TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ FİZİK, KİMYA, …maycalistaylari.comu.edu.tr/maycalistaylari/phocadownload/userupload/lise2/Paralel...kontrol altına almaları kolaylaşacaktır.

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.