Özel ege lġsesġ Mikrodalga Deney Düzeneği
Yüklə 317,64 Kb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 2.1.b Mikrodalga Fırının Veriminin Hesaplanması
- Deneyle İlgili Teorik Bilgi
- Deneyde Kullanılan Malzemeler
- Deneyin Yapılışı
- Veriler ve Hesaplamalar
- Tablo 5. Mikrodalga F ırının Veriminin Bulunması Deneyinin Veri Tablosu
- 2.2 Mikrodalga Deney Düzeneği ile IĢık Hızının Ölçülmesi
- Deneyde Kullanılan Malzemeler
- Deneyde mikrodalgalarla çalıĢırken endiĢelenmemize gerek var mı
- 3. SONUÇLAR VE TARTIġMA
- TEġEKKÜR
19
Tablo 4‟ ten de
görüldüğü gibi iki
grup içinde ışık hızı küçük hata payları ile ölçülebilmektedir . 2.1.b Mikrodalga Fırının Veriminin Hesaplanması Güç
, verim, enerji gibi te mel kavramları öğrenmek için
mikrodalga fırın ile bir deney gerçekleştirdik. Bu deneyde mikrodalganın belirli bir miktar suyu ısıtmak için ne kadar elektrik enerjisi harcadığından yola çıkarak mikrodalga fırının verimini hesapladık.
Mikrodalga fırının gücü ,
?????? = ??????
?????? (6) bağıntısı
ile bulunabilir. Bu bağıntıda ??????
mikrodalga fırının gücünü, ??????
mikrodalga fırının kullandığı elektrik enerjisini, ??????
mikrodalga fırının çalıştığı süreyi gösterir.
Isı enerjisine dönüşen enerji miktarı da,
?????? = ???????????? ???????????? (?????? ?????????????????? − ?????? ?????????????????? )
(7) denklemiyle hesaplanabilir. Burada ??????
ısıtılan suyun kütlesini(kg) , ??????
??????????????????
suyun son sıcaklığını, ?????? ??????????????????
suyun ilk sıcaklığını, ?????? ????????????
suyun özısısını (4186 J kg -1 0 C -1 ) gösterir. Bu durumda su tarafından absorbe
edilen güç;
?????? ?????????????????????????????? = ??????
?????? (8) İle bulunur [10].
Mikrodalga fırının verimi
, fırının
üzerinde yazan güç (??????
?????????????????? ç???????????? ) ve bizim hesaplayarak elde ettiğimiz güç (?????? ?????????????????????????????? )
?????????????????????????????? = ??????
?????? ???????????????????????? ??????
?????????????????? ç????????????
(9) denklemiyle bulunabilir. Deneyde Kullanılan Malzemeler
Mikrodalga fırın : İlk iki denemede kullanılan mikrodalga fırın için çalışma voltajı 230 - 240V, gücü 900W, frekansı 2450MHz, üçüncü denemede kullanılan mikrodalga fırın için çalışma voltajı 230 -240V, g
ücü 1200W, f rekansı 2450MHz 100 ml plastik beher, Termometre, Saat Deneyin Yapılışı İlk önce 100 ml‟ lik beher ile ölçtüğümüz 50 ml‟ lik suyun başlangıç sıcaklığını termometre ile belirledik ve kaydettik. Sonra beher içindeki suyu mikrodalga fırında döner tablanın üzerine koyduk. Fırını 30 saniye çalıştırdıktan sonra sıcak suyu dikkatli bir şekilde çıkarttık. Suyun son sıcaklığını ölçtük ve kaydettik. Deneyi iki ke z farklı su miktarları için tekrar ettik ve her seferinde temiz su kullandık ( içme suyu) ve kabı her seferinde dönen tablanın merkezinden 20
farklı uzaklıklara koyduk. Ayrıca deneyi daha doğru bir şekilde gerçekleştirmek için diğer ölçümlerde kullandığımızdan farklı bir mikrodalga fırın ile de
bir ölçüm gerçekleştirdik. Bu ölçümde suyun kütlesini diğerlerinden farklı seçtik ve ısıtma süresini de 120 saniyeye çıkardık. Deneyin yapılış aşamalarında çekilen resimler Şekil
15 ve Şekil 16‟da görülmektedir.
