GENEL FİZİK LABORATUARI II DENEY KILAVUZU

Transkript

1 MANİSA CELAL BAYAR ÜNİVERSİTESİ EĞİTİM FAKÜLTESİ Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Bölümü Fen Bilgisi Eğitimi Programı GENEL FİZİK LABORATUARI II DENEY KILAVUZU Şubat 2018 Demirci, MANİSA

2 İmza Çizelgesi Öğrencinin Adı Soyadı : Numarası : Lab. Grubu : Grup Adı : Grup Arkadaşları: Fotoğraf Deney No Deneyin adı Tarih İmza Not Açıklamalar * İki haftadan fazla devamsızlık yapan öğrenci final sınavına giremez ve laboratuardan başarısız sayılır. kazanmıştır. Yukarıda adı geçen öğrenci istenilen sayıda deney yapmış ve final sınavına girmeye hak İmza: Sorumlu Öğretim Elemanı: 2

3 İmza Çizelgesi İÇİNDEKİLER Sayfa Laboratuarda Uyulması Gereken Kurallar 4 Deneylerin Yapılması Esnasında Dikkat Edilmesi Gerekenler 5 Deney Raporlarının Hazırlanması 6 Grafik Çizerken Dikkat Edilmesi Gerekenler 7 Laboratuar Güvenlik Sembolleri 9 Deney I Elektrostatik: Elektriklenme çeşitleri ve elektroskop 10 Deney II Basit elektrik devresinde akım ve gerilim ölçme 24 Deney III Ohm yasası, dirençlerin seri ve paralel bağlanması 35 Deney IV Direncin bağlı olduğu faktörler 45 Deney V Kirşof yasalarının uygulanması 53 Deney VI Manyetizmaya giriş 61 Deney VII Akım geçen telin manyetik etkisi ve akım geçen tele etkiyen manyetik kuvvet 70 Deney VIII Elektromanyetik indüksiyon: Faraday ve Lenz Yasası 80 Deney IX Elektromanyetizma Uygulamaları 89 Kaynakça 97 3

4 Laboratuarda Uyulması Gereken Kurallar 1. Laboratuara önlüksüz girmeyiniz, aksi halde deneye alınmayacağınızı unutmayınız. 2. Her öğrenci deney kılavuzu edinmeli ve bu kılavuzu mutlaka laboratuara getirmelidir. Kılavuzu anında olmayan öğrenci deneye alınmaz. 3. Kılavuzun ilk kısmında yer alan öğrencinin kimlik bilgilerinin, fotoğrafının ve devam çizelgesinin bulunduğu sayfada istenenler tükenmez kalemle doldurulmalıdır. 4. Öğrencilerin o gün yapacakları deneye hazırlıklı gelmeleri gerekmektedir. Yapılacak deneyle ilgili 6. Sayfada açıklanan rapor içeriğinin hesaplama ve sonuç kısmına kadar olan başlıklarda istenenlerin her deney içeriğinden sonra bırakılan boş sayfalara hazırlanması gerekmektedir. 5. Deney öncesi ya da sonrasında öğrencilere yazılı ya da sözlü sınav uygulanabilir. 6. Laboratuara 10 dakikadan fazla geç gelen öğrenci deneye alınmayacaktır. 7. Öğrenciler laboratuar saatlerinde en fazla 2 hafta devamsızlık hakkı kullanabilirler ancak katılamadıkları deneyden sıfır almış görünürler. Her öğrenciye yapamadıkları deneyler içinde geçerli bir mazereti varsa ve doğru zamanda sunulduysa 1 telafi hakkı verilecektir. 8. Öğrenciler her bir deney sonrasında 100 puan üzerinden değerlendirilecektir (deney öncesi ya da sonrasında yapılan yazılı ya da sözlü sınav 60 puan, deney raporu 40 puan olmak üzere). Eğer sınav yapılmazsa raporlar 100 üzerinden değerlendirilecektir. 9. Öğrenciler girmedikleri deneyin raporunu veremezler fakat sınavda o deneylerden sorumludurlar. 10. Kalabalık grupların birlikte yaptıkları deneylerde gürültü çıkarmamaya özen gösterilmesi gerekmektedir. 11. Deney malzemelerini dikkatli, özenli ve doğru kullanmak öğrencilerin sorumluluğundadır. Bilinçsizce kullanılan cihazlar zarar görebileceği için gerekli durumlarda ilgili öğretim elemanından yardım almanız gerekmektedir. 12. Deneyler sırasında gerekli ölçümleri almak ve hesaplamaları yapmak öğrencilerin görevi olduğundan her hafta laboratuara gelirken yanlarında cetvel, kalem, silgi, not defteri, hesap makinesi, milimetrik kağıt vb. bulundurmak öğrencinin sorumluluğundadır. 13. Laboratuara yiyecek ve içecek sokmak yasaktır. Deney bitiminde öğrencilerin masa ve sandalyeleri düzenli ve temiz bırakması hususunda çaba göstermesi gerekmektedir. 14. Ara sınavın %30 u, deney notlarının %30 u ve finalin %40 ı öğrencilerin laboratuar dersinden aldığı harfi belirleyecektir. 4

5 Deneylerin Yapılması Esnasında Dikkat Edilmesi Gerekenler 1. Laboratuara gelmeden önce yapılacak deneyi mutlaka okuyunuz ve verilen teorik bilgide anlamadığınız yerleri araştırınız. 2. Deney düzeneğinin kılavuzda yer alan şeklini ve deneyin yapılışı kısmını dikkatlice inceleyerek deney düzeneğinin nasıl kurulacağını ve deneyin nasıl yapılacağını laboratuara gelmeden önce anlamaya çalışınız. 3. Laboratuarda yapacağınız deneyle ilgili önceden kurulmuş bir düzenek varsa onu inceleyiniz. 4. Deney düzeneğinin kurulmasını anlatan/gösteren öğretim elemanını dikkatlice dinleyiniz/izleyiniz. 5. Deney düzeneğini kurduktan sonra öğretim elemanına kontrol ettiriniz. 6. Deneyde kullanacağınız ölçü aletlerinin ayarlarını doğru olarak yaptığınıza emin olunuz. Kullanacağınız ölçü aletlerinin ölçüm yapabileceği aralıklara dikkat ederek devreye bağlayınız. Bunun için öğretim elemanına danışabilirsiniz. 7. Güç kaynağı kullanacaksanız devre elemanlarını iyice kontrol ettikten sonra güç kaynağını çalıştırınız. Ölçüm bitince ya da devrede herhangi bir değişiklik yapılacağında güç kaynağını kapatmayı unutmayınız. Gerektiğinde tekrar açarak gereksiz kullanımı ve güç kaynağının zarar görmesini önlemiş olursunuz. 8. Deneyin yapılışı kısmında verilen yönlendirmelerin sırasına uyarak deneyi yapınız. 9. Deneyin yapılışı sırasında gözlemlerinizi, ölçümlerinizi ve hesaplamalarınızı not etmeyi unutmayınız. Bazı deneyler için verileri kılavuzda verilen tablolara kaydetmeniz işinizi kolaylaştıracaktır. 10. Deney sırasındaki işlemlerde görev paylaşımı yaparak grupta bulunan herkesin görev almasını sağlamak grubun sorumluluğudur. 11. Deney sonuçlarını ve gözlemlerinizi grup arkadaşlarınızla birlikte yorumlayınız. 12. Grafik çizilmesi istenen deneylerde grafik çizimi kısmında verilen bilgilere dikkat ediniz ve grafiklerinizi milimetrik kağıtlara çizerek raporunuza ekleyiniz. 13. Deney sonuçları teorik bilgilerle uyuşmuyorsa olası hata sebeplerini tartışarak gerekirse deneyi tekrarlayınız ve bunu sonuç ve yorumlar kısmında belirtiniz. 5

6 Deney Raporlarının Hazırlanması 1. Her öğrenci yaptığı deney ile ilgili raporu deney kılavuzundaki ilgili yerlere hazırlayarak bir sonraki laboratuar saatinde yanında bulundurmalıdır. Daha sonra getirilen raporlar kabul edilmez. 2. Rapor içeriği, grafik, çizim, tablo vb. görseller düzgün, özenli ve okunaklı olmalıdır. 3. Raporlar değerlendirilirken; biçimsel düzen, görünüm ve anlaşılırlık, teorik bilgi içeriği, bilimsel doğruluk, grafik çizimi, tablo kullanımı, sayısal hesaplamalar ile deney sonucu ile ilgili yapılan açıklamalar ve yorumlar dikkate alınacaktır. 4. Raporların aşağıda belirtilen başlıklar altında hazırlanması beklenmektedir. Deneyin Adı Deneyin Amacı ve Deneyin Alt Amaçları Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri o Deneyin yorumlanması için temel alınan teorik açıklamalar yer almalıdır. Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar o Veriler/gözlemler, hesaplamalar, grafikler, tabloların analizi vb. Deney Sonuçları ve Yorumu o Deney sonunda elde edilen sonuçların teorik sonuçlar ile ne kadar uyumlu olduğu tartışılmalıdır. Uyumun olmaması durumunda ölçülerdeki hata kaynaklarının neler olabileceği ve bunların sonuçları nasıl etkilemiş olabileceği açıklanır. Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? 5. Her öğrenci deney raporunun Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi kısmına kadar olan başlıklarını yapacağı deney için laboratuara gelmeden önce mutlaka doldurmalıdır. Bunu hazırlamayan öğrenciler deneye alınmayacaktır. 6

