Simeon Ge oski Simeon Ge oski Ferdinand Nonkulovski Ferdinand Nonkulovski S e k i z i n c i s n f Sekiz y ll k ilkö r Sekiz y ll k ilkö retim etim

Transkript

1 Simeon Geoski Ferdinand Nonkulovski Sekizinci snf Sekiz yllk ilköretim

2 Düzenleyen: Prof. d-r Nevenka Andonovska Valentina Popovska, Prof. Gorgi lievski, öretmen Lektör: Emiliya Veliçkova lustratör: Boban Avramovski Makedonca'dan Türkçe'ye çeviri: Aybeyan Selim aban abani Dil redaksiyonu: Dr. Fatima Hocin Doc. Dr. Fadil Hoca Lektör: Feyhan Ruid Bilgisayar tasarm ve dizayn: Boban Avramovski Dimçe Geoski Milço Avramoski Düzelten: Yazarlar Yaync: Makedonya Cumhuriyeti Eitim ve bilim bakanl Bask: Üsküp Dooel Gra k merkezi Tiraj: 700 Makedonya Cumhuriyeti Eitim ve bilim bakanl'nn tarihli sayl kararyla bu ktabn kullanlmasna izin verilmitir. CIP -., :53(075.2)=163.3, : : /,. - :, :. ; 28,, :. 158 ISBN , [] COBISS.MK-ID

3 ÇNDEKLER ELEKTRK VE MANYETK OLAYLAR 5 TTREMLER VE DALGALAR. SES 87 IIK OLAYLARI 107 ATOM VE NÜKLEER FZK 143 ÖDEVLERN ÇÖZÜMLER 157 BÜYÜKLÜKLER, BRMLER, KAVRAMLAR 158

4 SEVGL ÖRENCLER! Sekiz yllk ilköretim okullarnn VIII. snfna, ya da dokuz yllk ilköretim okullarnn IX. snfna ait ve yeni müfredat programna göre hazrlanm olan Fizik ders kitab sizin huzurunuza sunulmutur. Bu ders kitabnda, hakknda kstl bilgilere sahip olduunuz zik konular ele alnp ilenmitir. Bu konular elektrik, manyetizma, titreimli ve dalgasal hareket, ses, k ve atom ziinin bir bölümünü içeren konulardan olumaktadr. Bu ders kitab, örenciyi tevik eden, soru sormaya ve düünceye sevk eden ve bunlar yaparken deiik çizimler, resimlerle hazrlanm problem ödevleri ve durumlar ile desteklenmek suretiyle, ahsi hareket ve enstrümanlarla sizin ilerlemenizi ve geliiminizi salayacak ekilde tasarlanmtr. Bu ders kitab, interaktif öretim yöntemi dorultusunda bir tasaryla hazrlanm olup, özellikle düünerek ve denemelerde bulunarak, usul ve esaslarn kefedilmesini gerektiren faaliyetlere özel önem verilmitir. Fiziksel içerikler, nereden geldikleri belli olmayan gerçekler ve tanmlar kümesi olarak verilmemitir. Bilakis, bu bilgilere ulamak için geçilen süreçlerin sergilenmesine ve örencilerin bu sürece aktif olarak katlmas için imkân salanmaya çallmtr. Bu yüzden, bu ders kitab, daha ilginç ve uyulabilir koullar önerecek ekilde düzenlenmitir. Sizden beklenen ey, bu meselelerin çözüm sürecine aktif olarak katlmanzdr. Bu ekilde, zik konusundaki bilgilerinizin oluturulmas ve benimsenmesinde dorudan katkda bulunmu olacaksnz. ster grup halinde, ister bireysel olsun, deiik giriimlerde bulunmak suretiyle, derslerin organizatörü ve yönlendiricisi olarak öretmenle aktif ibirlii içinde olmak gerekmektedir. Aratrma srasnda, gözlemleyecek, ölçecek, öngörecek, düünecek ve sorularnza cevap bulacaksnz. Elde edilen sonuçlarn doruluu, yeni giriimlerle kontrol edilecektir. Bu ekilde elde edilen bilgiler daha kaliteli ve daha uzun süreli olmasna ramen siz bu yöntem sayesinde ksa zamanda ilerleyeceksiniz. Her konu bütünlüü sonunda, elde ettiiniz bilgiler dorultusunda çözebileceiniz veya cevaplayabileceiniz test eklinde sorular ve ödevler verilmitir. Bu ders kitabnn müellieri, bu konsepsiyon araclyla, sizin merak ve hayallerinizi tevik etmeyi amaçlamlardr. Bu ekilde, zik konusunda bilgi edinmenin yan sra, yaratc yeteneklerinizi ve bunlarn uygulanma tekniklerini gelitirmi olacaksnz. Örenme srasnda, belirli içeriklerin konular hakknda bilgi sahibi olduktan sonra, belki ondan sonra aratrma yapma istei meydana gelecek ve grup halinde ya da bireysel olarak baz projeler seçip bunun üzerinde çalma yapacaksnz. Bu durumda, öretmeninizden tavsiye ve yardm isteyiniz. Üsküp, Müellifler

