretmeni olarak görev yapmaktayım.