7 Grafik Çizerken Dikkat Edilmesi Gerekenler Grafik çizimi deney raporu hazırlarken sıklıkla kullanılmaktadır çünkü araştırma sonuçlarını ifade etmekte, değişkenler arasındaki ilişkiyi göstermekte, deney verilerini iki boyutlu olarak görselleştirmekte, alınamayan verileri kestirmekte ya da hesaplamalarda çokça kullanılmaktadır. Grafik çizerken aşağıda belirtilen hususlara dikkat etmek gereklidir. 1. Grafiğin adı ve tarihi yazılır. 2. Dikey çizgi y ekseni, yatay çizgi ise x eksenidir. Her eksenin birbirlerini kesen bir sıfır noktası vardır ve orijin olarak adlandırılır. Bağımlı değişken, bağımsız değişkendeki değişiklikten etkilenebilecek olan değişkendir. Bu nedenle aksi belirtilmedikçe bağımsız değişken x-ekseninde bağımlı değişken ise y-ekseninde yer almalıdır. 3. İlgili değişkenin adı veya sembolü eksenlerin ucuna yazılır ve parantez içinde birimlerinin ne olduğu belirtilir. Eğer değerler bir katsayı ile çarpılmışsa bu değer birimin yanına çarpım olarak yazılabilir. Örneğin eksende 0.002cm, 0.005cm vb. değerler 2 ve 5 olarak yazılırken birim kısmına (x10-3 cm) olarak ifade edilebilir. 4. Verilere bağlı olarak, her iki eksen üzerindeki değerlerin sıfırdan başlaması zorunlu değildir. Her bir eksen bölümlendirirken farklı aralıklar ile (örneğin x ekseni 0.2 birim aralıkla y ekseni 2 birim aralıkla bölmelendirilebilir. Önemli olan eksenlerin bölmelendirilmesinin kendi içinde eşit olmasıdır. Bunu yaparken ilgili değişkenin aldığı en düşük ve en yüksek değer göz önünde bulundurulur. Grafiğin kağıdı kaplayacak şekilde bölmelendirilerek çizilmesi önemlidir. 5. Deney sonucu elde edilen, birbirinin karşılığı değerlerin çakıştığı noktalar tesbit edilerek grafik üzerinde işaretlenir (noktaların eksenlere olan izdüşümleri işaretlenmez). X ve y eksenindeki değerler kesikli çizgilerle kesiştirilmez. Her veri için birer hata payı hesaplanmasının ve ölçüm hatalarıyla orantılı büyüklükte hata paylarının da grafikte gösterilmesi önemlidir. Çizimlerde hata payları istenmediği sürece veriler grafik üzerinde yuvarlak içine alınarak gösterilebilir. 6. Hata payı söz konusu olduğundan grafik doğrusu ya da eğrisi tüm noktalar üzerinden geçmeyebilir. Burada önemli olan, doğruyu ya da eğriyi mümkün olduğunca en çok noktadan geçecek şekilde çizmektir. Ayrıca, hata paylarını dengelemek için doğru ya da eğrinin altında ve üstünde kalan noktaların sayılarının birbirine yakın olması beklenir. 7. Grafiğin eğimi hesaplanırken grafik doğrusu üzerindeki çakışan veri noktalarının dışında iki nokta seçilerek ve bu noktaların eksenlerdeki değerlerinden yaralanarak eğim hesaplanır ve bu hesaplama ve eğim değeri grafik üzerinde gösterilebilir. 7

8 8

9 Laboratuar Güvenlik Sembolleri Laboratuvar uygulamalarında oluşabilecek tehlikelere karşı uyarmak için güvenlik sembolleri kullanılmaktadır. Bu semboller aşağıda açıklanmıştır. ELBİSENİN GÜVENLİĞİ Bu sembol, elbiseyi lekeleyecek veya yakacak maddeler kullanırken görülür. AÇIK ALEV UYARISI Bu sembol, yangına veya patlamaya sebep olabilecek alev kullanıldığında görülür. ELEKTRİK GÜVENLİĞİ Bu sembol, elektrikli aletler kullanılırken dikkat edilmesi gerektiğinde görülür. YANGIN GÜVENLİĞİ Bu sembol, açık alev etrafında tedbir alınması gerektiğinde görülür PATLAMA GÜVENLİĞİ (İNFİLAK) Bu sembol, yanlış kullanımdan dolayı patlamaya sebep olacak kimyasal maddeleri gösterir. ISI GÜVENLİĞİ Bu işaret sıcak cisimlerin tutulması esnasında önlem alınmasını hatırlatmak içindir. GÖZ GÜVENLİĞİ Bu sembol, gözler için tehlike olduğunu gösterir. Bu sembol görüldüğünde koruyucu gözlük takılmalıdır. ELDİVEN Cilde zararlı bazı kimyasal maddelerle çalışırken eldiven kullanılması gerektiğini hatırlatan uyarı işareti. KESİCİ GÜVENLİĞİ CİSİMLER Bu sembol, kesme ve delme tehlikesi olan keskin cisimler olduğu zaman görülür. KIRILABİLİR UYARISI CAM Bu sembol yapılacak deneylerde kullanılacak cam malzemelerin kırılabilecek türden olduğunu gösterir. TASARRUFLU KULLANIM UYARISI Bu sembol, maddenin uygun bir şekilde kullanılmasına dikkat edilmesi gerektiğinde ortaya çıkar. ZEHİRLİ MADDE UYARISI Bu sembol, zehirli maddeler kullanılırken görülür. 9

10 Deney I ELEKTROSTATİK: Elektriklenme Çeşitleri ve Elektroskop Deneyin Amacı: Bu deneyde elektrik yüklü cisimlerin durgun elektriklenme diğer bir deyişle elektrostatik özellikleri incelenerek, elektriklenme çeşitlerinden sürtünme, dokunma ve etki ile elektriklenmenin özelliklerini öğrenmeniz ve günlük yaşamdaki örneklere uygulayabilmeniz amaçlanmaktadır. Ayrıca bir cismin söz konusu bu üç farklı elektriklenme çeşitlerine göre sahip olduğu elektrik yükünün türünü ve niceliğini Elektroskop yardımıyla gözlemleyerek ölçebilmeniz amaçlanmaktadır. Genel Bilgi: Elektrik biliminin, yüklü taneciklerin birbiriyle etkileşimini inceleyen kısmına elektrostatik denir. Statik elektrik, dural yani değişmeyen elektrik alanların, yüklü nesnelere olan etkilerini inceleyen fizik dalıdır. Bu dal ayrıca yüklü cisimlerin diğer yüklerle ilişkilerini de incelemektedir. Plastik kalem saça sürtüldüğünde, balon cama sürtüldüğünde, yünlü kazak sırttan çıkarılırken karşılaşılan etkiler; statik elektriğin etkileridir. Yüklerle ilgili bazı özellikler aşağıda verilmiştir. İki cins elektrik yükü vardır. Farklı cins elektrik yükleri birbirini çekerler. Aynı cins elektrik yükleri birbirini iterler. Elektrik yükü her zaman korunur. Yüklü parçalar arasındaki çekme veya itme kuvveti, yükler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişir. Statik elektrik yüklerinin özelliklerini incelendiğinde günlük hayattan basit birkaç örnek verilebilir. Örneğin, kurutulan saç tarandıktan sonra tarağın kâğıt parçalarını çektiğini gözlenir. Çekim kuvveti çoğu kez kâğıt parçalarını düşürmeyecek kadar kuvvetlidir. İpek ya da kürke sürtülmüş cam veya lastik gibi başka maddelerle de aynı olay gözlemlenebilir. Bir başka deney şişirilmiş balonun yünle ovulmasıdır. Bu durumda balon odanın duvarı veya tavanına saatlerce yapışık kalabilir. Böyle davranan cisimlerin elektriklenmiş veya elektrikle yüklenmiş oldukları söylenir. Benjamin Franklin artı(pozitif) ve eksi(negatif) adlarını verdiği iki çeşit elektrik yükü olduğu bulmuştur. 10

11 Şekil 1 - Pozitif ve Negatif Yükler ve Elektrik Alan Çizgileri Elektrik yüklerinin temel özellikleri; Aynı yükler birbirlerini itmektedir. Farklı yükler birbirlerini çekmektedir. Elektrik yükü ne yaratılabilir ne de yok edilebilir; yalnızca bir yerden bir yere aktarılabilir. SI birim sisteminde elektrik yükünün(é) birimi Coulomb(C)dur ve yaklaşık olarak C dur. Proton olarak tanımlanan pozitif yüklü parçacığın yükü é elektron olarak tanımlı negatif yüklü parçacığın yükü é dir. Elektrik yükünün madde içerisindeki davranışı incelendiğinde maddeler elektrik yükünü iletme kabiliyetlerine göre dört grupta sınıflandırılabilirler: 1) İletken: İçerisinde serbest elektrik yükü barındıran malzemelere iletken denilir. Metalik iletkenlerde hareketli yüklü parçacıklar elektronlardır. İletken malzemelerde bir potansiyel farkı uygulandığında serbest haldeki yük taşıyıcılar taşıdıkları yüke göre uygulanan potansiyel altında hareket etmektedirler. En çok bilinen iletkenler metallerdir. Bakır ve gümüş önemli iletken metallerdendir. Ayrıca grafit, bazı tuzlar ve plazma ise metalik olmayan iletkenlerdendir. Kristal yapıya sahip olmayan bazı polimerler malzemeler de iyi iletken özellik sergilerler. 2) Yalıtkan: İçerisinde hareketli yük taşıyıcı bulundurmayan ya da çok az miktarda bulundurabilen malzemelerdir. Bu malzemeler elektrik akımına karşı direnç gösterirler ve yüklü parçacığın hareketini sınırlarlar. Cam, lastik, kauçuk vb. 3) Süper iletkenler: Bilinen en iyi diamanyetik davranış gösteren malzemeler superiletkenlerdir. Bazı maddeler çok düşük sıcaklıklara kadar soğutulduklarında normal metalik haldeki dirençleri sıfıra kadar düşmekte ve çok yüksek derecede iletken hale-superiletken- geçmektedirler. Curie sıcaklığının altında superiletkenler mükemmel diamanyetiklerdir ve suseptibiliteleri -1dir. Bilinen diğer diamanyetik malzemelerden temel olarak farklıdırlar çünkü manyetik suseptibilitelerine uygulanan alana karşı malzeme içerisinde oluşan makroskopik akım halkaları sebep olurken, diğer diamanyetikler yörüngeye sıkıca bağlı elektronların orbital hareketindeki değişimle ilişkilidir. 11

