Leyden Kavanozu

Leyden kavanozu, statik elektriği depolamak için kullanılan bir kapasitörün basit ve eski bir şeklidir.

Özellikler

• 3 kaptan oluşuyor.
• Dış kap, Çapı.7.0x6.5cm
• Plastik Kap, Çap.6.8x8.0cm
• İçteki kap Çapı.6.5x6. Askısı ve tepesindeki topun çapı 1.5cm

Öğrenme kazanımları

• Kapasitansı Anlamak: Elektrik enerjisinin depolanması kavramını öğrenin.
• Elektrostatik: Statik elektriğin nasıl depolanıp deşarj edilebileceğini gösterin.
• Leyden kavanoz depolarının pozitif ve negatif yüklerin ayrılması yoluyla nasıl yüklendiğini açıklayın.

Ürün tanımı

Leyden kavanozu, elektrik yükünü ve elektriksel enerjiyi depolamayı gösteren bir kondansatör modelidir. Birbirine geçen iki metal kap ve bu kapları ayıran plastik yalıtkandan oluşur.

• Dış alüminyum kap: Kondansatörün dış elektrodunu oluşturur.
• Plastik kap: Metal kapları birbirinden ayıran yalıtkandır. Bu parçaya “dielektrik” denir.
• İç alüminyum kap, metal çubuk ve top: İç elektrodu oluşturur. Üstteki metal top, yük aktarma ve boşaltma noktasıdır.

Bu ürünün yalıtkan bölümü plastiktir. Kullanım sırasında kapların içine su veya tuzlu su doldurulmaz.

2. Çalışma prensibi

İç ve dış metal kaplar arasında elektrik yükü ayrılması oluştuğunda, aralarında bir elektrik alanı meydana gelir. Plastik kap, iki metalin doğrudan temas etmesini engeller ve kutuplanır. Elektriksel enerji bu alan içinde depolanır.

İki elektrot uygun bir boşaltma aracı üzerinden birbirine bağlandığında yükler yeniden dağılır ve depolanan enerji boşalır.

3. Güvenli kullanım kuralları

• Yükleme ve boşaltma işlemlerini elektrostatik deneyler konusunda eğitimli bir yetişkin yürütmelidir.
• Yüklü kavanozun metal topuna, çubuğuna veya kaplarına dokunmayın. Kavanozu yüklüyken taşımayın ve parçalarına ayırmayın.
• Kavanozu parmakla, vücuttan geçirerek veya el ele tutuşmuş kişiler üzerinden boşaltmayın.
• Metal saplı tornavida, pense veya çıplak tel kullanarak boşaltma yapmayın. Yalıtılmış sap tek başına bir aletin yüksek gerilim için uygun olduğunu göstermez.
• Çalışma alanını kuru tutun; yanıcı sıvı ve buharları uzaklaştırın.
• Hassas elektronik cihazları deney alanından uzaklaştırın. Elektrostatik jeneratör kullanılacaksa elektronik tıbbi cihaz kullanan kişiler uygulama alanına yaklaşmamalıdır.
• Plastik kapta çatlak, delinme veya yanık izi varsa ürünü yüklemeyin.

4. Gerekli yardımcı malzemeler

• Sürtünmeyle elektriklenebilen deney çubuğu ve buna uygun sürtme bezi.
• Kullanılacak gerilim ve depolanan enerji için uygunluğu doğrulanmış, yalıtımlı saplı ve dirençli boşaltma çubuğu.
• Uygun yalıtımlı bağlantı donanımı ve laboratuvar için belirlenmiş güvenilir topraklama noktası.
• Gözlem için elektroskop veya uygun elektrostatik algılayıcı.
• Boşaltmayı doğrulamak için uygun yüksek gerilim probu ve ölçüm cihazı.

Boşaltma ve kontrol donanımı hazır olmadan kavanozu yüklemeyin. Sıradan bir multimetreyi doğrudan yüklü kavanoza bağlamayın; ölçüm cihazı ve probun gerilim sınıfı uygulamaya uygun olmalıdır.

5. Kurulum ve yükleme

• Enerjisiz durumu doğrulayın. Daha önce kullanılmış kavanozu, boş olduğu varsayımıyla ellemeyin. Önce aşağıdaki boşaltma işlemi uygulanmalıdır.
• Dış alüminyum kabı düz ve sağlam bir yüzeye yerleştirin.
• Plastik kabı dış kabın içine, küçük alüminyum kabı da plastiğin içine yerleştirin. Metal kapların birbirine doğrudan temas etmediğini kontrol edin.
• Eğitimli uygulayıcı, yükleme öncesinde dış elektrodun topraklamasını ve boşaltma aracının dönüş bağlantısını hazırlamalıdır. Topraklama için elinizi kullanmayın; priz deliklerine tel sokmayın.
• Deney çubuğunu uygun bezle sürterek elektriklendirin. Çubuğu yalıtkan tutma bölümünden tutarak yüklü yüzeyini üst metal topa temas ettirin veya üzerinden geçirin.
• Gözlem için gerekli en az sayıda yük aktarımıyla çalışın. Ardından yüklü çubuğu ve sürtme bezini gözlem alanından uzaklaştırın.
• Metal parçalara dokunmadan gözlem yapın. İşlem sonunda kavanozu mutlaka kontrollü olarak boşaltın.