1.deneme ?????? = 50???????????? = 0,05???????????? ;
??????
???????????? = 4186 ??????. ???????????? −1 0
?????? ?????????????????? = 20
C; ??????
?????????????????? = 63
0 C;
?????? = 30??????
?????? ?????????????????? ç???????????? = 900 ???????????????????????? = 0,9????????????
?????????????????? − ?????? ?????????????????? = 63 − 20 = 43
0
?????? = ????????????∆?????? = 0,05??????4186??????43 = 8999,9 ??????????????????????????????
ve ilk sıcaklığının belirlemesi ve mikrodalga fırına yerleĢtirilmesi aĢamaları. ġe kil 16. Mikrodalga fırının veriminin bulunması deneyinde suyun ısıtılması ve fırından çıkartılarak son sıcaklığının belirlemesi aĢamaları. 21
?????? ?????????????????????????????? = ?????? ?????? = 8999,9 30 = 299,9 ???????????? −1 = 0,2999 ???????????? Verim =
?????? ?????? ???????????????????????? ?????? ?????????????????? ç???????????? = 0,2999
0,9 = 0,333
Yüzde Verim = %33
2.deneme ?????? = 100???????????? = 0,1???????????? ; ?????? ???????????? = 4186 ??????. ???????????? −1 0
C ; ?????? ?????????????????? = 18 0
?????????????????? = 45
0 C; ?????? = 30?????? ?????? ?????????????????? ç???????????? = 900 ???????????????????????? = 0,9???????????? ∆?????? = ?????? ?????????????????? − ?????? ?????????????????? = 45 − 18 = 27 0 C
?????? ö??????çü?????????????????? = ??????
?????? = 11302,2 30 = 376 ???????????? −1 = 0,376???????????? Verim
= ??????
?????? ???????????????????????? ??????
?????????????????? ç???????????? = 0,376 0,9 = 0,418 Yüzde Verim = %42
3.deneme
?????? = 200???????????? = 0,1???????????? ; ?????? ???????????? = 4186 ??????. ???????????? −1 0 C ; ?????? ?????????????????? = 20
0 C; ?????? ?????????????????? = 95
0 C; ?????? = 120?????? ?????? ?????????????????? ç???????????? = 1200 ???????????????????????? = 1,2???????????? ∆?????? = ?????? ?????????????????? − ?????? ?????????????????? = 95 − 18 = 77 0 C
?????? ö??????çü?????????????????? = ??????
?????? = 6444,4 120 = 537 ???????????? −1 = 0,537
Verim
= ??????
?????? ???????????????????????? ??????
?????????????????? ç???????????? = 0,537 1,2
Yüzde Verim = %45
Deneme
Suyun kütlesi (kg)
İlk Sıcaklık ( 0 C) Son Sıcaklık (C 0 ) Yüzde verim
1
18 63
33 2 0,1 20 45
42 3 0.2 18 95
45
ırının Veriminin Bulunması Deneyinin Veri Tablosu 22
Tablo 5‟ten de
görüldüğü gibi mikrodalga fırınlar %33 − %45
gibi yüksek bir verimle çalışmaktadır.
Ayrıca yapılan denemelerde , suyun mikrodalga fırında merkeze yakın yerlere koyulduğunda mikrodalga fırının daha verimli çalıştığı görüldü.
İkinci
bölümde anlattığımız mikrodalga ile ışık hızının bulunması deneyi , basit bir şekilde yapılabilen ve ışık hızının ölçülmesi hakkında kabaca f ikir veren bir deneydir. Fakat hem mikrodalga fırının kapalı bir ortam olması nedeniyle gözlemsel zorluklara sahip olması hem de doğru şekilde kullanılmadıklarında insan sağlığı açısından risk oluşturabilecek bir frekans değerine sahip olması laboratuar ortamında yapılabilecek bir deney tasarlamamızda etkin rol oynamıştır.
Fırında eritilen herhangi bir yiyecek (çikolata parçaları) üzerinden dalgaboyunu hesaplamak her ne kadar basit ve cazip görünse de hassas bir ölçüm için uygun değildir. Tüm bu olumsuzluklar göz önünde bulu ndurularak amaca uygun ve mikro dalga fırın ile aynı prensibe sahip bir deney düzeneği tasarladık.