12 4) Yarıiletkenler: Elektriksel iletkenliği iletken ve yalıtkan malzeme arasında bir değerde olan malzemelerdir. Yüklü parçacıkların sahip olabilecekleri enerji değerleri enerji bantları ile temsil edilir. Önemli bir nokta iletken malzemelerde iletkenliğe katkıda bulunan negatif yüklü yük taşıyıcılar(elektronlarken)yarı iletken malzemelerde her iki yük taşıyıcının mobilitesi (hareketliliği) akıma katkı sağlar. Silikon en çok bilinen yarı iletken malzemedir. Yarıiletken malzemedeki iletkenlik katkılama ile artırılabilir. Bu malzeme içerisinde istenilen yük taşıyıcı konsantrasyonunun artırılması, dışarıdan sisteme taşıyıcı enjeksiyonu ile sağlanır. Organik ve kristal fazda yarıiletken malzeme üretilebilmektedir. Elektriklenme Çeşitleri Bir cisim elektrikle yüklenmesi demek, onun atomlarından elektron sökmek veya atomlarına dışarıdan elektron eklemek demektir. Nötr hâlde bulunan bir atomun elektriksel yük dengesi üç değişik metot kullanılarak bozulabilir. Bir cisim elektriklenme işlemleri sonucu nötr, pozitif (+), veya negatif (-) bir yük değeri alabilmekle birlikte bu durum cismin atomik karakterine ve elektronların bağ enerjilerine sıkı sıkıya bağlıdır diyebiliriz. Ayrıca cismin farklı metotlarla elektriklenme yeteneği gösterdiğini deneysel kanıtlarıyla gözlemleyebilmekteyiz. Elektriklenme çeşitleri sürtünme ile elektriklenme, dokunma ile elektriklenme ve etki ile elektriklenme olarak 3 gruba ayrılmaktadır. Yük Türleri ve Elektriklenme Çeşitleri Yük Türleri Elektriklenme Çeşitleri Pozitif (+) Negatif (-) Temas İle Elektriklenme Etki İle Elektriklenme Sürtünme İle Genelde yalıtkanlarda oluşur. Örneğin plastik, ebonit çubuk vb. Dokunma ile Genelde iletkenlerde oluşur. Örneğin metallerden bakır vb. Şekil-2: Yük Türleri ve Elektriklenme Çeşitleri 12

13 1- Sürtünme İle Elektriklenme: Çoğu zaman saçlarımız taranırken ve kazağımızı çıkarırken bazı sesler duyarız. Bunlar cisimlerin sürtünmeyle elektriklenmesinin sonucudur. Yünlü bir kumaşı bir cam parçasına sürttüğümüzde, cam elektron kaybederek (+) yüklenir, kumaş bu elektronları alarak (-) yüklenir. İkinci bir örnek olarak ipek kumaşa sürtülen cam çubukta cam (+) İpek ise (-) yüklenir. Plastik çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde, plastik çubuk - yük kazanıp negatif (-) yüklenirken yün kumaş - yük kaybedip pozitif (+) yüklenir. Demek ki, birbirine sürtülen maddeler eşit ve zıt işaretli yüklenirler. Sonuçta iki elektrik yükü mevcuttur. Bunlardan elektron alan (-) yüklü, elektron veren ise (+) yüklüdür. 2- Dokunma İle Elektriklenme: Dokunma ile elektriklenen cisimler aynı cins yükle yüklenirler. Dokunma ile elektriklenen cisimler aynı cins yükle yüklenecekleri için elektriklendikten sonra birbirlerini iterler. Dokunma ile elektriklenmede daima elektronlar yani ( ) yükler hareket ederler. Dokunma ile elektriklenen cisimlerin sahip oldukları toplam elektrik yükleri, cisimler arasında büyüklüklerine göre paylaşılır. Dokunma ile elektriklenen cisimler küre şeklinde ise sahip oldukları elektrik yüklerini yarıçapları ile doğru orantılı olarak (yarıçapları oranında) paylaşırlar. 3- Etki İle Elektriklenme: Dokunma ve sürtünme dışında cisimleri elektriklemenin başka bir yolu da bir cismin, yüklü bir cisim yardımıyla dokunma olmadan elektriklenmesidir. Bu olaya etki ile elektriklenme olayı denir. Plastik bir çubuğa kâğıt parçaları yaklaştırıldığında kâğıtları çekmediği görülüyor öyleyse çubuk yüksüzdür. Sonra yünlü kumaşa sürtülen bir plastik tarak çubuğa dokunmadan yaklaştırıldığında, çubuğun kâğıt parçalarını çektiği gözleniyor. Taraktaki (-) yükler çubuktaki (-) yükleri iterek çubuğun bir ucunun (+) diğer ucunun (-) yüklenmesine neden olur. Bu çeşit elektriklenmeye Etki ile elektriklenme denir. Elektroskop ve Özellikleri Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, yüklü ise hangi tür elektrikle yüklü olduğunu anlamaya yarayan aletlere elektroskop denir. Havadaki iyonlardan ve rüzgârdan etkilenmemesi için cam fanus içine alınmıştır. 13

14 Elektroskobun Özellikleri * Elektroskop NÖTR iken: Yaprakları kapalıdır. * Elektroskop kullanılmadan önce Dokunma veya sürtünme yolu ile önceden (+) veya (-) yükle yüklenir. * Elektroskop yüklü iken her iki yaprak da aynı yükle yüklü olacağından Yapraklar birbirini iterek açılır. * Cisim elektroskop topuzuna direkt değdirilirse o zaman yük miktarı da ayrıca hesaplanarak sonuç tespit edilir. * Bir cismin elektrik yükünün cinsini belirleyebilmek için yük cinsi bilinen bir elektroskopun topuzuna yaklaştırılır: Bu durumda; a) Elektroskopun yaprakları daha çok açılıyorsa cismin yükü elektroskopla aynıdır. Elektroskopun yapraklarının biraz açılmasının nedeni yapraklara topuzdan yük gelmesidir. Topuzdaki yükün yapraklara iletilebilmesi için elektroskop ile cisminin yükünün işareti aynı olmalıdır. b) Elektroskopun yapraklarının açıklığı azalıyorsa cismin yükü elektroskopla zıttır. Yaprakların Biraz kapanması için, yapraklardan topuza doğru yükün çekilmesi gerekir. Bu çekme olayının gerçekleşmesi için de Topuzdaki yükün yapraklara iletilebilmesi için elektroskop ile cisminin yükünün işareti zıt yüklü olmalıdır. NOT: Negatif (-) yüklü bir elektroskoba (+) yüklü bir cisim dokundurulduğunda, yük durumuna göre 3 ihtimal vardır: 1.Elektroskopun yük miktarı cisminkinden fazla ise elektroskopun yaprakları biraz kapanır. 2.Yük miktarları eşit ise nötrleşme olur ve elektroskopun yaprakları tamamen kapanır. 3.Cismin yük miktarı, elektroskopun yük miktarından fazla ise, en son elektroskopun yükünün işareti (+) olur ve yapraklar önce tamamen kapanır sonra tekrar açılır. Deneyin Yapılışı: Yandaki resimde, deneyin yapılışında kullanabileceğiniz deney malzemeleri yer almaktadır. Resimde yer alan deney malzemeleri arasında Plastik (ebonit) çubuk, Cam çubuk, Yün kumaş, İpek kumaş, yalıtkan (plastik) ayak, alüminyum folyo ve birde yük miktarını ve türünü ölçmeye yarayan Elektroskop bulunmaktadır. Resim: Elektrostatik Deney Seti ve Elektroskop 14

15 Aşağıdaki deney düzeneklerinde size sunulan yönergeleri izleyerek ve resimdeki elektrostatik deney malzemelerini kullanarak ulaştığınız gözlemlerinizi raporunuza kaydediniz. Deney Düzeneği-1: Cisimlerinin Birbirine Sürtülmesi ve Yüklerinin Belirlenmesi Deney Yönergeleri: Alüminyum yaprağı buruşturarak bilye büyüklüğünde bir küre hale getiriniz. Alüminyum küreyi naylon bir iplikle destek çubuğuna asınız. Benzer şekilde Ebonit çubuğu da ikinci bir destek çubuğuna asınız. Daha sonra aşağıdaki olayları eylem sıralarına göre izleyerek Tablo-1 de sizden istenen kısımları özenle doldurunuz. Tablo-1: Elektrostatik Örnek Olaylar ve Cisimlerin Elektrik Yükleri EYLEM 2. EYLEM Gözlemlerinizi Aşama Aşama Açıklayarak Yazın Ebonit çubuğu yün kumaşa iyice sürtün. Ebonit çubuğu yün kumaşa iyice sürtün. Ebonit çubuğu yün kumaşa iyice sürtün. Cam çubuğu ipek kumaşa iyice sürtün. Cam çubuğu ipek kumaşa iyice sürtün İki ebonit çubuğu yün kumaşa sürtün. İki cam çubuğu ipek kumaşa sürtün. Ebonit Çubuğu Yün kumaşa iyice sürtün. Elektriklenmede farklı türde cisimler deneyin ve keşfedin. Çubuğu alüminyum küreye dokundurun. Çubuğu alüminyum küreye yaklaştırın. Ebonit çubuğu bir süreliğine elinize dokundurun Çubuğu alüminyum küreye dokundurun. Çubuğu alüminyum küreye yaklaştırın. İki ebonit çubuğu birbirine yaklaştırın veya dokundurun. İki cam çubuğu birbirine yaklaştırın veya dokundurun. Musluktan incecik akan suya ebonit çubuğu yaklaştırın. Bu cisimlerin üç farklı elektriklenme çeşidini gözleyin. Her Cismin Yükünü Tahmin Edin Elektroskopl a yükün türünü Test edin 15