5 ELEKTRK VE MANYETK OLAYLAR Elektrik yükleri ve bunlarn karlkl etkileimi Elektronlar, iyonlar ve elektrik Elektrik. letkenler, yaltkanlar ve yariletkenler Elektrik devresi ve unsurlar Elektik akmnn etkileri Elektrik gerilimi Elektrik direnci Om kanunu 6 Elektrik akmnn ii ve gücü Elektrik okunun tehlikeleri ve korunma Mknatslar ve manyetik alan Elektriin mknatslk etkisi Elektrik akmnn geçtii iletkene mknats alannn etkisi Elektromanyetik indüksiyon Alternatif akm elde etme. Jeneratör Transformatörler Harcayclarn elektrik devresine balanmas Elektik sas. Kondansatörler 33 Yariletkenler Yariletken cihazlar 82

6 Elektrik yükleri ve bunlarn karlkl etkileimi Ykanp kurutulan saçnz plastik tarakla taradnzda neler fark edeceksiniz? Saçlarn taraa doru hareket ettiini göreceksiniz. Ayn tara, ufak kât parçacklarna yaklatrm olursak, kât parçacklarnn taraa doru yükseldiini, sonra itildiini görürüz. (resim. 1.1 ve resim. 1.2). Deneyelim: Temiz bir bezi bir balona sürtün. Sonra bu balonu duvara yanatrn veya saçlarnzn üzerine koyun. Neler fark edeceksiniz? (resim ve resim. 1.4). Balonu silkelemek suretiyle statik enerji elde etmi oluyoruz. Bu statik enerji sayesinde balon duvara yapr veya, saç gibi haf cisimleri kendine doru çeker. Resim. 1.1 Resim deney: Yünlü kumala plastik bir tara sürtün ve 1.5slika 1.5 a) resminde gösterildii gibi ipe asn. Buna, yine yünlü kumala sürtünmü baka bir tarak yaklatrn ve olanlar izleyin. Taraklar birbirini itecektir. Resim. 1.3 Resim deney: Plastik tara yeniden yünlü bir kumala elektriklendirin ve 1.5.slika 1.5 b) resminde gösterildii gibi asn. Bu taraa, ipek kumala sürtünmü bir cam çubuk yaklatrn ve olanlar izleyin. Tarak ve cam çubuk birbirini çekecektir. Birinci ve ikinci deneyde görüldüü gibi, sürtünmek suretiyle maddelerin, birbirini itme veya çekme gibi ortak özellikler elde edebilecekleri sonucuna varabiliriz. Bu çekme veya itme özellii için Gilbert, elektrik ifadesini kullanmtr. Elektriin tayclar ve nedenlerine elektrik yükleri ad verilir çünkü bu elektrik, statik elektrik diye adlandrlan göreceli bir durgunluk içindedir. a) b) Resim

7 3. deney: Merkezi su ebekesine bal olan musluu, ince su aknts çkacak ekilde açn (resim 1.6.). Bir polivinil plastik çubuu yünlü kumaa sürterek su akntsna yaklatrn. Elektriklenmi plastik çubuk ile ince su aknts arasnda ortak bir eylem meydana geldii ve bu yüzden ince su akntsnn yön deitirdii görülecektir. Bu ortak eylem, plastik çubuktaki statik elektriklenme ve hareket halinde olan suyun elektriklenmesi arasnda meydana gelir. Ne düünüyorsunuz: Kütleler sadece sürtünme ile mi elektriklenebilir? Hayr. Elektrik, dokunma veya elektrik inüensi denen yöntemlerle de meydana gelebilir. Resim. 1.6 Pozitif ve negatif elektrik pek kumala sürtünmü olan cam çubuun pozitif elektrik ile yüklendii, yünlü kumala sürtünmü olan plastik çubuun ise, negatif elektrikle yüklendii kabul edilmitir (resim. 1.7). a) sürtünmeden önce b) sürtünme srasnda c) sürtünmeden sonra Resim. 1.7 Unutmayalm: Sürtünme srasnda, cisimlerin hangi malzemeden yaplm olduklar önemlidir. Polivinil plastik çubuu yün bezle sürttüümüzde neler olmaktadr? Polivinil plastik çubuu yünlü kumala sürttüümüzde, kumataki elektronlarn bir ksm çubua geçmi olur ve daha çok negatif elektrie sahip olmas nedeniyle, bunun negatif elektriklenme olduu ifade edilir. Yünlü kuma ise, negatif elektriin bir ksmn kaybettiinden pozitif elektrik ile yüklü olduu ifade edilir. Dokunma ile elektriklenme Elektriklenmemi bir elektroskopa (resim 1.8 ve resim.slika ) (negatif veya pozitif yüklü) elektriklenmi bir çubuk yaklatrm olursak, elektroskopun yapraklarnn açldn göreceiz. Bu ise, elektroskopun her iki yaprann, çubuun elektriiyle yüklenmi olduunu göstermektedir. Resim. 1.8 Resim