Deneyimizde temel prensip yine bir mikrodalga ka ynağından çıkan dalgaların metal bir yüzeyden yansıtılarak duran dalga deseni elde etmek ve yapıcı girişimlerde enerji maksimumlarını yakalamaktır.
Mikrodalga verici : frekansı 10,7 GHz , gücü 15mW M ikrodalga alıcı , güç kaynağı (12V), yansıtıcı levha, ampermetre , bağlantı kabloları.
Mikrodalga ve ricisinin çıkış gücü 15mW (15x 10 -3 Watt)‟tır. Bu değer de
evlerde kullanılan mikrodalga fırınların
gücünden
çok daha düşüktür . Daha da önemlisi vericinin 10,7 GHz lik frekansı, fırının 2.45 GHz‟lik frekansından daha yüksektir. Böylece vücudumuzdaki su molekülleri bu frekansta soğurma yapmayacağı için deney setinde kullandığımız mikrodalga vericisi bize zarar vermez. Deneyin Yapılışı Bir güç kaynağına (12V) bağlanan mikrodalga verici (10.7GHz) kullanılarak elde edilen mikro dalgalar, vericinin karşısına belirli bir mesafede yerleştirilen metal levhadan geri yansıtılır. Mikrodalga kaynağı ile levha arasındaki mesafe yarım dalgaboyunun tam katlarına eşit olduğunda sistem rezonansa gelir ve yapıcı girişim noktalarında genlik maksimum olurken yıkıcı girişim noktalarında genlik sıfır olur. Bu maksimum ve minimum noktalarını belirlemek için düzeneğe bir mikrodalga alıcı
ekledik. Mikrodalga alıcıyı ampermetreye bağlayarak ampermetrenin maksimumu gösterdiği bir yapıcı girişim noktası bulduk. Bunun için metal levhayı ileri geri oynatarak ampermetre iğnesinin maksimumu gösterdiği mesafeyi hassas şekilde ayarladık. Yansıtıcı levha ve mikrodalga üreteci arasındaki mesafeyi ölçerek kaydettik. Daha sonra levhayı yavaş yavaş kaynaktan uzaklaştırarak ampermetre iğnesinin kaç defa maksimumu gösterdiğini saydık. Gözlemlenen tepe noktası sayısı arttıkça dalgaboyu dolayısıyla
da ışığın hızı daha hassas olarak elde edilebilir. Yeter li miktarda tepe noktası gözlemledikten sonra levhanın son konumunda kaynaktan uzaklığını ölçerek dalgaboyunu hesaplamamız gereken toplam mesafeyi bulduk. Gözlenen iki maksimum
23
arasındaki mesafe yarım dalgaboyuna eşit olduğundan, aradaki mesafeyi gözlenen tepe sayısına bölerek yarım dalgaboyunu daha sonrada dalgaboyunu elde ettik. Mikrodalga vericinin frekansını üzerinden okuyarak ?????? = ??????. ??????
bağıntısı yardımıyla ışık hızını hesapladık. Oluşturduğumuz deney düzeneği Şekil 18‟de görülmektedir.
Veriler ve Hesaplamalar Mikrodalga verici ile yansıtıcı levha arasındaki uzaklık (x) = 25cm =0,25m
Gözlenen tepe sayısı (n) =18 Mikrodalga üretecinin çalışma frekansı (f) =10 ,7 GHz Mikrodalgaların dalgaboyu, ?????? = ?????? ?????? 2
2?????? ??????
= 2.0,25
18 = 0,0278??????