16 Deney Düzeneği-2: Elektroskop Tasarlama Projesi Sizde grubunuzla küçük bir cam fanus veya kavanoz içine yerleştirebileceğiniz bir Elektroskop tasarlayınız. Elektroskop yapımı projenizde malzeme seçiminizi grubunuzla belirleyerek basit malzemelerle geliştirmeyi deneyiniz. Elektroskop Tasarlama Süreci: Elektroskop yapımı için öncelikle bilimsel bir araştırma ve geliştirme Ar-Ge planı oluşturunuz. Ar-Ge faaliyetlerinize bağlı olarak malzeme seçimlerinizi netleştiriniz. Basit ve işlevsel olduğu kadar hassas ve doğru çalışan bir Elektroskop tasarlayınız. Geliştirdiğiniz elektroskobun kullandığınız malzemelerle ne kadar verimli çalıştığını yüklü ve nötr cisimler üzerinde test ediniz. Geliştirdiğiniz elektroskop ile laboratuvardaki elektroskobun verimliğini karşılaştırarak değerlendiriniz. Tasarladınız elektroskobun hassas ve doğru bir şekilde çalışıp çalışmadığını ve varsa hata kaynaklarını değerlendiriniz. Tasarladığınız elektroskobu ideal hale getirmek için yeniden tasarlayacak olsanız projenizi yeniden nasıl düzenlerdiniz. Deney Düzeneği-3: Elektrostatik Örnek Olay İncelemesi Giyimde Satıcı Taktiklerine Karşı Alıcı Dedektörü Günlük hayatta giyim mağazalarında sık sık elbiselerin künyelerinde malzemenin türü yazar ya da satış temsilcileri size kumaşın yünden mi ipekten mi pamuktan mı akrilikten (naylon) mi hangi malzemeden yapıldığı konusunda ikna edici görüş bildirir. Ancak satış temsilcilerince söylenen ya da etiketlerde yazılanın ne denli doğru olduğunu kestirmek ürün alıcısı için oldukça zor olsa gerektir. Bu bağlamda satıcının ikna yeteneğine karşılık sizde bir fen bilimci olarak alıcılara kanıta dayalı tavsiyelerde bulunacağınız bir rehber olmanız istenmektedir. Giyim mağazasında alıcıya nasıl bir rehberlik yapacağınızı detaylarıyla adım adım açıklayınız. Alıcıya söylemden ziyade deneysel ve kanıta dayalı bir rehberlik yapmanız beklenmektedir. Giyim ürünlerinin yün mü ipek mi olabileceği konusunda kendi tasarladığınız Elektroskop projenizden de faydalanabilirsiniz. 16

17 Deney Düzeneği-4: Van De Graff Jenaratörü Aşağıdaki şekilde Van de Graff Jenaratörü ve jenaratörün işleyiş modeli gösterilmiştir. Aşağıdaki tabloda ise Van de Graff Jenaratörü ile yapabileceğiniz 5 farklı deney yer almaktadır. Jenaratör ile her bir deneyi önce topuzu küreye dokundurarak sonra da küreden uzaklaştırarak gözlemlerini kaydediniz ve gözlediğiniz sonuçları değerlendiriniz. Buna göre aşağıdaki tabloda sizden istenenleri doldurunuz. Resim: Van de Graff Jenaratörü Şekil: Van de Graff Jenaratörünün İşleyiş Modeli Tablo: Van de Graff Jenaratörü Deney ve Gözlemleri 1.EYLEM Topuzu Küreye Değdirin, Ne Oldu? 1.Kağıt Parçalarını küreye yaklaştırın 2.Alimünyum tabakları üst üste küre üzerine koyun 3. Alimünyum topu küre ile topuz arasında serbest bırakın 4.Floresanı küre ile topuz arasına yerleştirin 5.Su dolu şişeyi küre üzerine koyun 2.EYLEM Topuzu Küreden Uzaklaştırın, Ne Oldu? Gözlemlerinizi Yazarak Sonuçları Değerlendirin 17

18 Değerlendirme Soruları: 1. Yükü belli olmayan bir cismi elektroskop yardımıyla ve elektroskop kullanmaksızın yükünü nasıl bulabileceğinizi açıklayınız. 2. Cam çubuğu ve Ebonit çubuğunu yüklemek için neden bir başka cisme sürtme işlemi uyguladığınızı deneyden ulaştığınız bilgilerle değerlendiriniz. Ebonit ve cam çubuğu dokunma ya da etki ile elektriklenme yoluyla da yükleyebilirmisiniz. Açıklayın. 3. Deney Düzeneği-1 de yer alan Tablo-1 deki 1 den 9 a kadar olan durumlar hakkında aşağıdaki tabloda istenenleri doldurunuz. Durum Cisimlerin İlk Yük Çeşidi Nedir? Açıklayın Yüklenme Türü Cisimlerin Son Yük Çeşidi Nedir? Açıklayın Elektroskopta yüklenme olmuş mudur? Nasıl? 4. Van de Graff Jenaratörü modelinde resimde belirtilen numaralı kısımlarda gerçekleşen olayları ve işlevlerini fiziksel temellerle açıklayınız. 5. Deneylerle ilgili anlayamadığınız yerler veya öğrenmekte güçlük çektiğiniz durumlar hakkındaki sorularınızı açıkça yazınız? 18

19 DENEY - I RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 19

20 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 20

21 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 21

22 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 22

23 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. 23

24 Deney II BASİT ELEKTRİK DEVRESİNDE AKIM VE GERİLİM ÖLÇME Deneyin Amacı: Bu deneyde basit bir elektrik devresi kurmak için neler gerektiği incelenerek akım ve gerilimin nasıl ölçüleceği ile ilgili deneyim kazanmak amaçlanmıştır. Genel Bilgi: Bir pil, ampul, anahtar ve iletken tellerden oluşan devreye basit devre adı verilir. Basit elektrik devrelerinde anahtar açıkken devreden elektrik akımı geçemez ve ampul yanmaz. Böyle devrelere açık devre denir. Basit elektrik devrelerinde anahtar kapalı iken devreden elektrik akımı geçebilir ve ampul yanar. Böyle devrelere kapalı devre denir. Ampermetre, akım ölçen aygıta verilen isimdir. Ölçülmek istenen akımın ampermetre içerisinden geçmesi gerekir. Ampermetre, devreye seri olarak bağlanmalıdır. İdeal bir durumda ampermetrenin sıfır dirence sahip olması gereklidir çünkü ölçülen akımı değiştirmemesi beklenir. Fakat bütün ampermetreler bir miktar dirence sahip olduğu için, ampermetre devreye bağlandığındaki akımın değeri, ampermetrenin bağlı olmadığı durumda devreden geçen akım değerinden biraz düşük olabilir. Ampermetre kullanarak doğru akım ölçerken akımın aletin pozitif ucundan negatif ucuna geçecek şekilde bağlanması gerekmektedir. Ampermetre devrede şeklinde gösterilir. Voltmetre, potansiyel farkını ölçen aygıta verilen isimdir. Bir devredeki iki nokta arasındaki potansiyel farkı bu noktalar arasına voltmetreyi paralel olarak bağlayarak ölçülebilir. Voltmetrenin pozitif ucu, direncin daha yüksek potansiyele sahip ucuna, negatif ucu ise direncin düşük potansiyelli ucuna bağlanmalıdır. Voltmetreyi kutuplara dikkat etmeden bağladığımızda okuduğumuz değer negatif çıkabilir. İdeal bir durumda voltmetrenin içerisinden devreyi etkilememesi için akım geçmemesi gerekir. Bu nedenle voltmetreler çok büyük bir direnç sahiptirler. Voltmetre devrede şeklinde gösterilir. 24

25 Deneyin Yapılışı / Bölüm I: Hangi Ampuller Yanar? a) Şekilde görülen çizimlerden hangilerinde ampullerin yanacağını, hangilerinde yanmayacağını altlarındaki kutucuklara yanar veya yanmaz ifadelerini kullanarak belirtiniz b) Şekilde görülen devreleri kurarak hangilerinde ampullerin yandığını hangilerinde yanmadığını gözlemleyiniz

26 Deneyin Yapılışı / Bölüm II: Elektrik Akımı ve Ölçülmesi Deneyin Amacı: Bir elektrik devresinden geçen akımın yönü ve şiddetini ölçmek. 1. Size göre bir elektrik devresinden geçen akımın yönü ve şiddetini aşağıdaki modellerden hangisi doğru olarak açıklar? Doğru olduğunu düşündüğünüz şıkkı yuvarlak içine alınız Not: Aşağıdaki şekillerde devreler ve bu devrelerin sembolik gösterimleri yer almaktadır. Kalın çizgiler daha fazla akımın geçtiğini, ok işaretleri ise akımın yönünü göstermektedir. a) b) Sadece pilin pozitif kutbundan lambaya doğru bir akım vardır. Lambadan pile doğru bir akım yoktur. c) Sadece pilin negatif kutbundan lambaya doğru bir akım vardır. Lambadan pile doğru bir akım yoktur. d) Akım, pilin pozitif ve negatif kutbundan lambaya doğru ve aynı şiddette akar. e) Pilin pozitif kutbundan lambaya doğru daha fazla, lambadan pile doğru ise daha az akım vardır. Çünkü akımın bir kısmı lambada harcanır. Pilin negatif kutbundan lambaya doğru daha fazla, lambadan pile doğru ise daha az akım vardır. Çünkü akımın bir kısmı lambada harcanır. 26

27 f) Akım, pilin pozitif kutbundan lambaya, lambadan da pilin negatif kutbuna doğru ve aynı şiddette akar. Deneyin Yapılışı a) Üstteki telden geçen akım şiddetini (I1) ölçmek için ampermetreyi devreye şekildeki gibi bağlayınız. Anahtar açıkken ampermetrede herhangi bir sapma gözlemlediniz mi? Bunun nedeni sizce ne olabilir? b) Anahtarı kapattığınızda ampermetrede bir sapma oldu mu? I1 akımını ölçebildiniz mi? Nedeni sizce ne olabilir? c) Aynı devreyi ampermetreye bağladığınız kabloların yerini değiştirerek kurunuz. Anahtarı kapattığınızda I1 akımını ölçebildiniz mi? Nedeni sizce ne olabilir? I1 =... amp. d) Alttaki telden geçen akım şiddetini (I2) ölçmek için ampermetreyi devreye şekildeki gibi bağlayınız ve anahtarı kapatıp ampermetrenin gösterdiği değeri yazınız. I2 =... amp. e) Ölçtüğünüz bu iki değer (I1 ve I2) size devreden geçen akım şiddeti ile ilgili nasıl bir bilgi verir? f) Daha önce bahsettiğimiz akımın yönü ve şiddetini gösteren modellerden doğru olanıyla ilgili bir bilgi edinebildiniz mi? Açıklayınız. 27

