Mühendislik Notları

     En yaygın olarak bilinen ve kullanılan manyetik alan üretme kaynaklarından biri Helmholtz bobinleridir. İstenilen frekansta (0 Hz DC’den MHz’lere) manyetik alan oluşturabilme özellikleri sayesinde birçok test uygulamasında kullanılan bu bobinler ile yapılmak istenen test ve ölçüm uygulaması için gerekli frekanstaki düzgün manyetik alanlar sağlanabilir. 18. YY sonlarına doğru icat edilen ve uzun yıllar boyunca bilim dünyasında kullanılan bu bobinler, geçen yıllar içerisinde gelişimler göstermiş ve günümüzde  tıp, fizik gibi birçok alanda popülerliğini devam ettirmektedir.  Aşağıdaki gelişim süreci tablosunda, Helmholtz bobinlerinin icadından 2000'li yılların başına kadar geçen zaman dilimindeki önemli gelişim aşamaları vurgulanmıştır. Kaynakça: [1],[2],[3] Alsanğur, R.(2022).Design and implementation of a 3D Helmholtz coil system.Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi,İzmir.

                                                          Teorikte bir bobinin dirence ve kapasitansa sahip olmayacağı varsayılır. Ancak, pratikte 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.  İki elektrik iletkeni fiziksel olarak yakın olduğunda ve de aralarında bir gerilim potansiyeli bulunduğunda,bu iletkenler aralarında  sanal bir kapasitör (parazitik kapasitans) oluştururlar.      Parazitik kapasitans, bobinin çalışma frekans aralığını sınırlar bir başka deyişle self rezonans frekansını düşürür. Bu self rezonans frekansı ötesinde bobin indüktör özelliğini kaybeder ve kapasitör gibi davranır. Self rezonans frekansı için:  https://berkaykivanc.blogspot.com/2023/04/bobin-self-rezonans-frekans.html                                                

                                                         R yarıçapa sahip ve aralarında R kadar mesafe olacak şekilde yerleştirilen iki Helmholtz bobininin, ayrı ayrı oluşturdukları manyetik alanlar ve bobinlerin arasındaki bölgede oluşan toplam manyetik alan aşağıdaki görselde gösterilmiştir. Bu şekil üzerinde; mavi eğri birinci bobinin (𝐻1) oluşturduğu manyetik alanı, kırmızı eğri de ikinci bobinin (𝐻2) oluşturduğu manyetik alanı göstermektedir. Yeşil eğri ise, bu iki manyetik alanın birbirine eklenmesi sonucu elde edilen toplam manyetik alanı ifade etmektedir.      Bobinlerin oluşturduğu bu manyetik alanın büyüklüğü, SI biriminde Tesla (𝑇) veya CGS biriminde Gauss (𝐺) olarak ifade edilebilir. İki Helmholtz bobininin orta noktasındaki manyetik alanın büyüklüğünün bobinlere uygulanan akım (𝐼) ve bobinlerin sarım sayısı (𝑁) ile doğru orantılı, bobinlerin yarıçapı ile de ters orantılı olduğunu önceki bölümlerde incelemiştik. Benzer şekilde, bobinlerin arasına manyetik geçirgenliği

                             0-300 Hz aralığında frekansa sahip elektromanyetik alanlar Çok Düşük Frekanslı (Extremely Low Frequency, ) manyetik alanlar olarak adlandırılırlar. Avrupa ülkelerinde ve ülkemizde elektriğin iletim ve dağıtımı 50 Hz frekansında yapılmaktayken, Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada gibi bazı ülkelerde ise 60 Hz kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu düşük frekanslarda çalışan ve günlük hayatta kullandığımız elektrikli ev ve ofis cihazları da birer ELF manyetik alan kaynaklarıdır.     ' Dünyanın manyetik alanı yaklaşık 0.5 Gauss (50 μT) civarındadır. İnsan vücudunun da yerküre ile uyumlu bir manyetik alanı vardır ve yaklaşık olarak 0.7 Gauss –1 Gauss olarak ölçülmektedir. Yüksek elektromanyetik alanlar oluşturan elektrikli aletler bu uyumu bozabilmektedirler' [1] .      Yoğun bir şekilde maruz kaldığımız bu ELF manyetik alanların insan sağlığına olan etkileri oldukça merak edilmiş ve dünya genelinde önemli bir araştırma konusu olmuştur. Ülkemizde, bu ELF ma

                                                                Helmholtz b obinlerinin birbirlerine seri olarak bağlanarak üzerlerinden aynı yönde akım geçirilmesi (Şekil a), uniform manyetik alanın üretilmesi için önemli bir husustur. Seri bağlı bobinlerden, zıt yönde akım geçirilmesi durumunda ise gradyan manyetik alan üretilir. Bobinler uygun (optimal) bir mesafe ile aralıklı yerleştirildiğinde oluşan bu konfigürasyon, anti-Helmholtz veya (Maxwell) gradyan bobini (Şekil b) olarak adlandırılır. Bu anti- Helmholtz bobinleri,  atom fiziği deneyleri için magnetic trap'ler oluşturmak için kullanılır.      Kaynakça   Kıvanç, B. 2022. Yüksek Frekanslı Helmholtz Bobin Uygulamaları için Donanım Düzeneği Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.