8 Elektriklenmi cisimlerin karlkl etkileimi Elektriklenmi cisimlerin karlkl etkileimini tespit etmek için aadaki deneyi gözlemleyeceiz. Pozitif elektrikle yüklenmi iki cam çubuk alyor (resim. 1.10) ve birbirine yaklatryoruz. Çubuklar arasnda bir itme kuvveti meydana geldiini göreceiz. a) cam çubuk cam çubuk plastik çubuk b) Pozitif elektrikle yüklenmi bir cam çubuk ve negatif elektriksel yüklenmi bir plastik çubuk alarak birbirlerine yaklatryoruz (resim b). Farkl elektrikle yüklenmi olan cisimlerin arasnda çekme kuvveti meydana geldiini göreceiz. itme kuvveti Resim çekim kuvveti Bu deneylerden u sonuç çkmaktadr: Ayn cins elektrikle yüklenmi olan cisimler birbirini itmekte, farkl cins elektrikle yüklenmi olan cisimler ise birbirini çekmektedir. Elektriklenmi cisimlerin karlkl etkileimi belirli bir alanda meydana gelmektedir. Bu alana elektrik alan denmektedir. Elektrik alan, aadaki 1.11 a) ve 1.11 b) resimlerinde gösterildii gibi, grak olarak elektrik kuvvet çizgileriyle temsil edilmektedirler. a) Resim b) Elektrik kuvvet çizgileri, elektrik alann ve onun güç, yön ve istikamet gibi özelliklerini temsili olarak göstermektedir. Elektrik kuvvet çizgilerinin pozitif elektrik yükünden çkp negatif elektrik yüküne doru ak eklinde gösterilmesi ortak kabul görmütür e resminde, iki farkl elektrik yükü (resim 1.11 a) ile iki ayn elektrik yükü (resim 1.11 b) arasndaki elektrik alannn çizimi gösterilmektedir. Elektriklenmi cisimler söz konusu olduunda, elektrik kuvvet çizgileri, pozitif elektrikli cismin yüzeyinden çkp, negatif elektrikli cismin yüzeyinde son bulmaktadr. Bu yüzden, elektrik kuvvet çizgilerinin açk olduu ifade edilmektedir. Bu ise, elektriklenmi cisimlerin elektrikliinin, sadece onlarn kendi alanlarnda yaylm olduu gerçeini ortaya çkarmaktadr. Bir cam kavanoz içinde hintya ve susam veya afyon tohumu koyulduu takdirde, elektrik alann pratik olarak tespit etmek mümkündür. Elektrostatik elektrik kaynann kutuplarna bal iki telin bu cam kavanoz içine sokulmas suretiyle bu deney yaplabilir. 8

9 Elektroskop Bu cihaz sayesinde, elektrik yüklü cisimleri aratrabiliriz. Hangi cismin elektrik yükü bulundurduu ve bu cisimlerdeki elektrik yükünün miktarn tespit etmek mümkündür a) resimde bu cihazn ksmlarn görebilirsiniz. Pratik olarak deiik ekillerde elektroskoplar bulunmaktadr. Metal topuzun yerine, genelde metal bir plak taklmaktadr (resim b). Elektrik yüklü bir çubuu metal topuza dokundurduumuz zaman, cihazn yapra açlmaktadr. Bu yapran açl sebebini tahmin edebilir misin? Ayn cins elektrik yükleri birbirini itmektedir. Yapran açl miktar, aslnda cismin elektrik yük miktarn göstermektedir. T - Metal topuz - zolasyon (yaltkan) K - Küre Y - Yaprak Ç - Çubuk a) Resim b) Elektrik inüans a) Resim b) Elektrik yüklü olmayan bir elektroskopun yanna (resim. 1.13) elektrik yüklü bir çubuk yaklatrlrsa, onun elektrik alannn etkisiyle, kart elektrik yüklü cisimleri kendisine çekecek, ayn elektrik yükü ise itecektir. Bu durumda, elektriin ayrmas salanm olacaktr. Elektrik alannn etkisiyle nötral cisimlerde, elektrik yüklerinin ayrmas olayna elektrik inüans ad verilir. Elektroskopu kalc olarak elektrikle yüklemek istersek, metal topuzu parmamzla dokunmamz gerekmektedir. Bu dokunma srasnda cihazn (bu durumda negatif yüklü) elektriini kaldrm oluruz. Eer parmamz ve elektrik yüklü çubuu ayn anda çekmi olursak, elektroskop, kalc olarak elektrikle yüklü kalr. Elektrik inüans olayna doada çok sk rastlanmaktadr. Yeryüzünde birçok cismin, elektrik inüansnn etkisiyle, elektrik yüklü bulutlardan elektrikle yüklendikleri bilinmektedir. Dolaysyla bu olay, bulut ile yeryüzü arasnda elektrik boalm meydana gelerek, yldrm olarak adlandrdmz doa olay gerçeklemektedir. Inuentna masina Resim Bunun dnda, elektrik inüans olay, statik elektrik üreten makinelerde de kullanlmaktadr. Bu cihaz araclyla cisimler kolaylkla elektrikle yüklenmektedirler (resim.1.14). Bu cihazn çalma prensibi, elektrik inüans olayna dayanmaktadr. Bu yöntem ise udur: Bu cihaz, metal folya ile kaplanm ve radyal olarak yerletirilmi çift elektrikli iki plaktan ibarettir. 9

10 Ayn eksene yerletirilmi olan bu plaklar, ters yönde dönmektedirler. Kolektör taraklar yerletirilmi olan bu plaklarn biri pozitif, dieri negatif elektrik miktar yükünü toplamaktadr. Bu iki plak, metal çubuklarn uçlarna balanmtr. Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz 1. pek kumaa sürtünmü olan bir cam çubuunu, küçük kat parçalarna yaklatrm olursak neler olacak? 2. Hareket etmeyen elektrie ne ad verilir? 3. Hangi cisme elektrik yüklü cisim denir? 4. Cisimler ne ekilde elektrikle yüklenmektedir ve elektronlar nasl ulamaktadr? 5. Sürtünen cisim ve ilgili kuman farkl elektrik yüküne sahip olduklarn nasl ispat edebiliriz? 6. ki elektrik yüklü cismin ayn elektrik türüyle yüklenmi olduunu nasl ispat edebiliriz? 7. Aadaki resimlerden a) kkndaki resim doru ise, b) ve c) klar nasldr? a) b) c) Resim Metal topuz neden çubuu önce kendine çekmekte, daha sonra itmektedir? Resim

