Mühendislik Notları

          Yakınlık etkisi ve deri etkisi temelde benzerlik göstermektedir. Deri etkisi; iletkenin üzerinden geçen akımın meydana getirdiği manyetik alan etkisinde kalarak, akımın iletkenin kesitinde düzgün olarak dağılmaması bu nedenle de akım taşıyan kesitin ve akımın azalmasına neden olmasıydı. Yakınlık etkisinde ise, bobin sarımlarında iletken tellerin birbirine yakın olması sonucu deri etkisinin neden olduğu direnç artışı daha da artar. Çünkü iletken tel, kendi üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alanın yanı sıra çevresindeki komşu tellerde oluşan manyetik alanların da etkisinde kalacaktır. Bu durumda, iletken telden geçen akım daha da azalacaktır [1]. Kaynakça:  [1]  Dağlar, H.Y. 1991. Yeraltı Kablolarının Akım Taşıma Kapasitesi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Kıvanç, B. 2022. Yüksek Frekanslı Helmholtz Bobin Uygulamaları için Donanım Düzeneği Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen  Bilimleri Enstitüsü,

                    DC gerilimlerde iletken telden akan akım iletken boyunca homojen olarak dağılır. Bu nedenle, deri etkisi DC sistemlerde görülmez. Ancak, AC gerilimlerde iletken telin merkezinde oluşan manyetik alan iletkenden akan akıma karşı bir direnç oluşturur. Bu durum (deri etkisi), iletken merkezindeki akım yoğunluğun azalmasına ve akım yoğunluğunun iletkenin dış yüzeyine doğru artmasına neden olur. Düşük frekanstan yüksek frekansa doğru deri etkisi artar. Bu artış doğrultusunda iletken telin akım taşıyan kesiti küçülür ve dolayısıyla empedansı artar. Deri etkisinin sonucu olarak görülen ve iletkenin akım taşıyan kesitinin azalmasıyla artan empedans, (𝐼^2).𝑅 eşitliği ile iletken tellerin sarıldığı bobin üzerinde ısınmanın artmasına ve bobinin zarar görmesine neden olabilir. Bobinler sarılırken teller birlikte sarıldığından, tellerin çevrelerinde birçok başka tel de bulunur. Bir telde ortaya çıkan ısı, çevresindeki tellerde de ısınmayı artıracaktır. Kendi ısısını rahatça çev

                      Uniform manyetik alan oluşturmak için kullanılan Helmholtz bobinleri ile alterne veya doğru akım kullanılarak manyetik alan üretilebilir. Bu bobinler ile statik yani zamanla değişmeyen bir manyetik alana ihtiyaç duyulduğunda, bobinlere bir güç kaynağından DC akım sürülerek istenilen bu statik manyetik alan oluşturulabilir. Öte yandan bu çalışmada örneklendirilen bazı test uygulamaları, zamanla değişen uniform manyetik alanlara ihtiyaç duyar. Bu durumlarda, Helmholtz bobinlerine AC bir güç kaynağından alterne akım sürülerek istenilen frekanstaki bu manyetik alanlar meydana getirilebilir. Ancak, frekansın büyüklüğü bu durumda çok önemli bir etkendir. Çünkü frekans artışı ile birlikte, Helmholtz bobinlerinin endüktif reaktansları doğru orantılı olarak artmaktadır.       Ayrıca bu artan frekans, bobin iç direncini de yakınlık etkisi ve deri etkisi gibi nedenlerle artırmaktadır. Bu parametreler sonucunda yükselen bobin empedansı, bobinler üzerinde çok yüksek voltajlar

            Teoride seri bağlı bobinlerin endüktansının, her bir bobin endüktansının toplanarak hesaplanacağı bilinmektedir.      Ancak  her biri x mH olan iki Helmholtz bobin seri olarak bağlandığında ve bir LCR metre yardımıyla toplam endüktans ölçüldüğünde 2x mH’den daha büyük bir endüktans değeri görülebilir. Bunun nedeni ; bobinlerin seri bağlantısı için aralarında kullanılan kablonun da bir endüktans etkisi göstermesidir.        Öte yandan birbirlerine yakın yerleştirilen bobinlerin oluşturduğu karşılıklı endüktans da toplam endüktansın hesaplanandan yüksek olmasına sebep olacaktır.

