odev1_212666seren

Öğrenci adı: Seren DEMİRCAN
Ders: Teknoloji destekli fizik eğitimi
Sınıf: 11
Ünite: Manyetizma
Önerilen süre : 2 ders saati
Öğrenci kazanımları:
1. Mıknatıslar arasındaki itme ve çekme kuvvetini alan kavramını kullanarak
açıklar.
2. Akım taşıyan halkanın ve selenoidin bir manyetik alan oluşturduğunu
keşfeder.
Ünite kavramları: Mıknatıs, manyetik alan, manyetik kuvvet, manyetik kutup,
manyetik madde.
Öğretme-öğrenme yöntem ve teknikleri: 5E modeli, tartışma, soru-cevap,
manyetik alan çizgilerin yer aldığı animasyon, akım taşıyan selenoidin
bulunduğu lab. Simülasyonu.
Öğrenme-öğretme etkinlikleri:
Etkinlik1: Mıknatıslar ve özellikleri
Etkinlik2: Manyetik alan çizgileri
Etkinlik3:Akım taşıyan halka ve selenoidin oluşturduğu manyetik alan
Girme
CERN de yapılan deney: Sizce Cern’de yapılan deneyde uygulanan dev
mıknatısların kullanım amacı ne olabilir? Bu deneyde oluşan manyetik alanın
rolü nedir?
Yerin 100 metre altında
ve 27 metre çevre
uzunluğuna sahip
tünelde
gerçekleştirilecek olan
zamanın en büyük fizik
deneyinin temel amacı
maddeyi oluşturan
parçacıkları incelerek,
evrenin işleyişi hakkında
daha fazla bilgiye sahip
olmaktır. Bu deneyde parçacıkların (protonlar) elektrik ve manyetik alanlar
hakkında 0.99c ışık hızına yakın hızlandırılıp belli noktalarda çarpışmaları
sağlanmaktadır. Bu çarpışmalar neticesinde açığa çıkacak diğer parçacıklardan
yola çıkarak evrenin başlangıcı ve işleyişi hakkındaki rolleri incelenecektir.
Şimdiye kadar inşa edilen en büyük ve en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcı
olan bu yapıda protonlar tünelin çevresine yerleştirilmiş yaklaşık 10 bin adet
dev süper iletken mıknatıs tarafından yönlendirilecektir. Oluşturulan manyetik
alan sayesinde parçacıkların hareketleri kontrol altına alınacaktır. Böylece zıt
yönlere dönen iki proton ışını üretilecektir. Bu çalışmalar sonunda şimdiye
kadar keşfedilmemiş yeni parçacıkların açığa çıkması beklenmektedir.
Keşfetme 1: Mıknatıslar ve özellikleri
Bazı maddelerin birbirlerini çektiklerini görürüz. Bu durumu nasıl açıklarsınız?
Hangi maddeler mıknatıslanma özelliği taşır? Bu durumu açıklayınız.
Bir mıknatıs topluiğnelere yaklaştırıldığında mıknatısın en çok hangi kısmında
toplu iğneler birikir? Nedenlerini tartışınız.
Malzemeler:
U şeklinde bir mıknatıs, birkaç tane toplu iğne, çeşitli metal paralar, bakır ve
çinko elektrotlar
Deneyin yapılışı:
1.U şeklindeki mıknatısı çivilere yaklaştırınız.
2.U şeklindeki mıknatısı bakır ve çinko elektrotlara yaklaştırınız. Ardından bu
işlemi çeşitli metal paralar için tekrarlayınız.
3.Mıknatısın çeşitli kısımlarına topluiğneleri yaklaştırınız ve topluiğnelerin en
çok hangi kısımlarda toplandığını gözlemleyiniz.
4.Mıknatıs hangi maddeleri çekti? Topluiğneler mıknatısın hangi kısmında
yoğunlaştı? Deneyden gözlemlediklerinizi not ediniz.