28 Deneyin Yapılışı / Bölüm III: Potansiyel Farkın Ölçülmesi Deneyin Amacı: Bir elektrik devresinde devre elemanlarının uçları arasındaki potansiyel farkı ölçmek. 1. Size göre şekilde görülen devredeki pilin ve lambanın uçları arasındaki potansiyel farklar eşit midir? Deneyin Yapılışı: a) Voltmetreyi pilin uçlarına şekildeki gibi bağlayarak anahtar açıkken pilin uçları arasındaki potansiyel fark değerini ölçünüz ve bu değer ile pilin üzerinde yazan potansiyel fark değerini karşılaştırınız. b) Anahtarı kapatarak pilin uçları arasındaki potansiyel fark değerini (V1) ölçünüz. Anahtarın açık ve kapalı olması durumunda pilin uçları arasındaki potansiyel fark değerlerinin farklı çıkma sebebi sizce ne olabilir? V1 = volt. c) Lambanın uçları arasındaki potansiyel fark değerini (V 2) ölçmek için voltmetreyi lambaya şekildeki gibi bağlayınız. Anahtar açık konumdayken voltmetrede herhangi bir değer okuyabildiniz mi? Bunun nedeni sizce ne olabilir? 28

29 d) Anahtarı kapattığınızda voltmetrede bir sapma oldu mu? V2 değerini ölçebildiniz mi? Nedeni sizce ne olabilir? e) Aynı devreyi voltmetreye bağladığınız kabloların yerini değiştirerek kurunuz. Anahtarı kapattığınızda V2 değerini ölçebildiniz mi? Nedeni sizce ne olabilir? V2 = volt f) Bu ölçtüğünüz değerlere göre lamba ve pilin uçları arasındaki potansiyel fark değerleri (V1, V2) arasında nasıl bir ilişki vardır? Değerlendirme Soruları: 1. Akım, Potansiyel Fark ve Direnç kavramlarını açıklayın? 2. Elektrik ile ilgili yukarıda verilen üç kavramdan herhangi birini sabit tutup diğer iki kavram arasında nasıl bir ilişki olduğunu açıklayınız? Tüm olasılıkları dikkate alarak deneysel gözlem ve kanıtlarla sonuçlarınızı destekleyiniz. 3. Deney ile ilgili üçer adet değerlendirme sorusu yazarak grup arkadaşlarınıza sorunuz? 29

30 DENEY - II RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 30

31 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 31

32 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 32

33 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 33

34 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. 34

35 Deney III OHM YASASI, DİRENÇLERİN SERİ VE PARALEL BAĞLANMASI Deneyin Amacı:Bu deneyin amacı Ohm Yasasını deneysel olarak doğrulamak, paralel ve seri bağlanmış dirençli devreleri araştırmaktır. Genel Bilgi: Direnci R ve içinden geçen akım şiddeti I olan bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı; bağıntısıyla verilir. V = I.R Bu bağıntıya göre, iletkenin uçları arasındaki gerilim (V) ile içinden geçen akım (I) doğru orantılıdır ve orantı sabiti iletkenin direncini (R) vermektedir. Bu bağıntı Ohm Yasası olarak bilinmektedir. SI birim sistemine göre V nin birimi Volt, I nın birimi Amper ve R nin birimi Ohm (Ω) dur. Eğer yukarıdaki şekildeki gibi basit bir devre çizersek, devrenin V-I grafiği aşağıdaki gibi olur. Bu grafiğin eğimi bize devrenin direncini verecektir (R = V/I) 35

36 Eğer devrede birden fazla direnç varsa bu dirençlerin bağlanış şekline göre eşdeğer direnci bulabiliriz. Aşağıda üç dirençli bir devrenin tek dirençli devreye indirgenmesi gösterilmiştir. Bu tür bir devrede de devreden geçen akımın büyüklüğünü Ohm Yasasını kullanarak bulabiliriz; I = V/Reş Elektrik devrelerindeki dirençler birbirlerine seri ya da paralel olarak bağlanabilir. Dirençleri şekil a daki gibi seri bağlarsak dirençlerden geçen akım eşit olur. Eğer dirençleri şekil b deki gibi paralel bağlarsak ise dirençlerin uçları arasındaki gerilimler eşit olur. Seri bağlı R1, R2, R3..Rn dirençlerinin meydana getirdiği iletkenler sisteminin eşdeğer direnci; Reş = R1 + R2 + R Rn dir. Aynı dirençler paralel bağlanırsa sistemin eşdeğer direnci sistemi oluşturan dirençlerin tersleri toplamına eşittir. 1/Reş = 1/R1 + 1/R2 +1/R /Rn 36

37 Dirençlerin Renk Kodları: Örneğin: 1. Band = Mavi = 6 2. Band = Kırmızı = 2 3. Band = Kırmızı = 2 4. Band = Gümüş = % 10 olsun. Direnç Değeri = 62 *10 2 ± % 10 = 6200 ± %10Ω =6.2 ± %10 kω 37

38 Deneyin Yapılışı: Bölüm I: Ohm Yasasının Doğrulanması 1. Yukarıdaki şekilde gördüğünüz devreyi kurunuz. 2. Devreyi kontrol ediniz ve sonra güç kaynağını açınız. 3. Voltaj ayarlama düğmesini kullanarak voltaj değerlerini değiştiriniz. 4. Her bir voltaj değeri için voltmetre ve ampermetrenin gösterdiği değerleri okuyunuz. 5. On ayrı okuma değeri için değerleri aşağıdaki çizelgeye kaydediniz. Güç Kaynağındaki Voltaj Değeri (V) 1V 2V Voltmetreden Okunan Voltaj Değeri (V) Ampermetreden Okunan Amper Değeri (ma) 6. Kaydettiğiniz değerleri kullanarak V-I grafiği çiziniz. 7. Grafikten yararlanarak direncin değerini hesaplayınız. 8. Renk kodlarını kullanarak bu direncin teorik değerini bulunuz ve iki değeri karşılaştırınız. 38

39 Bölüm II: Dirençlerin Seri ve Paralel Bağlanması 1. R 1, R 2 ve R 3 dirençlerini kullanarak yukarıdaki şekilde gördüğünüz devreyi kurunuz. 2. Ohmmetre yi kullanarak devrenin eşdeğer direncini ölçünüz ve kaydediniz (Reş-deneysel). 3. Renk kodlarından bu dirençlerin teorik değerlerini bulunuz. 4. Paralel ve seri bağlama formüllerini kullanarak eşdeğer direnci hesaplayınız ve kaydediniz (Reş-teorik). 5. Direnç için bulduğunuz deneysel ve teorik değerleri karşılaştırınız. Değerlendirme Soruları 1. Ohm yasasını açıklayınız. 2. Voltmetre ve ampermetre arasındaki farkları belirtiniz. 3. Seri ve paralel bağlanmış dirençlerin eşdeğer direncinin nasıl bulunacağını açıklayınız. 4. İnsanın elektrik çarpılmasını artıran ve azaltan etkiler nelerdir? Elektrik Çarpılması olayını hangi fizik kanunuyla açıklayabilirsiniz? 39

40 DENEY - III RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 40

41 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 41

42 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 42

43 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 43

44 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. 44

45 Deney IV DİRENCİN BAĞLI OLDUĞU FAKTÖRLER Deneyin Amacı: Bir iletkenin direncinin nelere bağlı olduğunun incelenmesi. Genel Bilgi: Elektrik akımı, belirli bir yüzeyden geçen elektrik yüklerinin akış hızı olarak tanımlanabilir. Pozitif yüklerin akış yönü akım yönü olarak seçilir. Bakır gibi iletkenlerde akım, negatif yüklü elektronların hareketiyle oluşur ve bu nedenle bu tür iletkenlerde akım yönü elektronların akış yönüne zıt olarak seçilir. Bakır gibi bir iletkende akım oluşturmak için yükler iletken içerisindeki elektrik alanın etkisiyle hareket ederler. Bir iletkenin iki ucu arasına bir potansiyel fark uygulandığında iletken içerisinde bir E elektrik akımı ve J akım yoğunluğu meydana gelecektir. Burada J akım yoğunluğu, birim alan başına düşen akım olarak tanımlanır (J = I(A)/A(m 2 )). Birçok iletkende akım yoğunluğu ve elektrik alan doğru orantılıdır. J = σe Burada σ orantı katsayısına iletkenin iletkenliği denir. Ohm kanununa göre birçok madde için akım yoğunluğunun elektrik alanına oranı sabittir ve σ kadardır. Ohm kanununa uyan, yani E ile J arasında lineer bir ilişki gösteren maddeler omik maddeler olarak adlandırılırlar. A kesit alanına ve L boyuna sahip doğrusal bir tel parçamız olsun. Telin iki ucuna bir ΔV potansiyel farkı uyguladığımızda ΔV=EL olacaktır. Buna göre akım yoğunluğunun büyüklüğü aşağıdaki bigi olacaktır. J = σ E = σ ΔV L J = I / A olduğundan potansiyel fark aşağıdaki gibi olacaktır, ΔV = J L σ = ( L σa ) I Burada parantez içerisindeki kısım iletkenin R direnci olarak adlandırılır. R = ( L σa ) = ΔV I Bir maddenin iletkenliğinin tersine özdirenç denir. ρ = 1 σ Özdirenç cinsinden maddenin direnci aşağıdaki gibi ifade edilir. R = ρ L A 45

46 Tüm omik maddeler özel bir iç dirence sahiptir. Maddenin bu özelliği malzemenin cinsine ve sıcaklığa bağlı olarak değişir. İletken maddeler yüksek iletkenliğe yani düşük özdirence sahiptir. Buna karşın yalıtkanlar düşük iletkenliğe yani büyük özdirence sahip olan maddelerdir. Deneyin Yapılışı : 1- Bir iletkenin direncinin boyu ile ilişkisi Şekildeki deney düzeneğini kurunuz. Serbest ucu tel üzerinde işaretlenmiş farklı uzunluktaki noktalara getirerek akım ve gerilimi ölçünüz. Elde edilen sonuçları kullanarak aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Aşadaıdaki Tabloda belirtilen değerleri kullanarak R-L grafiğini Grafik-1 üzerine çiziniz. Tablo 1 L (cm) V (volt) I (amper) R (ohm) Grafik 1 46