                                                             Helmholtz bobinleri ile oluşturduğumuz manyetik alanı bir Teslametre/Gaussmetre cihazı ile ölçtükten sonra, aynı noktadaki manyetik alanın bir önceki yayında bahsedilen formül yardımıyla da matematiksel hesabı yapılabilir.Bu sayede test sırasında ölçülen değer ile teorik olarak hesaplanan değer karşılaştırarak ölçümdeki belirsizlik hesaplanabilir.        Bu ölçümler sırasında dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır. Helmholtz bobinleri ile oluşturulan manyetik alanın deneysel ölçümü yapılırken test düzeneğinin ölçüm güvenilirliğinin sağlanması için, manyetik alan üreten diğer kaynaklardan uzak bir mesafede konumlandırılması gerekmektedir. Bu kaynaklar; cep telefonları, bilgisayarlar, monitörler, güç kaynakları, mikrofonlar ve hoparlörler şeklinde sıralanabilir. Bu örnekleri artırmak mümkündür. Yine ölçümü etkileyebilecek olan manyetik malzemeler de test düzeneği çevresine konulmamalıdır. Gerekli görüldüğü durumlarda bobi

                 Biot-Savart yasası kullanılarak; dairesel bir bobinin merkez ekseni üzerinde, bu bobinin merkezinden x uzaklığında bir noktadaki manyetik alan büyüklüğü hesaplanabilir. Biot-Savart yasasına göre, I akım taşıyan R yarıçaplı dairesel bir telden x kadar uzaklıkta bir manyetik alanın büyüklüğü, eşitliği ile hesaplanır. N sarım sayısına sahip dairesel bir bobin için bu büyüklük hesaplanırken manyetik alan formülü  sarım sayısı (N ) ile çarpılmalıdır.  Bu eşitlikte; x ise simetri ekseni üzerinde bobinin merkezden uzaklığını (m) ifade eder.                 Karşılıklı olarak yerleştirilmiş Helmholtz bobinleri (𝐻1 ve 𝐻2 )           Her bir bobin merkezinin orta noktaya olan uzaklık değeri, bobinlerin bu orta noktada (𝑥0 noktasında) oluşturacağı manyetik alanın büyüklüğünü hesaplamada kullanılır.  İkinci bobin için de aynı işlemleri tekrarlarsak;         İki Helmholtz bobininin orta noktasındaki uniform manyetik alanın büyüklüğü (𝐵𝑡𝑜𝑝𝑙𝑎𝑚); birinci ve ikinci bobinin bu

                    Bobinlerin sarımları arasında oluşan kapasitansları ve sarımlarından kaynaklı iç dirençleri vardır. Bobinin sargıları arasında oluşan bu kondansatörler, parazitik kapasitans olarak ifade edilir. Parazitik kapasitans, bobine paralel olarak bağlanmış bir kondansatör olarak modellenebilir.                                                                                                    Bobin sarımları arasında oluşan kondansatörlerin (parazitik kapasitansın) gösterimi                                                          ,                                                      Parazitik kapasitansın bobin endüktansına paralel olarak gösterimi Bir bobinin self-rezonans frekansı, o bobinin parazitik kapasitansının, bobinin endüktansı ile rezonansa girdiği en düşük frekanstır [1] .             Self-rezonans durumunda bobinin empedansı oldukça yüksektir. Bu noktada bobin açık devre gibi düşünülebilir. Bir bobin, ancak self-rezonans frekansına kadar endüktif etki göstereb

             Bobinler self-rezonans frekansına kadar endüktif etki gösterirler, ancak self-rezonans frekansından sonra kondansatör gibi işlev görürler. Bundan dolayı self rezonans frekansına ulaşıldığında ve ötesindeki frekanslarda bobinler, indüktör özelliğini kaybedeceğinden endüktansları negatife dönüşürler.