Sürtünmeyle elektriklendirilmiş çubuk, benzer Leyden kavanozlarının yüklenmesinde kullanılan yöntemlerden biridir.

6. Güvenli boşaltma talimatı

Bu işlemi eğitimli uygulayıcı yapmalıdır.

• Yüklemeyi durdurun. Yüklü çubuğu uzaklaştırın. Jeneratör kullanılıyorsa üreticisinin talimatına göre kapatın, enerjisiz hâle getirin ve yükleme bağlantısını güvenli biçimde izole edin.
• Dönüş yolunu kontrol edin. Önceden hazırlanmış dış kap–topraklama bağlantısı ve boşaltma çubuğunun dönüş bağlantısı sağlam olmalıdır.
• Yalnızca yalıtılmış sapı tutun. Dirençli boşaltma çubuğunun ucunu üst metal topa kontrollü biçimde yaklaştırıp temas ettirin. Ellerinizi metal parçalardan uzak tutun.
• Teması hemen kesmeyin. Boşaltma aracının üretici talimatındaki süreye uyun. Uygun yüksek gerilim ölçüm donanımıyla boşaltmanın tamamlandığını doğrulayın.
• Yeniden kontrol edin. İlk boşaltmadan sonra tekrar gerilim oluşabileceğinden kontrolü tekrarlayın; gerekiyorsa yeniden boşaltın.
• Kısa devreleme bağını bırakın. Boşaltma doğrulandıktan sonra, uygun yalıtımlı donanımla üst metal top ile dış kap arasına kısa devreleme bağlantısı kurun. Kullanılmadığı sürece bu bağlantıyı koruyun.

7. Deney yönergeleri

Deney 1 — Kondansatörün parçalarını tanıyalım

Amaç: İletken ve yalıtkan parçaların görevlerini anlamak.

Uygulama:

• Eğitimli uygulayıcı kavanozun boşaltılmış olduğunu doğrulasın.
• İç metal kabı, plastik kabı ve dış metal kabı ayırarak inceleyin.
• Hangi parçaların metal, hangisinin plastik olduğunu belirleyin.
• Parçaları yeniden doğru sırayla birleştirin.
• İki metal kabın plastik sayesinde birbirinden nasıl ayrıldığını açıklayın.

Beklenen sonuç: İç ve dış kaplar iki elektrottur. Plastik kap, elektrotlar arasında doğrudan elektriksel temas oluşmasını engeller.

Öğrenciye soru: İki metal kap birbirine temas etseydi yük depolama nasıl etkilenirdi?

Deney 2 — Elektrik yükünü depolayalım ve boşaltalım

Amaç: Yükleme aracı uzaklaştırıldıktan sonra da kavanozda yük belirtisi kalabildiğini gözlemlemek.

Uygulama:

• Kavanozu kurulum bölümündeki sıraya göre hazırlayın.
• Eğitimli uygulayıcı, sürtünmeyle elektriklendirilmiş çubukla kısa bir yükleme yapsın.
• Yüklü çubuğu ve bezi gözlem alanından uzaklaştırın.
• Elektroskopu metal topa dokundurmadan, uygulayıcının belirlediği gözlem konumunda kullanın.
• Yaprakların veya ibrenin tepkisini gözlemleyin.
• Güvenli boşaltma işlemini uygulayın.
• Elektroskopla aynı konumda yeniden gözlem yapın.

Beklenen sonuç: Yükleme aracı uzaklaştırıldığında da elektriksel etki görülebilir. Kontrollü boşaltma sonrasında bu etki azalır. Elektroskop burada gözlem aracıdır; güvenli boşaltma kontrolünün yerini tutmaz.

Öğrenciye soru: Çubuk uzaklaştırıldığı hâlde elektroskop neden tepki vermeye devam etti?

Deney 3 — Yük belirtisi zamanla değişiyor mu?

Amaç: Depolanan yükün çevreye yavaşça sızabildiğini incelemek.

Uygulama:

• Kavanozu önceki deneyle aynı şekilde ve kısa süreli olarak yükleyin.
• Yükleme çubuğunu ve bezi uzaklaştırın.
• Kavanozu ve elektroskopun gözlem konumunu sabit tutun.
• Yüklemenin ardından yaklaşık 10, 30 ve 60. saniyelerde elektroskop tepkisini kaydedin. Bu süre boyunca düzeneği gözetimsiz bırakmayın.
• Deneyi güvenli boşaltma ve kontrol işlemiyle bitirin.

Beklenen sonuç: Yük belirtisi zamanla azalabilir. Ortam nemi, yüzey temizliği ve yalıtım koşulları sonucu etkiler; bir dakika içinde belirgin değişim görülmeyebilir.

Önemli: Beklemek, boşaltma işleminin yerine geçmez. Bu deneyden kapasite veya depolanan enerji için sayısal sonuç çıkarılmaz.

8. Kullanım sonrası bakım ve saklama

Kavanozu boşaltılmış ve kontrol edilmiş durumda, elektrotları kısa devreleme bağıyla birleştirilmiş olarak saklayın. Temizliği yalnızca enerjisiz durumda yapın. Plastik yüzeylerde aşındırıcı veya çözücü kullanmayın; yeniden kullanımdan önce parçaların tamamen kuru olmasını sağlayın. Ürünü öğrencilerin izinsiz erişemeyeceği yerde muhafaza edin.