BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. SAÜ Fen Edebiyat Fakültesi. Fizik Bölümü

Transkript

1 BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ SAÜ Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü 1

2 BÖLÜM 5 AKIM, DİRENÇ VE ELEKTROMOTOR KUVVET 2

3 İÇERİK Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Elektriksel İletkenlik İçin Bir Model Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Elektromotor Kuvvet 3

4 Bu bölümde elektrik yüklerinin hareket halinde olduğu durumları inceleyeceğiz. Yüklerin uzayın herhangi bir bölgesine doğru akış hızını yani akımı tanıtacağız. Akımın mikroskopik tanımında, iletkenlerde yük akışını zorlaştıran bazı elementlerden, yani dirençlerden bahsedilecek. 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 Çeşitli Maddelerin Özdirenci ve Özdirencin Sıcaklık Katsayıları a Bütün değerler 20 o C dedir. b Nikel-Krom alaşımı, ısıtma elemanlarında yaygın olarak kullanılr Madde Özdirenç a Sıcaklık Katsayısı (Gümüş) (Bakır) 15

16 16

17 Eğim Şekil 2. (a) Omik bir malzeme için akım voltaj eğrisi. Eğri, lineer (doğrusal) dir ve eğim, iletkenin direncini verir. (b) Yarı iletken bir diyot için, doğrusal olmayan akım-voltaj eğrisi. Bu aygıt ohm kanununa uymaz. 17

18 (a) (b) 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 (a) (b) 24

25 25

26 26

27 Sorular 1) Bir telde akım yoğunluğu J= 4.4x107 A/m 2 iken, birbirinden 75 cm uzakta bulunan iki noktanın potansiyel farkı V tur. (a) Teldeki E nin büyüklüğü nedir? (b) Telin yapılmış olduğu malzemenin özdirenci nedir? E V ab / d J E E / V / d V d.j 2) Akım taşıyan bir altın telin çapı 0.8 mm dir. Teldeki elektrik alan 0.5 V/m dir. (a) Telin taşıdığı akım nedir? (b) Telde aralarında 6.5 m olan iki nokta arasındaki potansiyel farkı nedir? (c) Bu telin 6.5 m sinin direnci nedir? (Not: Altının özdirenci ρ=2.44x10-8ωm dir) J E I A I E.A V ab E. 3) Oda sıcaklığında yapılan bir deneyde 3.26 mm çapında bir tel 0.82 A lik akım taşımaktadır. Teldeki elektrik alanının büyüklüğünü, telin (a) Bakır ve (b) Altın olması şıkları için hesaplayınız (Not: Bakır için ρ=1.72x10-8 Ωm ve altın için ρ=2.44x10-8ωm dur) R A J E I A E I. A 27

28 4) 5) 6) 28

29 7) 8) 9) 10) 29

30 30

31 31

32 ÖRNEK: Bir elektrik ısıtıcısında Güç Bir elektrik ısıtıcısı, toplam direnci 8 Ω olan bir nikrom telden yapılmış ve uçları arasına 120 V luk bir potansiyel farkı uygulanmıştır. Telin taşıdığı akımı ve ısıtıcının çektiği gücü bulunuz. ÖRNEK: Bir ışık ampülü 120 V / 75 W da çalıştırılmaktadır. Yani, çalıştırılma potansiyeli 120 V luk bir doğru akım güç kaynağıyla beslenmektedir. Ampüldeki akımı ve ampülün direncini bulunuz. P P I.V I V V 120V I 0,625A 75W 120V R 192 0,625A 32

33 ÖRNEK: Elektriğin kilowatt-saat i 1 TL ise, 100 W lık bir ampülün 24 saat süreyle yakılmasının bedeli ne kadardır? Şayet enerjinin kilowatt saati başına 1 TL ödenmişse (günlük) bedel Bedel Enerji (0,10kW)(24sa.) (2,4kWsa).(1TL/ kwsa) 2,4kWsa 2,4TL 33

34 34

35 35

36 ÖRNEK: Bir batarya, 12 V luk emk ve 0.05 Ω luk iç dirence sahiptir. Bataryanın uçları 3 Ω luk bir yük direncine bağlanıyor. (a) devredeki akımı ve bataryanın çıkış voltajını bulunuz. (b) Yük direncinde ve bataryanın iç direncinde harcanan gücü hesap ediniz. Batarya tarafından sağlanan güç ne kadardır? 36

37 Örnek: Bir ideal bir ampermetre bir pile şekildeki gibi bağlanmıştır. (a) Ampermetrenin okuduğu değer nedir? (b) 4 Ω luk rezistörden geçen akım nedir? (c) Pilin terminal voltajı nedir? I =E/r I = (10.0 V)/(2.00 Ω) = 5.00 A. (b) The zero-resistance ammeter is in parallel with the 4.00-Ω resistor, so all the current goes through the ammeter. If no current goes through the 4.00-Ω resistor, the potential drop across it must be zero. (c) The terminal voltage is zero since there is no potential drop across the ammeter. 37

38 Sorular 1) Şekildeki devreyi ele alalım. 24 V luk pilin terminal voltajı 21.2 V tur. (a) Pilin iç direnci r nedir? (b) Devrenin R direnci nedir? 2) Şekildeki devre anahtarı S açık olduğunda, pildeki voltmetre V nin okuduğu değer 3.08 V tur. Anahtar kapalı olduğunda, bu değer 2.97 V ye düşmektedir ve ampermetre de 1.65 A yı göstermektedir. Pilin emk ve iç direncini, devre direnci R yi bulunuz. Her iki ölçerin de ideal olduğunu varsayın ki devreyi etkilemesinler. 38

39 3) Şekildeki devrede bulunan 5 Ω luk direnç, direnci bilinmeyen yeni bir direnç R ile değiştirdiğimiz zaman b ve c noktaları arasına yerleştirilmiş bir ideal voltmetrenin okuduğu değer 1.9 V tur. (a) Devredeki akımı ve (b) devredeki R yi bulunuz. (c) Bu devredeki potansiyel çıkış ve düşüşlerin grafiğini çiziniz. 39

40 4) 40

41 5) 41

42 6) Şekilde çapı düzgün olmayan dairesel bir iletkenin bir kısmı gösterilmektedir. İletken 5 A lik akım taşımaktadır. A 1 dik kesitinin yarıçapı 0,4 cm dir. (a) A 1 deki akım yoğunluğunun büyüklüğü ne kadardır? (b) A 2 deki akım yoğunluğu A 1 dekinin dörtte biri ise, iletkenin A 2 deki yarıçapı ne kadardır? Çözüm: a) J 1 I A 1 I r ,14(0, ) 2 b) J 1 9, A/m J 2 I A J A I A 2 = 4A 1 r r1 r 2 = 2r 1 r 2 = 0,8 cm 7) Nikron telin bir parçası başlangıçta 20 C dedir. Direncini iki katına çıkaracak olan sıcaklığı hesaplayınız. = 0, C