24
olarak bulunur. ?????? = ??????. ??????
bağıntısında bulduğumuz dalgaboyunu ve mikrodalga vericinin frekansını yerine koyarsak ışık hızı,
?????? = ??????. ?????? = 0,0278.10,7. 10 9 = 2,9746. 10 8 ??????/?????? olarak bulunur. Işık hızının gerçek değerini kullanarak hata payımızı hesaplarsak,
Yüzde hata = ?????? ?????????????????? ç???????????? −?????? ö??????çü?????????????????? ?????? ?????????????????? ç???????????? × 100 = 2,99792458−0,29746 ??????10 8 2,99792458?????? 10 8 × 100
Yüzde hata = %0,78
bulunur . Bu sonuca göre mikrodalga fırın ile yaptığımız ilk deneyden çok daha hassas olarak %1‟
den
bile az hata ile ışık hızını elde etmiş olduk. 3. SONUÇLAR VE TARTIġMA Bu projede, ışık hızını basit bir deneyle ve en doğru şekilde nasıl ölçebiliriz? Sorusunun cevabını aradık. Işık hızını en doğru ve hassas şekilde ölçebilmek ve frekans, dalgaboyu, ışık hızı, verim, güç, enerji gibi temel fiziksel kavramları öğrenebilmek için üç
farklı deney gerçekleştirdik. İlk deneyde mikrodalga fırın ve çikolata ile ışık hızını %1- %2 hatayla ölçtük. İkinci deneyde verim, güç, enerji gibi temel fiziksel kavramları öğrenebilmek için mikrodalga fırının verimini hesapladık ve mikrodalga fırının diğer fırınlara oranla yüksek bir verimle çalıştığını gördük. Işık hızı ölçümü için yaptığımız deneyi daha
hassas gerçekleştirmek için üçüncü bir deney gerçekleştirdik. Laboratuarda mikrodalga verici ve mikrodalga alıcı ile basit bir deney düzeneği oluşturduk. Bu düzenek ile ışık hızını %0.78 gibi düşük bir hatayla elde ettik.
kolayca hazırlanabilen bir düzenektir. Bu nedenle bu deneyin liselerde ve üniversitelerde temel fizik derslerinde frekans, dalgaboyu, ışık hızı gibi kavramlar öğretilirken kolaylıkla kullanılabileceğini düşünüyoruz.
Bu proje, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik - Elektronik Bölümü ve Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü laboratuarlarlarında gerçekleştirilmiştir.
Çalışmalarımız sırasında bize danışmanlık yapan, bilgi ve deneyimlerini paylaşan
Araştırma Görevlisi Dr.
Serhat Küçükdermenci‟ye , Araştırma Görevlisi Dr. Ahmet Çelikoğlu‟na , Fizik Öğretmenimiz Batuhan Alparslan‟a, Bilim Kurulu Ü yemiz Dr. Meltem Gönülol Çelikoğlu‟na ve
bizi bilimsel çalışmalara teşvik eden ve bu konuda her türlü desteği veren okul yöneticilerimize teşekkür ederiz.
25
[1] Cemil. A, (2011), 12. Sınıf Fizik , Palme
Yayıncılık, Ankara . [2] Çetin, G., Gıdalarda Isıl İşlem Uygulamasında Mikrodalga Kullanımı, <
http://www. kimyaevi.org > ,
22.01.2013. [3]Kalkan, H., (2011), Elektromanyetik Spektrum, elektromanyetik_spektrum.pdf
>
, 22.01.2013.
[4]
Kıncay, O., (2012), Güneş Enerjisi Ders Notları , dersnotu/gun-bir.pdf
>, son erişim 22.01.2013.
[5]Komisyon, (2011), Ortaöğretim Fizik 12 Ders Kitabı, MEB yayınları
.
[6]Serway, R. A, (1996),
Palme Yayıcılık, Ankara . [7]
Yıldız, U., (2003), Elektromanyetik Dalgalar, < http://home.strw.leidenuniv.nl/~yildiz/docs/ yildiz_elektromanyetik_dalgalar.pdf >, son erişim 22.01.2013. [8]
Yücel, E.,(2012), Işık, Renk ve Elektromanyetik Tayf(elektromanyetik spektrum), son erişim 22.01.2013. [9]University of Western Australia, Centre for Learning Technology, Using a microwave oven to measure the speed of light, /pdfs/chapter10_4.pdf>, son erişim
22.01.2013. [10]University of Western Australia, Centre for Learning Technology, The efficiency of a
microwave oven, pdf
>
22.01.2013. [11]
<
22.01.2013. [12] son erişim
22.01.2013. [13] > , son erişim 22.01.2013. [14] son erişim 22.01.2013.
Yüklə 317,64 Kb. Dostları ilə paylaş:
|