Açıklama:
Doğada aralarında temas olmadan oluşan bazı temel kuvvetler vardır.Bu
kuvvetlerden biri de manyetik kuvvettir,yani mıknatısların birbirini çekmesi
veya itmesi. Mıknatısın çivileri çektiğini fakat bakır ve çinkodan oluşan
elektrolitleri çekmediğini gördük. Ayrıca toplu iğnelerin en çok uç kısımlarda
toplandığını gözlemledik.
Demir, Nikel, Kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren maddelere mıknatıs
denir. Büyük küçük her mıknatısın kuzey ve güney olmak üzere iki kutbu vardır.
Doğal, yapay ve elektromıknatıs olmak üzere üç çeşit mıknatıs vardır.
Mıknatısların uç kısımlarında çekme özelliği daha fazladır. Mıknatıs kaç parçaya
bölünürse bölünsün daima iki kutbu olur.
Keşfetme2:Manyetik alan çizgileri
Bir mıknatıs demir tozlarına yaklaştırıldığında demir tozlarının dizilişini sağlayan
şey nedir?
Malzemeler:
Demir tozu, çubuk mıknatıs, U mıknatıs ve A4 kağıdı.
Deneyin yapılışı:
1.Demir tozlarını yatay olarak tuttuğunuz kağıdın üzerinde küçük bir bölgeye
yayınız.
2.Çubuk mıknatısı kağıdın altından demir tozlarının olduğu bölgeye yaklaştırınız.
Demir Tozlarının harekinde nasıl bir değişim oldu?
3.İkinci adımda yaptığınız işlemi U mıknatıs için tekrarlayınız ve gözlemlerinizi
not ediniz.
Açıklama:
Deney sonucunda demir tozlarında aşağıdaki resimde görüldüğü gibi bir dizilim
elde ettik. Mıknatısların birbirine itme veya çekme kuvveti uyguladığı ve Demir,
Nikel, Kobalt gibi maddeleri çektiğini biliyoruz. Mıknatısın çektiği maddeler
manyetik maddelerdir. Temas gerektirmeyen bu kuvvet her bir mıknatısın
etrafındaki manyetik alan sayesinde oluşmaktadır. Bu kuvvet manyetik
kuvvettir.
Mıknatısın şekline bağlı olarak demir tozlarının dizilişlerinin de değiştiğini
gözlemledik. Burada demir tozlarının dizilişinin değişmesi manyetik alanın da
değişikliğe uğradığını gösterir. Manyetik alan çizgileri belirli bir yöne bağlıdır ve
yönleri kuzey kutbundan güney kutbuna doğrudur. Manyetik alan şiddeti
kutuplara yakın yerlerde artar. Etkinlik 1’de topluiğnelerin uç kısımda
yoğunlaşması ve bu etkinlikte de görüldüğü üzere demir tozlarının yoğunluğun
uçlarda artmasını açıklar niteliktedir.
Keşfetme3: akım taşıyan halka ve selenoidin oluşturduğu manyetik alan
Halkanın ve selenoidin taşıdığı akım arttıkça manyetik alanda nasıl bir
değişim gözlersiniz?
Akımın yönünün değişmesi ne gibi bir değişiklik meydana getirir?
Selenoidin sarım sayısı arttıkça manyetik alanda bir değişme olur mu?
Eğer bir değişim varsa nasıl bir değişimin olduğunu açıklayınız.
Malzemeler:
faraday_elektromanyetik laboratuvarı simülasyonu, bilgisayar, internet.
Deneyin yapılışı:
1.http://phet.colorado.edu/tr/simulations/category/physics sitesinden
faraday_elektomanyetik lab. simülasyonu açılır.Öğrencilerden
simülasyonun elektromıknatıs kısmının açılması istenir.
2.DC gerilimin önce 0 volta alınması ve sarım sayısının 1e düşürülmesi
istenir. Ardından öğrencilerden gerilimi yavaş yavaş 10 volta yükseltmesi
ve gözlemlerini deftere not alması istenir.
3.Bu işlemi sarım sayısını 2 ye ardından 4e çıkararak tekrarlaması ve
sonuçları not alması istenir.
4.Öğrencilerden 2 ve 3 te yapılan işlemleri AC volt için tekrarlamaları ve
elde ettikleri gözlemlerini not almaları istenir.