47 2- Bir iletkenin direncinin kesiti ile ilişkisi Şekil 1 deki deney düzeneğini aynı uzunlukta fakat farklı kesit alanlarına sahip olan iletkenler için kurunuz. Yapacağınız ölçümlere göre tablo 2 yi doldurunuz. Tablo 2 ye göre R-S grafiğini çiziniz. Tablo 2 S (cm 2 ) V (volt) I (amper) R (ohm) Grafik 2 3- Bir iletkenin direncinin iletkenin cinsi ile ilişkisi Şekil 1 deki deney düzeneğini aynı uzunlukta, aynı kesit alanlarına sahip olan fakat farklı türden iletkenler için kurunuz. Yapacağınız ölçümlere göre tablo 3ü doldurunuz. Tablo 3 Telin Cinsi V (volt) I (amper) R (ohm) Değerlendirme soruları: 1- Bir iletkenin direnci ile uzunluğu arasında nasıl bir ilişki vardır? Grafik 1 i yorumlayarak açıklayınız. 2- Bir iletkenin direnci ile iletkenin kesit alanı arasında nasıl bir ilişki vardır? Grafik 2 yi kullanarak açıklayınız. 3- Bir iletkenin direnci ile iletken maddenin türü arasında nasıl bir ilişki vardır? Yaptığımız deneden elde ettiğimiz sonuçları kullanarak yorumlayınız. 47

48 DENEY - IV RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 48

49 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 49

50 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 50

51 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 51

52 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. 52

53 Deney V KİRŞOF YASALARININ UYGULANMASI Deneyin amacı: Kirchhoff un akım ve gerilim yasalarının deneysel sonuçlarla karşılaştırılması. Genel Bilgi: Karmaşık devrelerin çözümlenmesi genellikle basit kurallar kullanılarak yapılamaz. Birden fazla kapalı gözden oluşan karmaşık devrelerin çözümünde Kirchhoff kuralları olarak bilinen iki basit kuralım kullanılması çözümlemeyi oldukça basitleştirir. Bu kurallar; 1.Kural: Herhangi bir düğüm noktasına gelen akımlar toplamı, bu düğüm noktasından çıkan Akımlar toplamına eşittir. Birinci kural yük korunumunun bir sonucudur. Bir noktaya ne kadar yük gelirse o kadar yükün noktadan ayrılması gerekmektedir. I 1 = I 2 + I 3 2. Kural: Bir kapalı ilmek boyunca tüm devre elemanlarının uçları arasındaki potansiyel farklarının toplamı sıfır olacaktır.ikinci kural ise enerjinin korunumunun bir sonucudur. Kapalı bir devrede harekete bir noktadan başlayan yükün başladığı noktaya geri döndüğünde enerjisinin aynı olması gerekmektedir. Yol boyunca kazandığı enerjiler toplamı kaybettiği enerjiler toplamına eşit olacaktır. Bu kuralın sağlanabilmesi için aşağıdakilere dikkat etmek gerekir. a. Direnç akım yönünde geçildiğinde ΔV = -IR kadardır. b. Direnç akıma ters yönde geçiliyorsa ΔV = IR kadardır. c. Emk kaynağı uçtan + uca doğru geçiliyorsa ΔV = +ε d. Emk kaynağı + uçtan uca doğru geçiliyorsa ΔV = -ε Deneyin yapılışı: 1. Elinizdeki 3 adet direnci şekil 1 deki gibi voltmetre ve ampermetre kullanarak bağlayınız. Gerilimin birkaç farklı değeri için akımı ölçünüz. Ölçüm sonuçlarını tabloya kaydediniz. Bu verileri kullanarak V-I grafikleri çiziniz ve R1, R2 ve R3 direnç değerlerini bulunuz. V = IR 53

54 R1 R2 R3 V1 I1 V2 I2 V3 I3 2. Elinizdeki üç direnci aşağıdaki şekilde olduğu gibi seri bağlayarak bir devre oluşturunuz. Devredeki I akımını ve herbir direncin uçları arasındaki V1, V2 ve V3 ölçerek güç kaynağının Emk sını bulunuz. V = V 1 + V 2 + V 3 = I(R 1 + R 2 + R 3 ) Sonuç ve Yorumu: 54

55 3. Elimizdeki üç direnci aşağıdaki şekilde olduğu gibi bağlayınız. Devredeki tüm akımları ölçünüz ve teorik sonuçlarla karşılaştırınız. I 1 = V R 1 I 2 = V R 2 I 3 = V R 3 I = I 1 + I 2 + I 3 = V ( 1 R R R 3 ) Sonuç ve Yorumu: 4. Aşağıdaki Şekilde olduğu gibi 2 kapalı ilmeğe sahip devreyi kurunuz. Devrede gösterilen kol akımlarını ölçünüz ve teorik olarak hesaplayınız. İki sonucu karşılaştırınız. I1 İki kapalı ilmekli devre için Ölçülen Hesaplanan I2 I3 Sonuç ve Yorumu: Değerlendirme Soruları: 1. Kirchhoff un 1. Kuralı sağlanmış mıdır? Açıklayınız. 2. Kirchhoff un 2. kuralı sağlanmış mıdır? Açıklayınız. 3. Yaptığımız deneylerde teorik sonuçlar ile deneysel sonuçlar arasındaki farkları gerekçeleriyle tartışınız. 55

56 DENEY - V RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 56

57 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 57

58 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 58

59 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 59

60 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deney ve Raporda Öğrenmekte Güçlük Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. Ayrıca Deney ile ilgili sorularınızı açıkça yazınız? 60

61 Deney VI MANYETİZMAYA GİRİŞ: Manyetik Alan ve Manyetik Alan Çizgileri Deneyin Amacı: 1) Manyetik alan varlığını gözlemlemek, manyetik alanı ve alan çizgilerini tanımlamak ve farklı deney düzeneklerinde manyetik alanı, manyetik alan çizgilerini keşfetmek. Aşağıda tanımlanan deney düzeneklerini kurarak manyetik alan oluşturulacak ve her bir durumda oluşan manyetik alan çizgileri incelenecektir. 2) Manyetik Alanın Kaynakları farklı deney düzeneklerinde gözlemlenebilecektir. Deneyin Yapılışı: Aşağıda verilen yönergelere göre farklı deney düzeneklerini kurunuz. Her bir deney düzeneğinde manyetik alanı ve manyetik alan çizgilerini gözlemlemeye çalışın. Gözlemlerinizi her bir deney düzeneği için not tutarak, çizimini yaparak manyetik alan ve manyetik alan çizgilerini tanımlamaya çalışın. Deney Düzeneği 1: Mıknatıs kullanarak Manyetik Alanı ve Alan Çizgilerini Gözlemlemek 1) U ya da çubuk mıknatısı bir beyaz kâğıt veya saydam bir cam üzerine yerleştirin. 2) Demir tozlarını kâğıt/cam üzerine dökün ve manyetik alan çizgilerini gözlemleyin. 3) Gözlediğiniz alan çizgilerini Tablo-1 üzerine çizin. 4) Pusulayı mıknatısın yakınlarında çeşitli noktalara koyun ve hangi yönü gösterdiğini not edin. Deney Düzeneği 2: Elektromıknatıs Yoluyla Manyetik Alan ve Alan Çizgilerini Gözlemlemek 1) Basit bir elektromıknatıs yapın. Demir bir vida ya da U şeklinde bir demir parçası üzerine düzgün bir şekilde iletken bir tel sarın. Telin iki ucunu bir pile bağlayarak elektromıknatıs oluşturun. 2) Demir tozlarını üzerine dökerek manyetik alan çizgilerini gözlemleyin. 3) Gözlediğiniz alan çizgilerini Tablo-1 üzerine çizin. 4) Pusulayı elektromıknatısın yakınlarında çeşitli noktalara koyun ve hangi yönü gösterdiğini not edin. 61

62 Deney Düzeneği 3: Solenoid kullanarak Manyetik Alanı ve Alan Çizgilerini Gözlemlemek 1) Yandaki gibi bir solenoidin iki ucuna bir pil ya da güç kaynağı bağlayarak solenoid üzerine sarılı telden bir akım geçirin. 2) Demir tozlarını üzerine dökerek manyetik alan çizgilerini gözlemleyin. 3) Gözlediğiniz alan çizgilerini Tablo-1 üzerine çizin. 4) Pusulayı solenoidin yakınlarında çeşitli noktalara koyun ve koyduğunuz noktalarda hangi yönü gösterdiğini kâğıt üzerinde not edin. Deney Düzeneği 4: Toroid kullanarak Manyetik Alanı ve Alan Çizgilerini Gözlemlemek 1) Yandaki gibi bir toroidin iki ucuna bir pil ya da güç kaynağı Bağlayarak toroid üzerine sarılı telden bir akım geçirin. 2) Demir tozlarını üzerine dökerek manyetik alan çizgilerini gözlemleyin. 3) Gözlediğiniz alan çizgilerini Tablo-1 üzerine çizin. 4) Pusulayı elektromıknatısın yakınlarında çeşitli noktalara koyun ve koyduğunuz noktalarda hangi yönü gösterdiğini kâğıt üzerinde not edin. Deney Düzeneği 5: Basit bir devre yoluyla Manyetik Alan ve Alan Çizgilerini Gözlemlemek 1) İletken bir teli bir dirençle seri bağlayın ve devreden akım geçirin. 2) Demir tozlarını üzerine dökerek manyetik alan çizgilerini gözlemleyin. 3) Gözlediğiniz alan çizgilerini Tablo-1 üzerine çizin. 4) Pusulayı devre etrafında çeşitli noktalara koyun ve koyduğunuz noktalarda hangi yönü gösterdiğini kâğıt üzerinde not edin. 62

63 Değerlendirme Soruları 1. Alan çizgileri çizilirken dikkat edilmesi gereken noktalar nelerdir? 2. a) Yukarıda Her Bir Deney Düzeneğinde gözlediğiniz Manyetik Alan ile Manyetik Alan Çizgilerinin Tanımı, Çizimi ve Özelliklerini aşağıdaki tabloda doldurunuz. b) Tablonun sonunda Manyetik Alan ve Manyetik Alan Çizgileri hakkında kendinize ait genel tanımlamalarınızı ve ulaştığınız genel özellikleri de doldurunuz. Tablo-1: Deney Düzeneklerine İlişkin Manyetik Alan ve Manyetik Alan Çizgileri Deney Düzenekleri Manyetik Alan Tanımı Manyetik Alanın Özellikleri Manyetik Alan Çizgilerinin Tanımı ve Çizimi Manyetik Alan Çizgilerinin Özellikleri Deney Düzeneği 1 Deney Düzeneği 2 Deney Düzeneği 3 Deney Düzeneği 4 Deney Düzeneği 5 Manyetik Alanın Genel Tanımı: Manyetik Alanın Genel Özellikleri: Manyetik Alanın Çizgilerinin Genel Tanımı: Manyetik Alan Çizgilerinin Genel Özellikleri: Genel Tanım ve Özellikleri 63