11 Elektronlar, iyonlar ve elektik Bu bölümde, deiik maddelerde elektrii tayan parçalar ele alacaz. Deneyelim: Metallerde elektrik tayclar; Elektrolitlerde elektrik tayclar ve gazlarda elektrik tayclar. Metallerde elektrik tayclar Metaller kristal bir yapya sahiptir ve atomlar düzgün alansal kafes eklinde dizilmilerdir (resim 2.1). Her atom bir veya daha fazla elektron serbest brakabilir ve bu elektronlar bu kafes içinde her yöne snrsz olarak dolaabilirler. Metallerdeki pozitif iyonlar, elektronlar gibi hareketli deildir, fakat kendi aralarnda baldr ve metaldeki yerlerine sabitlenmitir. yonlar, sadece dengesel durum olarak adlandrabileceimiz kendi yerlerinde titreebilirler. Pozitif iyonlar metal içinde hareket edemedikleri için, onlar elektriin tayclar olamazlar. Metallerdeki kristal kafesi, daha basit bir ekilde, (resim. 2.2) de gösterildii gibi mekanik modelle karlatrabiliriz. Bu modele göre iyonlar, birbirlerine elastik yayla balanm olan topçuklara benzetilebilir. Buna karlk, atomlardan serbest kalm olan elektronlar, kristal kafesin olumas srasnda belirli bir atoma bal deildir. Bu elektronlar, kristal kafesteki pozitif iyonlar arasnda, bir gaz gibi her tarafa kaotik bir hareket halindedirler. Metallerdeki bu elektronlar, serbest elektronlar olarak adlandrlr. Serbest elektronlar hareketlidir ve metalin her boyutuna hareket edebilirler (resim. 2.3). Bir metal cisim, mesela bir tel, farkl elektrik miktarl yüklerinin elektrik alan arasna girerse, o zaman serbest elektronlar, elektrik alannn etkisiyle elektriklenmi cismin pozitif tarafna doru hareket etmeye balar. Elektrik yüklerinin (elektronlarn), elektrik alan içindeki yönlendirilmi hareketine elektrik denir. Metallerde elektrik tayclar elektronlardr. Elektronlar e har ile iaret edilmektedir, bu elektrik miktarnn en küçük olduu kabul edilmektedir ve temel elektrik yükü olarak adlandrlr. Resim. 2.1 metallerde kristal ebekenin modeli Resim. 2.2 hareketsiz iyonlar serbest elektronlar Resim. 2.3 Resim

12 Temel elektrik yükünün elektrik miktar çok küçük olduu için, elektrik yükü için kulon denen daha büyük bir ölçü birimi kullanlmaktadr (1 C). Bu iki ölçü birimi arasndaki oran öyledir: 1 C = e e- Dorusu: 1 e- = 0, C = 1, C Kulon ölçü birimi u ekilde tarif edilebilir: Bir kulon (1 C); 6,24 trilyon temel elektrik yükü miktar (6, ) içeren elektrik miktardr. Elektrolitlerde elektrik tayclar Suda eritildii zaman, bir maddenin pozitif ve negatif iyonlara parçalanmas srasnda elektrolit olay meydana gelir. Deneyelim: Bir kabn içinde bulunan temiz suya, pilin pozitif ve negatif kutuplarna balanm elektrolitler soktuumuzda ve bu devreye bir ampül baladmzda neler olmaktadr (resim. 2.5). Resim. 2.5 Kapta sadece su bulunduu zaman, ampülün yanmadn görürüz. Ayn kaptaki suyun içine bakr sülfat eklediimizde, belli bir zamandan sonra ampülün yanmaya baladn görürüz. Peki, su dolu kapta ne olmutur? Temiz suya tuz, baz veya asit konduunda, elektrolitik çözülme denen olay meydana gelmektedir. Bu demektir ki, tuz, baz veya asitler bu durumda kendi bileenlerine ayrmaktadrlar. Bakr sülfat söz konusu olduu zaman bu bileik, pozitif yüklü olan bakr iyonu ve negatif yüklü SO4 gurubuna ayrmaktadr (resim. 2.6). Bazlarn, tuzlarn ve asitlerin ayrt parçacklara iyonlar denir. Suyun gerçekletirdii bu sürece elektrolitik ayrma denir. Elektrik alann etkisiyle bakrn pozitif yüklü iyonlar negatif Resim. 2.6 yüklü elektroda, SO4 gurubu negatif yüklü iyonlar ise pozitif yüklü elektroda doru hareket etmektedir. Bu durumda, bakrn pozitif yüklü iyonlar ve SO4 gurubu negatif yüklü iyonlar, elektrolitteki elektriin tayclardr ve bundan öyle bir sonuç çkarlabilir: Elektrolitlerde elektrik tayclar, iyonlardr. Negatif elektrolite katot (K), pozitif elektrolite ise anot (A) denir. Gazlarda elektrik tayclar Genel olarak gazlarn neutral moleküllerden (pozitif ve negatif elektrik birbirine eittir) yaplm olduu bilinmektedir. Gazlarn elektrik tayclar yoktur. Bir gazda, hangi artlarda elektrik tayclar meydana getirebiliriz? 12

