Çocuklarınızla Evde Kolaylıkla Yapılabilecek Bilimsel Deneyler Serisi #3 Mıknatıssız Motor Yapımı

Bilim dolu haftasonları sizinle olsun…

Siz AVM’ye gitmekten, çocuğunuzsa tablet başında robot olmaktan sıkıldıysa, sizleri evde bilimsel deneyler yapmaya davet ediyoruz. Her zaman olmasa da, yine de çıkabilecek küçük çaplı karışıklar için öncelikle evin annesinden izin almanız önerilir.

Eğitimli bir göz için, ortalama bir evdeki malzemelerle DNA testinden rokete, elektromanyetizma uygulamalarından patlayıcıya kadar bir dizi şey yapılabileceğini biliyor muydunuz?

Farklı bir hafta sonuyla çocukluğunuza geri dönmek  isterseniz, bundan böyle sizin için kısa bir sürenizi işgal edecek, evde yapabileceğiniz eğlenceli deneyler ve mühendislik uygulamaları derleyeceğiz.

Bilim insanı güzel kılar, özellikle de çocukları.

Bilim, hayal ve sevgiyle kalmanız dileğiyle…

Mıknatıssız Motor Yapımı

Bu hafta küçük bir elektromanyetik uygulamamız var. Amaç birkaç malzemeyi doğru bir şekilde bir araya getirerek elektromanyetik kuvveti parmaklarımızın ucunda hissetmek. Öncelikle kısa bir bilgi verelim, motor aslında nasıl bir şey?

Elektrik motorları bilindiği üzere elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren aygıtlar

O halde ortada önce bir elektrik enerjisi olmalı. Yani pil…

Elektrik motorlarına uzanan yolculuk, İtalyan Fizikçi Alessandro Volta’nn, gümüş ve çinko plakalarla yaptığı denemeler sonucu 1800 yılında sürekli elektrik enerjisi sağlayacak depolayıcı bir araç geliştirmesiyle başlıyor.

Elektrik motorlarının tarihi hakkında detaylı bilgi almak isterseniz Princeton Üniversitesi’nin internet sitesinden Profesör Dr. Martin Doppelbauer’ın hazırladığı; elektrik motorunun 96 yıllık icad edilme serüvenini konu alan çalışmaya buradan ulaşabilirsiniz.

Motorlar için ikinci önemli materyal mıknatıs…

Çünkü motorlarımız Faraday ve Lenz’in küçük bir keşfiyle başlıyor

Bu ikiliye göre -ki gerçekten de öyle- bir iletkenin üzerine manyetik alan uyguladığınızda, ilk başta, “bir anlığına” iletken içinde bir elektrik akımı oluşuyor. Bu akımın oluşmasının nedeni eylemsiz. Hani bir araçla seyahat halindeyken hızlanma ve yavaşlama sırasında hissettiğiniz etki var ya.. işte onun elektromanyetik olanı…

Yani iletken manyetik olarak dengede kalmak için üzerinde manyetik alan olmadığı zamanki haline geri dönebilmek adına, uygulanan alana ters bir manyetik alan yaratmaya çalışıyor. Bunun için de iletken materyalin içinde, bir anlığına bu alanı yaratacak bir elektrik akımı oluşuyor.

Jeneratörlere hoşgeldiniz

Fizikçileri burada pahalı ve tehlikeli oyuncaklarla oynayan çocuklar gibi düşünebilirsiniz.

Elinizde bir mıknatıs var ve halka şeklinde bir telin üzerine yaklaştırdığınızda ölçü aletinizde zayıf bir kıpırtı oluşuyor. Peki sonra ne yaparsınız?

Mıknatısın ard arda sürekli halkanın üzerine getirip çeker ve ölçü aletinizde bir değerlerin yükselmesini umarsınız.

Buna elektromanyetik indüksiyon diyoruz.Hani yalnızca tencerenizi ısıtıp elinizi yakmayan o pahalı ocaklar var ya. İşte onlar da böyle çalışıyor.

Dönebilecek şekilde tasarlanmış, bir mil etrafına sarılı bir mıknatısı bir bobinin üzerinde sürekli döndürürseniz elektrik üretmeye başlarsınız. Çünkü iletken üzerindeki manyetik alan ne kadar hızlı değişiyorsa o kadar yüksek enerji üretilir.

Aynı sistemi ters çevirirsek bu sefer de elektrik motorları icat etmiş oluruz. 

Ancak bugün yapacağımız uygulamada mıknatıs olmayacak. Bunun yerine biraz daha pratik çözümler içeren mıknatıssız bir motor deneyeceğiz.

Malzemeler

• 1,5 V Pil
• Bakır Kablo (1 metre kadar)
• Çengelli iğne (2 tane)
• Dikiş makinesi masurası (Bulunması kolay olsa da evde bir takım alternatifler üretilebilir)
• Kalın lastik ve maket bıçağı

İşler Nasıl Yürüyor?