            KVL (Kirchhoff voltaj yasası) gereği; bobinlerden geçen akım nedeniyle bobinlerin üzerinde oluşacak voltaj hesaplandığında, seri rezonans durumunu sağlayacak kondansatörün de bu voltaja dayanabilir olmasına dikkat edilmelidir. Kondansatör üzerinde oluşacak voltaj ; formülü ile hesaplanır. Rezonansta, kullanılacak kondansatörün düşük ESR kondansatör olması da tercih edilebilir. Çünkü düşük ESR kondansatörlerde, kondansatör kayıpları daha az olur ve bu özellikleri nedeniyle daha yüksek akım çekebilirler. Bu kondansatörler genellikle yüksek frekanslı devrelerde tercih edilirler. Ayrıca, hesaplanan voltajların üzerinde dayanıklılığı olan bir kondansatör kullanılması, kondansatör üzerindeki aşırı ısınmanın önlenmesi ve kondansatör ömrünün uzatılması açısından çok önemlidir. Seri rezonans durumunda bobinler üzerindeki voltaj ile kondansatör üzerindeki voltaj eşit olması gerektiğinden özellikle yüksek frekanslarda kullanılacak voltaj dayanıklılığı yüksek olması gereken kondansatör

           Doğrudan sürüş metodunun yeterli olmadığı durumlarda ikinci yöntem olarak seri rezonans metodu uygulanabilmektedir. Seri rezonans (LC) devreleri, kondansatör ve bobinin birbirine seri olarak bağlanmasıyla oluşan devrelerdir. Seri rezonans devrelerinde, düzeneğin çalışma frekansı seri rezonans frekansına yaklaştıkça devrenin toplam empedansı azalır ve azalan empedans neticesinde akımda artış görülür. Seri rezonans durumu, empedansın minimum akımın ise maksimum olduğu noktadır. Rezonans frekansında akım ve gerilim en yüksek değerini alır ve akım ile gerilim aynı fazdadır.           Seri rezonans metodunda, Helmholtz bobinlerini rezonans durumuna getirmek için bobinlere seri olarak bir kondansatör veya kondansatör grubu bağlanır. Rezonans durumunda bu kondansatör, Helmholtz bobinlerinin endüktif empedansını iptal etme görevini görür. Bir başka deyişle, rezonans durumunda kondansatörün reaktansı, Helmholtz bobinlerinin reaktansını tamamen iptal ederek devredeki toplam empedansın

                 ' Helmholtz bobinleri ile manyetik alan oluşturabilmek için bilinen üç temel yöntem vardır. Bunlar doğrudan sürüş yöntemi, seri rezonans yöntemi ve akımla güçlendirilmiş yeni rezonans yöntemidir' [1]           Helmholtz bobinleri ile manyetik alan oluşturabilmek için ilk yöntem doğrudan sürüş yöntemidir. Oluşturulmak istenen manyetik alanın frekansı çok yüksek olmadığında ya da düzenekte kullanılan Helmholtz bobinlerinin endüktansları oldukça düşük olduğunda, sinüs sinyal jeneratörü çıkışına bağlanan bir yükselteç ile Helmholtz bobinlerine yeterli akım sürülebilir. Sinüs dalgası ve yükselteç ile bobinlere akım sürülmesi           Helmholtz bobinlerinin 50 Hz (çok düşük) frekanslı uniform manyetik alan oluşturma amaçlı kullanımları, bir sinüs üretecinden çıkan çok düşük frekanslı bu sinüs dalgasının bir yükselteç ile yükseltilerek bobinlere akım sürülmesine dayanmaktadır. Bir yükseltecin yeterli olmadığı durumlarda yükselteçler paralel olarak bağlanılarak da bob