13 Aratralm: 2.8 resminde gösterildii ekilde bir deney yapalm. Elektriklenmi plaklar, elektriklenmemi bir elektrometreye balayalm. Elektrometrenin sayac hareket ediyor, demek ki plaklar elektriklemitir. Resim 2.8 plaklar arasna kvlcm yerletirirsek plaklarn elektriini kaybettiini göreceiz, yani elektrometrenin sayac tekrar sfra dönecektir. Resim. 2.7 Resim. 2.8 Elektrometrenin elektriinin kaybetmesinin nedeni kvlcm etkisiyle elektriklemi plaklar arasnda elektrik tayclarnn meydana gelmesidir. Demek ki, kvlcm etkisiyle gazlarda moleküllerin kaotik (düzensiz) hareketi artar ve herhangi bir elektron serbestlenir. Elektron kaybetmi molekül pozitif iyon gibi davranr. Demek ki, gazda pozitif iyonlar ve elektronlar meydana gelir. Gazlarda pozitif iyonlarn ve serbest elektronlarn meydana gelmesi olayna iyonlama denir. Röntgen nlar, uzay nlar, radyoaktif nlar v.s. gibi nlarla yaplan iyonlama kvlcm ile yaplan iyonlamadan çok daha büyük olacaktr. Resim 2.9 elektriklemi plaklar arasnda pozitif iyonlardan ve negatif elektronlardan bir sel olumaktadr. Bununla elektronlar pozitif yüklü elektroda, iyonlar negatif yüklü elektroda hareket etmektedirler. Gazlarda elektrik akm iletkenleri iyonlar ve elektronlardr. Laboratuar artlarnda elektrik yükü tayclar olumas resim 2.10 gösterilen deney ile yaplabilir. nuent makinenin pozitif yüklü topuna negatif yüklü topundan birkaç santimetre uzaklkta bulunan plasterinden topa bir çivi taklr. Resim. 2.9 Resim Elektriklemenin belli bir seviyesi için çividen topa doru bir k çktn göreceiz. Demek ki, elektriklemenin atlamas meydana gelmektedir. Bu durumda toplar arasndaki ksmda iyonlardan ve elektronlardan sel oluturan elektrik alan olumaktadr. Bu ekilde ksa vadeli büyük scaklk yanstan çok güçlü elektrik akm oluabilir. Resim Bu olay doada elektriklemi bulutlar ve yeryüzü arasnda olursa bu kvlcma yldrm denir. Bulut ve yeryüzü arasndaki kvlcmn boaltlmasna imek denir. 13

14 - + Resim Gazlarda elektriin iletimi olay, gazn kapal ve sadelemi olmas durumunda daha kolay elde edilebilir (resim 2.12). Camdan bir boruya sadelemi gaz koyulur ve elektrotlar yüksek gerilim üreten bir kaynaa balanr. Elektrotlar arasndaki güçlü elektrik alan yüzünden elektriklemi parçacklar ( elektronlar ve iyonlar) büyük enerjiye sahip olurlar ve bununla onlarn hareketi hzlanr. Bununla elektriklemi parçacklar ve neutral moleküller arasnda çok sayda yüzleme olur ve bu sayede çok sayda elektrik iletkenleri oluur. Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz 1. Metallerde ve gazlarda elektrik yükleri kimin etkisi altnda hareket ediyor? 2. Gazlarda elektrik akm iletkenleri hangileridir? 3. Temel elektrik yükü nedir? 4. Elektrik yükü ölçü birimi hangisidir? 5. Metallerde, elektrolitlerde ve gazlarda elektrik akm ileticilerini saynz? 14

15 Elektrik. letkenler, yaltkanlar ve yariletkenler Resimde metal çubuk yardmyla negatif elektriklemi ve bir elektriklememi elektroskop balanmas gösterilmitir. Ne fark ediyorsunuz? Elektriklemi parçacklar nasl hareket ediyor (hangi elektroskoptan hangisine)? Birinci ve ikinci elektroskopun yapraklarna ne olur? Resim. 3.1 Elektroskoplar aaç çubukla balanrsa ne olur? Resim. 3.2 Resim 3.1 de elektrik yükleri elektriklemi elektroskoptan elektriklememi elektroskopa hareket eder. Elektriklemi elektroskopun yapraklar belli bir derece için kapanr, elektriklememi elektroskopun yapraklar ise ayn derece için açlr. Elektroskoplar aaç çubuk ile balanrsa elektriklemi elektroskop elektrikli dieri ise elektriksiz kalr. (resim 3.2) Elektrik yüklerinin (en sk elektronlarn) bir yerden baka bir yere yönlü hareketine elektrik akm denir. Elektrik akmn ileten maddelere iletkenler, iletmeyenlere yaltkanlar denir. Fakat bu ikisi arasnda kesin bir snr çizilemez, bazlar baz durumlarda iletken baz durumlarda ise yaltkandr. Resim 3.3 te iletkenlerde serbest elektron says, resim 3.4 ise yaltkanlardaki elektron says gösterilmitir. yi iletkenler örnei olarak: gümü, bakr, alüminyum, altn, kömür v.s. verebiliriz. yi yaltkanlar örnei olarak: cam, lastik, plastik maddeler, polietilen v.s. verebiliriz. Resim. 3.3 Resim. 3.4 Yariletkenler özel davranan maddelerdir. Yariletkenler iyi iletkenler olan metaller ve izolatörler (yaltkanlar) arasnda bulunan maddelerdir. Düük scaklkta yariletkenler yaltkandr, yüksek scaklkta ise kötü iletkendir. Yariletkenlerde elektrik yükü tayclar çok azdr. Yariletkenlerin kristal a istee göre kendi kimyasal yapsna uyumlatrlmas önemlidir. Bunu silisyumun kristal yapsn inceleyen birkaç bilim adam farketmitir. Silisyumun kötü iletken olduu biliniyormu, fakat ona arsen metali katldnda daha iyi iletken olduu farkedilmi. Resim