64 3. Kurulan tüm deney düzeneklerinde elektrik alan, manyetik alan ve akım yönlerini belirtin. Her bir deney düzeneği üzerinde Sağ el kuralını açıklayın. 4. Her bir deney düzeneği için manyetik alanın değeri nasıl hesaplanabilir? a) Formüller yoluyla hesaplayabileceğiniz her bir B manyetik alanının değeri nedir? b) Deneylerden elde ettiğiniz gözlemler ile hesapladığınız teorik değerler ne derece tutarlılık göstermektedir? Teorik ve Deneysel sonuçlarınızı değerlendiriniz. 5. Deneysel gözlemlerinizden yola çıkarak Manyetik Alan kaç farklı yoldan elde edilebilir? Manyetik Alanın Kaynakları nasıl sınıflandırılabilir? Açıklayınız. 64

65 DENEY - VI RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 65

66 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 66

67 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 67

68 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 68

69 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deneyde ve Raporda Öğrenme Güçlüğü Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. Ayrıca Deney ile ilgili sorularınızı açıkça yazınız? 69

70 Deney VII AKIM GEÇEN BİR TELİN MANYETİK ETKİSİ VE AKIM GEÇEN TELE ETKİYEN MANYETİK KUVET Deneyin Amacı: Bu deneyin ilk amacı üzerinden akım geçirilen bir telin etrafında manyetik alan etkisinin nasıl meydana geldiğini deney düzeneğinde gözlemleyerek tel etrafında oluşan manyetik alanın hangi özelliklere sahip olabileceğini kanıtlarıyla incelemektir. Deneyin ikinci kısmında ise üzerinden akım geçen bir tel üzerine dışardan net bir manyetik alan uygulandığında tele üzerine etkiyen bir Manyetik Kuvvetin meydana gelebileceği durumları, yönünü ve bağlı olduğu değişkenleri ispatlamayı amaçlamaktadır. Genel olarak bu deneylerde Manyetik Alan ile Manyetik Kuvvetin büyüklüğü ve yönü hakkında ve bu kavramların sağ el kuralına uygulamaları hakkında somut uygulama deneyimleri kazanabileceksiniz. Deneyin Yapılışı: Bu deneyde birbirleri ile ilişkili iki farklı deney düzeneği yer almaktadır. İlk deney düzeneğimizde üzerinden akım geçen N sarımlı iletken tellerin yani Akım İlmeğinin etrafında oluşan manyetik etkiyi kanıtlarıyla incelemeniz amaçlanmıştır (Deney Düzeneği-1). İkinci deney düzeneğinde ise akım geçen bir tel üzerinde manyetik kuvvetin nasıl etkidiğini ve hangi değişkenlere bağlı gerçekleştiğini kanıtlarıyla incelemeniz amaçlanmıştır (Deney Düzeneği-2). Her iki deney düzeneğini aşağıda size verilen yönergelere bağlı kalarak kurunuz; gerekli gözlem ve verileri deney düzenekleri üzerinde yer alan tablo ve grafikler üzerinde tamamlayınız. Deney Düzeneği 1: Akım Geçen Telin Manyetik Alan Etkisi Diğer sayfadaki şekilde verilen Deney Düzeneği-1 de Üzerinden Akım Geçen Doğrusal Bir Telden Elde Edilen N Sarımlı Akım Halkası düzeneği görülmektedir. 70

71 B 2 B 0 merkez B YER N S Tan(θ) = B Tel B Yer A B 3 Deney Düzeneği-1: N Sarımlı Akım Halkası B 1 Tablo-1: Akım Halkasında Farklı Akım Değerlerinde Manyetik Alan Değişimi (Uzunluk Sabit) Sapma Açısı Sarım B Gözlenen Ölçüm Akım Uzaklık i Sayısı Nicelik No (A) (d) (Tan Manyetik (θ) (N) Alan θ) Gözlemleri B i =2. k N.I d Teorik Hesaplama B 1 Akım Değişiyor B 2 Akım Değişiyor B 3 Akım Değişiyor B 0 Akım Değişiyor 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt 71

72 Tablo-2: Akım Halkasında Farklı Uzaklıklarda Manyetik Alan Değişimi (Akım Sabit iken) Sapma Açısı Sarım B Gözlenen Ölçüm Akım Uzaklık i Sayısı Manyetik Nicelik No (A) (d) (Tan (θ) (N) Alan θ) Gözlemleri B i =2. k N.I d Teorik Hesaplama B 1 Uzaklık Değişiyor B 2 Uzaklık Değişiyor B 3 Uzaklık Değişiyor B 0 Uzaklık Değişiyor 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt 1 sbt 2 sbt 3 sbt Not: Yerin alanı yaklaşık olarak 0,50 G veya 0,5 x 10 4 T ' dır. Tablo-1 üzerinden elde ettiğiniz verilere göre Tan (θ) Akım grafiğini milimetrik kağıt üzerine çiziniz. Tablo-2 üzerinden elde ettiğiniz verilere göre Tan (θ) (1/d) grafiğini milimetrik kağıt üzerine çiziniz. 72

73 Deney Düzeneği 2: Akım Geçen Tele Etkiyen Manyetik Kuvvet Yanda Sağda yer alan şekilde Akım Terazisi görülmektedir. Şekildeki deney düzeneğini kurunuz. Daha sonra devreden akım geçiriniz. Akım terazisinin hareketini gözlemleyiniz. Aşağıdaki Tabloyu dolduruz. A Tablo-3: Manyetik Kuvvete Etkiyen Faktörlerin Akım Terazisi Üzerinde İncelenmesi Devrede Gözlenen Değişkenler Ölçümler Akım (A) Uzunluk (L) Manyetik Alan (B) Açı (θ) Yerçekimi Kuvveti F g = m. g Akım Değişimi Uzunluk Değişimi Manyetik Alan Değişimi Açı Değişimi Manyetik Kuvvet Hesabı F B = I. L. B. Sinθ 73

74 Değerlendirme Soruları: 1. Manyetik Alan ve Manyetik Kuvvet Kavramlarını Tanımlayınız. Bu kavramların nelere bağlı olduğunu deneysel sonuçlarınızdan yola çıkarak açılayınız. 2. Tablo-1 üzerinden elde ettiğiniz verilere göre çizdiğiniz Tan (θ) Akım grafiğini yorumlayınız. 3. Tablo-2 üzerinden elde ettiğiniz verilere göre çizdiğiniz Tan (θ) (1/d) grafiğini yorumlayınız. 4. Akım terazisi bize deney düzeneği-2 de neyi kanıtlamaktadır. Hem teorik bilgileriniz ile hem de deneysel sonuçlarınız ile karşılaştırarak yorumlayınız. 5. Manyetik alanı ve manyetik kuvveti deney düzeneği-2 üzerinde çizerek gösteriniz. 74

75 DENEY - VII RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 75

76 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 76

77 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 77

78 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 78

79 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deneyde ve Raporda Öğrenme Güçlüğü Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. Ayrıca Deney ile ilgili sorularınızı açıkça yazınız? 79

80 Deney VIII ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON: FARADAY ve LENZ YASASI Deneyin Amacı: Bu deneyin amacı manyetik etkileşim ya da diğer bir deyişle manyetik indükleme yoluyla kapalı bir devrede meydana gelen indüksiyon akımının nasıl ve hangi koşullarda oluştuğunu gözlemlemektir. Bu deneyde ayrıca Faraday ın İndüksiyon Yasası ile Lenz Yasası üzerinden elde edeceğiniz teorik ve deneysel veriler yoluyla elektromanyetik indüksiyon, indüksyon akımı, indüksiyon emk gibi kavramları öğrenmeniz amaçlanmıştır. Genel Bilgi: Bilindiği gibi önceki deneyler arasında akım geçen düz bir telin etrafında B manyetik alanı meydana getirdiğini gözlemlemiştik (Denklem 1.1.). Bu deneyde ise kapalı bir devrede güç kaynağı olmamasına rağmen manyetik bir etkileşim sonucu bir akımın oluşup oluşamayacağına yani devrede bir akımın indüklenebilme durumuna cevap aranmaktadır. B = μ 0.I 2π.R (1.1) Daha önceki deneylerimize dayanarak akım ile manyetik alan arasında gözlemlediğimiz doğrusal bir ilişkide (I) akımı geçen bir tel etrafında (B) manyetik alanının oluştuğu gözlenmişti. Bu doğrusal ilişki akla hemen tersinin olup olamayacağı sorusunu da beraberinde getirmektedir. Bu sorgulamaya cevap olarak Micheal Faraday kendi adıyla anılan Faraday Kanununu ortaya koymuştur (Denklem 1.3.). Faraday Yasası zamanla değişen bir manyetik akının kapalı bir devre üzerinde indüklenen akım meydana getirdiğini ispatlamıştır. N sarımlı bir bobin üzerinde indüklenen emk için İndüksiyon Emk değeri denklem (1.4.) üzerinde gösterilmiştir. φ = B. da = B. A. cosθ (1.2.) ε = dφ B dt ε = N.dφ B dt (1.3.) (1.4.) Şekil 1: Bir Alandan geçen Manyetik Akı (φ) 80