Öncelikle mıknatısımız olmadığına göre manyetik alan elde etmek için bir tür elektromagnete ihtiyacımız olacak.

Elimizde bir adet 1,5V pil var. Bu pil bir sabit akım kaynağıdır. Yani “+” ve “-“ uçları olan sabit bir voltaj (DC) sağlar. Evlerimizdeki kullandığımız 220V’luk şehir şebekesi gibi sürekli yönü ve şiddeti değişmez (AC). Bu nedenle yapacağımız elektromıknatıs bize ancak sabit bir manyetik alan verecek.

Bu durumda motorumuzun sabit parçası bu olmalı. Ancak iletken bölümü hareketli yapmak zor. Çünkü elimizde bir mıknatıs olsaydı, üzerinde pil ya da kabloları olmayan ve iki ucu bulunan sabit manyetik alanlı bir materyalim olacaktı. Bunu döndürebilmek daha kolay bir mühendislik gerektirirdi.

Bu nedenle küçük bir oyun oynamamız lazım.

Motorumuzu bir bobin şeklinde yapıp iki ucunu çengelli iğnelere tutturacağız. Böylece elimizde çengelli iğnelerin köşeleri içinde dönen bir bobin olacak. Sonra bu bobinin uçlarındaki yalıtkanı bıçakla kazırken bir tarafda küçük bir kapalı alan bırakacağız. Böylelikle motor dönmeye başladıktan sonra her bir turda bir süreliğine devre kesilecek. Devre kesildiğinde akım oluşmayacağı için Faraday etkisi de kesilmiş olacak.

Sonra tekrar iletkenlik sağlanacak ve etki tekrar geri gelecek. Böylece bu ar arda açılıp kapanmalarla pilimiz bitene dönecek bir motor elde etmiş olacağız.

Deneyin Yapılışı

Öncelikle elimizdeki bakır kabloyu alarak sistemimizin hareketli kısmını yapmaya başlayalım.

Bakır teli uygun boyutlarda bir borunun etrafında 25 tur kadar doluyoruz. Ardından dağılmaması için uçlarına -teli de kırmayacak şekilde nazikçe- düğüm atarak bobinimizi hazırlıyoruz.

Şimdi bakır telin üzerindeki yalıtkan kaplamayı kaldırmamız lazım. Bunun için telin üzerini make bıçağıyla kazıyacağız. Böylelikle bobinimiz bir elektrik devresinde kullanılmaya hazır hale gelecek.

Ancak telin bir ucunu tam açarken diğer uçta bir miktar kazınmamış alan bırakmak zorundayız. Böylelikle sistemimiz On / Off yapacak ve bu da bize istediğimiz manyetik alan değişimini yaratacak.

Bu nedenle telin etrafındaki 4 yüzeyin yalnızca 3’ünü kazıyoruz. Hareket sırasında % 25’lik bir kapanma uygun bir değer.

Sıra geldi sabit elektromagnete…

Bunun için masurayı, içi iyice dolacak şekilde bakır telle sarıyoruz ve bir önceki bobin gibi dağılmasını engelleyecek şekilde sabitliyoruz. Burada masura kullanmamızın nedeni boyutu ve tasarımının çok uygun olması. Üzerindeki delikleri, sarımdan sonra sabitlemek için kullanabiliyorsunuz. Ayrıca eğer demir masura (paramanyetik) bulabilirseniz -paslanabilen, biraz ağırca olanlardan-, elde edeceğiniz manyetik alan çok daha büyük olacaktır.

Sardığımız ikinci bobinin uçlarını bu sefer iyice kazıyıp diğerinin yanında beklemeye alıyoruz.

Şimdi çengelli iğnelerimizi pilin uçların tutturmamız lazım. Lastikle bunu kolayca yapabiliriz. Ancak sistemin düzgün çalışabilmesi için iğnelerin pile iyi temas etmesi gerekli. O yüzden sıkı bir lastik iş görecektir.

Çengelli iğneleri de yerleştirdikten sonra sabit elektromagnetimizi pilin üzerine, yukarı bakacak şekilde yerleştirerek açık olan uçlarını iğneye iyice doluyoruz. Birkaç sefer dolamakta fayda var. Yeteri kadar iyi temas sağlanmazsa sistemimizin elektriksel direnci yüksek olur ve elektromagnetimize gelen akım zayıflar.

Ve sıra geldi son parçayı eklemeye…

İlk yaptığımız bobini alıp iğnemizin uçlarındaki halkalardan geçiriyoruz.

Ve artık uçuşa hazırız. İlk hareketi verin ve motorunuz dönmeye başlasın.

Ayrıca elinize sabit bir mıknatıs alıp motorunuza yaklaştırarak elektromanyetik kuvvetin kontrolünü parmaklarınızın ucunda hissetin.