16 Uygulanmada, yariletkenlerin bu özellii onlara büyük önem kazandrmaktadr. Yariletken örnei olarak: silisyum, germanyum, baz oksitler, sültler v.s. verebilir. Elektrik akm Yalnz ayn yönde hareket eden elektrik akmna tek yönlü elektrik akm, yönünü deitiren elektrik akmna ise deiken (alternatif) akm denir. Elektrik akmn belirleyen en önemli büyüklüü onun iddetidir. Elektrik akm iddeti I haryle iaret edilir. Elektrik akmnn iddeti iletkenin eksen kesitinden geçen S elektrik yüküyle doru orantl, iletkende geçme zamanyla ters orantldr. (resim 3.6), q ise = 1 C, t = 1 s, I = 1 A Resim. 3.6 Elektrik akm iddetini ölçen uluslar aras ölçü birimi 1 amper (A) dr. 1 kulonluk elektrik yükünün iletkenin eksen kesitinden 1 saniyede geçmesiyle elde edilen elektrik akmnn iddeti 1amperdir. Yukardaki bantdan: 16 Amperden daha büyük ve daha küçük ölçü birimleri unlardr: 1kA = 1000 A (1 kiloamper); 1MA = A (1 megaamper) 1mA = 0,001 A (1 miliamper); 1A = 0, A (1 mikroamper) Resim. 3.7 Elektrik akm iddeti ampermetreyle ölçülür (resim 3.7), ematik ifadeyle bir dairenin içine yazlm olan A haryle gösterilir. Resim 3.7 deki ampermetrenin ibresinin gösterdii elektrik akm iddeti ne kadardr? bre 0,2 amperi gösterir. Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz 1. Resim 3.8 ibre kaç amperi gösteriyor? 2. ki dakika için iletkenin eksen kesitinden 240 C elektrik yükü geçiyor. Elektrik akmn iddeti ne kadardr? 3. Aadakilerden hangisi dorudur? Metaller elektrik akm iletir, çünkü: a) serbest iyonlar vardr b) serbest elektronlar vardr Resim Elektrik akm iddeti üç amper olan iletkenin eksen kesitinden üç saniyede ne kadar elektrik yükü geçer? 5. Resim 3.9 elektrik yüklerinin hareketi gösterilmitir. Aadakilerden hangisi dorudur? a) Elektrik yükleri iletkenin yüzeyinde hareket eder; b) Elektrik yükleri iletkenin içinde hareket eder; c) Elektrik yükleri iletkenin tüm hacminde hareket eder. tel Resim. 3.9 A

17 Elektrik devresi ve unsurlar Hayatnzda hiç elektrik akmn gördünüz mü? Elektrik akm ne zaman ve nerede akar? Onu hangi özellikleriyle tanyorsunuz? Bu sorulara cevap arayalm. Bir batarya, iki iletken ve bir ampül aln. letkenlerle ampulü bataryaya balarsanz ampül k yapacaktr. (resim 4.1) Resim. 4.2 a) b) c) Resim. 4.1 Resim 4.1 a) da gibi bataryaya ampül iletkenlerle elektrik devresinde bal olduu için ampül k saçar. Resim 4.1 b) de olduu gibi bataryay devreden çkartrsak ampül k saçmayacaktr. Resim 4.1 c) de olduu gibi imdi ise iletkenleri devreden çkartrsak ampül k saçmayacaktr. Ampül sadece ondan elektrik akm geçtiinde yani bir kutuptan dier kutupa elektrik yükü tanmas durumunda k saçar. Resim 4.2 elektrik yüklerinin iletkenlerde tanmas çizim ile gösterilmitir. Gördüümüz gibi elektronlar kaynan bir kutupundan iletkenler yardmyla harcaycya, yine iletken yardmyla kaynaa ve kaynan içinde hareket etmektedirler. Resim 4.3 resim 4.1 deki deneyin ematik gösteriliidir. Slika 4.3 Elektrik akmn daha iyi açklamak için devre sözcüü alnmtr. Resim. 4.3 Elektrik devresi bir bütün olarak u ksmlardan olumaktadr: elektrik akm kayna ve kaynaa iletkenlerle bal harcayc. Elektrik devrenin elemanlar Elektrik devresinin temel elemanlar unlardr: - elektrik akm kayna - harcayc - iletkenler (resim 4.4) elektrik devre elemanlar Resim