81 Faraday Yasasına göre denklem (1.3.) ile (1.4.) teki matematiksel ifadelere göre indüksiyon emk ve indüksiyon akımının oluşumu zamanla değişen manyetik akının bir ölçüsü olduğunu ifade eder. Matematiksel bir dilde İndüksiyon emk değeri Manyetik akının zaman göre türevine eşdeğerdir. Lenz Yasasına göre ise oluşan indüksiyon akımının yönünü belirleyen faktörler önem kazanmakta ve Faraday Yasasının bu yöndeki eksikliğine açılık getirmektedir. Lenz Yasası manyetik akı değişimine zıt yönde bir indüksiyon akımı indükler. Söz gelimi devre üzerinde manyetik akıyı artıracak bir etki uygulanırsa Lenz Yasası gereği devredeki manyetik akıyı azaltacak bir tepkiyle cevap verebilecek yönde bir indüksiyon akımı ve indüksiyon emk üretir. Tersinde yine devre üzerinde manyetik akıyı azaltacak bir etki uygulanırsa Lenz Yasası gereği devrede manyetik akıyı azaltacak bir tepkiyle cevap verebilecek yönde bir indüksiyon akımı ve indüksiyon emk üretir. Bu yönüyle Lenz Yasası Faraday Yasasına negatif işaret ekleyerek indüksiyon emk ve indüksiyon akım yönünü bilimsel olarak düzeltmiş oluyor. Deneyin Yapılışı: Deneyde Kullanılan Başlıca Araç Gereçler Şunlardır: N Sarımlı bir Bobin, Çeşitli Mıknatıslar, Galvanometre veya MiliAmpermetre, Bağlantı Kabloları Sola Doğru (1) Yönü Sağa Doğru (2) Yönü Yandaki Şekillerde görüldüğü gibi N Sarımlı bir Bobinin iki ucuna bağlantı kablolarını bağlayınız. Kabloların diğer uçlarını ise galvonometre veya miliampermetreye bağlayınız. Ardından Mıknatısı Bobinin orta eksenine gelecek biçimde sola (1) yönü veya sağa (2) yönünde hareket ettiriniz. Daha sonra aşağıdaki Tablo-1 ve Tablo-2 görülen deneydeki örnek olay koşullarına ilişkin yönergeleri izleyerek deney düzenekleri üzerindeki ölçüm ve gözlemlerinizi doldurunuz. de Şekil-2: Elektromanyetik İndüksiyon Deney Düzeneği 81

82 Tablo-1: Faraday Yasası Deneyinden Elde Edilen Veriler Tablosu Deneyde Gözlenebilecek Örnek Olay Koşulları Bobine 1 Yönünde Mıknatısı Yaklaştırırken Bobine 2 Yönünde Mıknatıs Uzaklaşırken Mıknatısa 1 Yönünde Bobini Yaklaştırken Mıknatısa 2 Yönünde Bobini Yaklaştırken Mıknatıs ve Bobini Farklı Açılarda Yaklaştırırken Mıknatıs Kutuplarını Ters Çevirip Yaklaştırırken Mıknatısın farklı hızlarda ileri geri hareketiyle (sabit hız, ivmeli, durgun) İndüklenen Akım Değeri Zamana Bağlı Değişim İndüksiyon EMK değeri Gözlem Bulgularınız** ** Mıknatısın B değeri için size verilen veya bilinen bir değer kullanmanız önerilmektedir. Tablo-2: Lenz Yasası Deneyinden Elde Edilen Veriler Tablosu Örnek Olay Koşulları İndüklenen Akım Miktarı İndüklenen Akım Yönü Mıknatısın Manyetik Akı Büyüklüğü, Yönü* İndüklenen Akının Büyüklük ve Yönü* 1 Yönünde Mıknatısı Yaklaştırırken 2 Yönünde Mıknatıs Uzaklaşırken 1 Yönünde Bobini Yaklaştırken 2 Yönünde Bobini Yaklaştırken Mıknatıs Kutuplarını Ters Çevirip Yaklaştırırken Bobin Uçları Zıt yöne döndürülünce * Mıknatısın B değeri için size verilen veya bilinen bir değer kullanmanız önerilmektedir. Gözlem ve Bulgular 82

83 Değerlendirme Soruları 1. Doğru Akım üreten devreler ile İndüksiyon Akımı üreten devreleri formülleri ile birlikte açıklayarak tanımlayınız. 2. a) Deneyde İndüksiyon emk oluşumu hangi fizik kavramlarına nasıl bağlıdır? b) İndüksiyon Emk büyüklüğünü artıran ve azaltan etkileri deneyden elde ettiğiniz ölçümler ve gözlemlere dayalı olarak nasıl kanıtlarsınız? 3. Faraday Yasasında yer alan fizik kavramlarını deney düzeneği üzerinde vektörel gösterimleriyle birlikte çizerek gösteriniz. Çizimlerinizi açıklamalarla destekleyiniz. 4. a) Tablo1 ve 2 için İndüsiyon Akımı ile İndüksiyon Emk grafiklerini çizerek yorumlayınız.. b) Gözlemlerinizden yola çıkarak Manyetik Akı değişimi ile indüksiyon akımı grafiğini çizerek yorumlayınız. 5. Lenz Yasasına göre deney düzeneğinde elde ettiğiniz ölçümler ve gözlemlerden çıkardığınız sonuçlar nelerdir? 6. Faraday ın İndüksiyon Yasasının günlük yaşam ve teknolojideki ideal uygulamalarına örnekler veriniz? Seçtiğiniz örnek bir model üzerinde Faraday Yasasını teorik bilgilerinizle destekleyerek yasanın pratikteki uygulamasını açıklayınız. Açıklamalarınızı model üzerinde çizerek gösteriniz. 7. a) Faraday Yasası ile Lenz Yasasının birbiri ile ortak ve farklı yönlerini formüllerden ve deneysel verilerinizden yola çıkarak açılayınız? b) Faraday Yasası ile Lenz Yasasının işleyişini yukarıda seçtiğiniz örnek üzerinde bilimsel olarak açıklayınız? 83

84 DENEY - VIII RAPORU 1- Deneyin Adı: 2- Deneyde Ulaştığınız Genel ve Alt Amaçlar: Deneyde Ulaştığınız Genel Amaç: Deneyde Ulaştığınız Alt Amaçlar (Hedefler/Kazanımlar): Not: Maddeler halinde belirtiniz. 3- Deneyde Kullandığınız Teorik Bilgiler ve Deneydeki İşlevleri: 84

85 4- Deneyin Yapılışı ve Her Adımdaki Gözlemleriniz: 5- Deneysel Verilerin Toplanması ve Kaydedilmesi: 85

86 6- Deneysel Verilerin Analizi, Sunumu ve Hesaplamalar: (Verilerin analizi; gözlemler, hesaplamalar, grafik ve tabloların yorumlanması vb.) 86

87 7- Deney Sonuçları ve Yorumu: Not: Deneyde ulaştığınız genel sonuçları ve yorumlarınızı değerlendirdikten sonra aşağıdaki maddeleri de cevaplayınız. (a) Deneyde Ulaştığınız Genel Sonuçlar ve Yorumu: (b) Deneyin İşlemsel Sonuçları ve Yorumu: (c) Deneyden Öğrendiğiniz Kavramsal Sonuçları ve Yorumu: (d) Teorik ve Deneysel Değerlerin Karşılaştırılması ve Yorumu: (e) Deneyde Olası Hata Kaynakları ve Yorumu: 87

88 8- Değerlendirme Sorularının Cevaplandırılması: 9- Deneyde ve Raporda Öğrenme Güçlüğü Çektiğiniz Durumlar Nelerdir? Açıkça Belirtin. Ayrıca Deney ile ilgili sorularınızı açıkça yazınız? 88

89 Deney IX ELEKTROMANYETİZMA UYGULAMALARI Deneyin Amacı: Bu son deneylerde elektromanyetizma konularında belli başlı kavram, prensip ve kanunların günlük yaşamdaki belli başlı prototip örneklerini veya basit modellerini uygulamalı olarak keşfetmeniz amaçlanmıştır. Dolayısıyla deneylerde elektromanyetizma uygulamaları ile teorik ilişkilendirme yapmanızbeklenmektedir. Bu bağlamda aşağıda verilen her bir deney düzeneğini kurarak deneye ilişkin sorulara cevap veriniz. Deney Düzeneği-1: Elektrik Zili 1) Elektrik Zili düzeneğini çalışır vaziyete getirene kadar gözlem notlarınızı detaylarıyla yazınız. Nerelerde hata yapmış olabileceğinizi grup arkadaşarınızla tartışarak açıklayınız? 2) Zilin verimli çalışabilmesi için deney düzeneğinde hangi değişkenler dikkate alınmalı? Neden? 3) Zilin birim zaman diliminde veya belli bir zaman aralığında titreşim sayısı hakkında ne söyleyebiliriz? 4) Zilin çalışma prensibini bilimsel olarak açıklayınız. Deney Düzeneği-2: Elektrik Motoru Modeli 1) Deney düzeneğini çalışır vaziyete getirene kadar gözlem notlarınızı detaylarıyla yazınız. Nerelerde hata yapmış olabileceğinizi grup arkadaşarınızla tartışarak açıklayınız? 2) Elektrik motorunun en verimli çalışma durumu için deney düzeneğinde neler dikkate alınmalı? 3) Mıknatısın kutupları ve şiddetinin rolü nedir açıklayınız. 4) DC/AC akım uygulandığında neler gözlüyorsunuz? 89

90 5) Elektrik çalışma prensibini hangi fizik kanunlarıyla nasıl açıklarsınız? 6) Dönen elektrik motorundan tekrar elektrik elde edebilir miyiz? Nasıl? Deney Düzeneği-3: Basit Telgraf Modeli 1) Deney düzeneğini çalışır vaziyete getirene kadar gözlem notlarınızı detaylarıyla yazınız. Nerelerde hata yapmış olabileceğinizi grup arkadaşarınızla tartışarak açıklayınız? 2) Telgrafın en verimli çalışma durumu için deney düzeneğinde neler dikkate alınmalı? 3) Telgrafın çalışma prensibini hangi fizik kanunlarıyla nasıl açıklarsınız? 4) Basit bir telgraf kuracak olsaydınız adım adım neler yapardınız? Her adımda başvuracağınız fiziğe ilişkin bilgi kanunlar neler olurdu detaylarıyla açıkayınız? Deney Düzeneği-4: İndüksiyon Bobini 1) İndüksiyon bobininden kıvılcım çıkana kadar gözlem notlarınızı yazınız. 2) Kıvılcım neden kaynaklanmaktadır açıklayınız? 3) Deneyde indüksiyon ve indüksiyon bobini kavramlarından ne anladığınızı sebepleriyle açıklayarak yazınız? 4) Bobinin sarım sayısı, uygulanan V ve akım değerleri sonuçları nasıl etkiler açıklayınız? 5) İndüksiyon bobininin çalışma prensibini açıklayınız? 90