Açıklama:
Gözlemler sonucunda elde ettiğimiz verileri şöyle sıralayabiliriz:
-halka ve selenoitten akım geçirilmeye başlandığı andan itibaren manyetik
alanın varlığı gözlenmiştir.
-halka ve selenoidden geçen akım miktarı arttıkça manyetik alan çizgileri
oluşmaya başlamış ve akımın artmasına paralel olarak manyetik alan
çizgilerinin belirginliği ve sayısı da artmıştır.
-selenoitte bulunan sarım sayısının arttırılması oluşan manyetik alanda bir
artış meydana getirmiştir.
-AC gerilim uyguladığımızda akımın yönünün değişmesi manyetik alanın
yönünü de değiştirmiştir.
Selenoitten akım geçirildiğinde selenoidin hem içinde hem dışında
manyetik alan oluşur. Selenoidin dışında oluşan manyetik alan çizgileriniz
şekli çubuk mıknatısın manyetik alan çizgileri gibidir. Bu alanın şiddeti
değişkendir. Manyetik alan çizgileri selenoidin eksenine paraleldir ve yönü
sağ el kuralı ile bulunur.
Sağ el kuralı: sağ elin dört parmağı akım yönünü gösterecek şekilde,
selenoid avuç içerisine alınırsa başparmak manyetik alanın yönünü
gösterir.
Manyetizmanın temelinde hareket eden yüklü parçacıklar vardır. Mıknatısın
manyetik alanının kaynağı atomlarında aynı yönde dönen elektronlardır. O
halde yüklü parçacıkların hareket etmesi manyetik alan, mıknatıslık etkisi
yaratır diyebiliriz.
Elektrik akımı da yüklerin hareketinden kaynaklandığı için içinden akım geçen
tel mıknatıs gibi davranır,yani manyetik alan yaratır.
Elektrik alanında durgun bir elektrik yüküne bir kuvvet etki ettiğini biliyoruz.
Manyetik alanda ise durgun yüklere herhangi bir kuvvet etki etmez. Manyetik
alanda bir kuvvet etki etmesi için yüklerin hareket halinde olması ve manyetik
alana belli bir açıyla girmesi gerekir.
Mıknatısın etrafında diğer mıknatısları etkileyebilecek bir kuvvet alanı oluşur.
Bu kuvvet alanı manyetik alan çizgileriyle gösterilir. Gerçekte böyle çizgiler
yoktur. Manyetik alanın yönünü ve şiddetini ifade etmek için manyetik alan
çizgileri kullanılır. www.metefizik.com adresinden elektrik ve manyetizma
başlığı altında “manyetik alan çizgilerini görebilseydik” adlı animasyon
öğrencilere izletilir.
Derinleştirme:
1.Hızlandırıcılar hakkında araştırma yapınız ve kullanım alanlarına örnekler
veriniz.
2.Hidroelektrik santrallerde mıknatısın ne amaçla kullanıldığını araştırınız.
3.Hızlı tren ve çalışma prensibi hakkında bilgi toplayınız.
Değerlendirme:
1.Mıknatısın kullanım alanlarına örnekler veriniz.
2.Temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetlere örnekler veriniz.
3.Mıknatısın kaç kutbu vardır? Acaba doğada tek bir manyetik kutup bulunabilir
mi?
4.Acaba bir çubuk mıknatıs ikiye bölündüğünde meydana gelen her iki parça da
bir mıknatıs olarak kalır mı?Bu parçaları bir pusulaya yaklaştırdığımızda farklı
uçlar pusulanın iğnesini farklı şekilde saptırır mı?
5.Elektrik alanda durgun bir elektrik yüküne bir kuvvet etki ettiğini biliyoruz.
Peki manyetik alanda durgun yüke bir kuvvet etki eder mi?
6.Manyetik alanda kuvvetin oluşmasının nedeni nedir?
www.lisefizik.com adresinde halkanın etrafında oluşan manyetik alanla ilgili bir
simülasyon buldum fakat bunu kullanmadım. Keşfetme 3te kullandığım lab.
simülasyonunu daha kapsamlı ve daha dikkat çekici bulduğum için tercih ettim.