18 Elektrik devresiyle daha güvenli çalmak için devreye anahtar, sigorta ve ölçü aletleri taklr. En sk kullanlan elektrik akm kaynaklar ise batarya, akümülatör ve elektrik santrallerindeki jeneratörlerdir. Elektrik akm kaynaklarnda skça mekanik enerji, kimyasal enerji veya baka bir tür enerji elektrik enerjisine dönüür. Harcayc olarak çok sayda aygtlar vardr, onlardan bazlar unlardr: ampül, televizyon, elektrikli soba, lokomotif v.s. letken olarak en sk alüminyum ve bakr telleri kullanlr. Elektrik akmnn yönü Elektrik akmn yönü resim 4.5 gösterilmitir. Resimde görüldüü gibi elektrik akmn yönü, kaynan pozitif kutupundan iletkenle harcaycya yine iletkenle kaynan negatif kutupuna dr. Bu yöne teknik yön denir. Bu eski zamanlara dayanmaktadr öyle ki o zamanlarda + iareti daha fazla anlamna gelirmi. Ayn resimde de elektronlarn hareketi de verilmitir ve bu yöne gerçek yön denir. Açk ve kapal devre Resim 4.6 ve 4.7 ampülün birisinde k saçtn dierinde k saçmadn görüyoruz. Bu neden böyledir? elektronlarn hareket yönü teknik yön Resim. 4.5 Resim 4.6 da devrede anahtar açktr 4.7 de ise kapal olduuna dikkat ediniz. Demek ki elektrik akm sadece devre kapal olduu durumda akar. Resim. 4.6 Resim. 4.7 UNUTMAYINIZ: Hiçbir zaman kapal devrenin bir paças olmaynz! Semboller ve iaretler letken bal teller anahtar ampül reosta sigorta 18 Resim. 4.8

19 Elektrik devrelerini çizmek için çok elemana ihtiyaç duyulduundan ve bu ilem için çok yer ve zaman gerektiinden çizimde genelde semboller ve iaretler kullanlmaktadr. Resim 4.9 da elektrik devrelerinde kullanlan baz aygtlarn ve kaynaklarn ematik gösterileri verilmitir. ampermetre voltmetre galvan batarya jeneratör elementi Resim. 4.9 Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz Resim Resim Resim 4.10 verilmi olan elektrik devresini sembollerle ( emayla) gösteriniz. 2. Bataryayla sadece bir iletken bal olduu durumunda ampül k saçar m? 3. kinci iletken ne ie yarar? 4. Kapal devrede k saçan ampülün k saçmamasnn nedeni ne olabilir? 5. Resim 4.11 k saçan ampül cep k cihaznda verilmitir. Elektrik yüklerinin hareketini sözlü açklaynz. 6. Hangi durumda ampül k saçmaz. Bu durumda elektrik devresine ne olmutur? 7. Birkaç elektrik akm kayna saynz. 19

20 Elektrik akmnn etkileri Elektrik akmn devredeki akmnn etkileri unlardr: s etkisi, k etkisi, kimyasal etkisi, mknats etkisi ve mekanik etkisi. Is etkisi Elektrik akm akt iletkenleri str. Bunun için çok sayda örnek vardr. Bu olay nasl açklayabiliriz? Baz kaynaklarda s etkisi, iletkeni oluturan elektrik yüklerinin çarpmas durumunda olumaktadr ki farkl faktörler göz önüne bulundurulduunda bu pek doru olduu kabul edilemez. Metallerde elektronlarn yönlü hareket esnasnda metali oluturan malzemenin iyonlaryla çarpp kendi enerjilerinden bir ksmn onlara verdikleri tezi kabul edilebilir. letkenin iç enerjisi arttndan iletkenin scakl artar, demek ki iletken snr. Hareketsiz metal iletkenlerde bütün elektrik akm tarafndan yaplan bütün i iletkenin iç enerjisini büyütmeyle olur. Farkl harcayclarda iç enerjinin büyümesi farkldr. Deneyelim: Elektrik akmn s etkisini incelemek için u deneyi yapalm: iki metal çubuu volfram, sekas veya konstantan teliyle balayalm a) (resim 5.1.a). Yatay yüzeye tabann ve telin uzakln ölçmek için bir çizgeç yerletirilir. Mesafe ölçülür ve iaret edilir. Bu mesafe telin elektrik devreye balanmasndan önceki mesafedir. Bataryay balamazdan önce teli elle dokunuruz ve telin souk olduunu tespit ederiz. b) Teli elektrik devreye balayp biraz bekliyoruz (resim 5.1.b). Resim. 5.1 Sonra tekrar taban ve tel arasndaki mesafeyi ölçüyoruz ve mesafenin azaldn tespit ediyoruz. Demek ki tel elektrik akmyla snmtr. Devreye bal tele dokunursak telin sndn göreceiz. Bu bize elektrik akmn ve bataryann teli sttn gösterir. Bu durum bize bataryadan elektrik akmn geçtiini gösterir. Slika Resim. 5.2 Is etkisinin birçok ev cihaznda kullanldn görebiliriz. Örnein: elektrik oca (reo)(resim 5.2), elektrikli soba (resim 5.3), plastik kesme cihaz (resim 5.4). Elektrik akmn s etkisi daha fazla endüstride kullanlmaktadr. Resim. 5.3 Resim

21 Ik etkisi Elektrik akmnn k etkisi en iyi ampüllerde görülmektedir; örnein resim 5.5 teki ampüller gibi. Evlerimizde en sk resim 5.6 ampüllere rastlanmaktadr. Bu ampül havasz bir cam balondan ve onun içine volfram telinden yerletirilen bir yaydan olumaktadr. Volframn erime noktas 3380 derece selziyuz Resim. 5.5 olduu için yanma tehlikesi kaldrlmtr. Bu ampüllerde elektrik akmn s etkisi görülmektedir. Bu yüzden elektrik enerjisinin daha fazla harcanmas olur. Elektrik enerjisinin daha az harcanmas için günümüzde skça orosent ampüller kullanlmaktadr (resim 5.7). Bunlarda elektrik enerjisinin küçük bir ksm sya dönüür. Elektrik enerjisinin fazlas neon Resim. 5.6 Resim. 5.7 gibi baz gazlarn ve buharlarn krlmas için harcanr. Normal ampül ve orosent ampül arasndaki elektrik enerjisi harcam 5:1 dir. Örnein 15 W lk orosent ampül 75 W normal ampüle denktir. Mknats etkisi Elektrik akmn mknats etkisini, elektrik akm olan her yerde görebiliriz. Mknats etkisi, hayatmzn her alannda bilimde, teknikte v.s. büyük önem tamaktadr. Deneyelim Resim 5.8 deki gibi elektrik akm akan bir tel makara alalm. Makaraya bir mknats yaklatralm. Birbirine etki ettiklerini görüyoruz, makara mknatsa yaklar. Elektrik akmn yönü deiirse bu kez mknats makaray iter. Mknats ve makara arasnda durum elektrik akm iddetine baldr. Makaradan elektrik akm geçmezse ne olacaktr? akm çekme akm Bu durumda mknats ve makara arasnda etki olmayacaktr. itme Elektrik akmn mknats etkisi, elektrik akmnn iddetine bal olduu resim 5.9 gösterilmitir. Resim. 5.8 akm I akm 2I akm 3I Elektrik akmn mknats etkisi elektrik akmnn iddetinin artmasyla arttn resimde görebiliriz. Elektrik akm iddetinin artmasyla çekilen tel parçalarnn saysnn artt görülmektedir. Elektrik akm durdurulursa mknats etkisi de durur ve tel parçalar yere düer. Resim

22 Kimyasal etkisi Elektrik akmn kimyasal etkisi elektrik akmnn elektrolitlerden geçmesi durumunda görülmektedir. Ayns elektrik akmn insan vücudundan geçmesi olaydr. Deneyelim Bakr sülfat karmna saf bakrdan oluan elektrot ve bir temizlenmi anahtar batrnz. Kaynan hangi kutupuna bakr elektrodu hangisine anahtar balayacanz düününüz? Hangisi elektrot bakr levhay hangisi ise anahtar oluturacaktr? Bakr levha anot, anahtar katot olacaktr. Bakr sülfatn elektrolit disosiyasyonunu yaznz ve hangi iyonlarn anoda, hangilerinin katoda geleceini düününüz? Katoda bakr iyonlar (Cu ++ ), anoda ise SO 4 -- grubu gelecektir. Anoda Cu ++ +2e - --CuSo4-- grubu gelir (SO e - --SO 4 ). Ayrlan saf bakr anahtarda toplanr. SO 4 grubu ise bakrla reaksiyona girerek bakr sülfat elde edilir. Hatrlayalm: Bu kimyasal reaksiyonlar dönülü reaksiyonlardr. Resim Belli bir süre sonra neyi fark edeceiz? Resim Anahtar bakrla örtülmü olacaktr, bakr elektrotu ise incelenecektir. Herhangi bir süpstansn elektrolitte elektrik akm yardmyla elektrotlarda younlamasna galvanosteji denir. Mekanik etkisi Elektrik enerjisinin mekanik etkisi elektrik akmnn mekanik enerjiye dönümesidir. Çok sayda örneklerden biri bu etkinin elektromotorda görülmesidir. Elektromotor çou makine ve cihazlarda vardr. Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz Resim Elektrik akmnn hangi özelliklerini biliyorsunuz? 2. Elektrik akmn s etkisini kullanan birkaç cihaz saynz! 3. Resim 5.13 ne gösterilmitir? Çounlukla ne için kullanlr ve elektrik akmn hangi etkisi kullanlmtr? 4. 4,5 voltluk batarya ve ince bir tel alnz. Bataryann kutuplarn telle balaynz. Batarya ve telle ne olacaktr? (Parmanzla bataryaya ve tele dokununuz) Resim Elinizde batarya, iletkenler ve metal dorama parçacklar varsa elektrik akmn mknats etkisini nasl ispatlayacaksnz? 6. Halojen ampüller neden normal ampüllerden daha az elektrik harcar? 7. ki daha kaln bakr teli birbirine demeden suyla dolu bir bardaa batrnz. Resim Resim 5.14 teki gibi 4.5 voltluk batarya ve bir ampülle bir devre yapnz. Ampül k saçacak m? Suya 1 den 2 kaa katar tuz katnz ve ampüle tekrar baknz. Olaya birkaç saat süre veriniz. Karm ve elektrotlarda neyi farkedeceksiniz? 22

23 Elektrik gerilimi Resim 6.1 den neyi farkediyoruz? Resim 6.1 den ayn yükle yüklü elektrik paçalar birbirini ittiini farkediyoruz. Cisimler arasndaki uzaklk nasl artarsa onlar arasndaki itim kuvveti de öyle azalr. Bunu topun sargsn çektiimizde anlarz. Cisimden uzaklamamzla elektriklemi cismin elektrik alan kuvvetinin azaldn göreceiz. Elektrik kuvvetler ve enerji arasnda bir kyaslama yapalm. Resim. 6.1 Toplarn elektrik yükü yoksa ve onlarn iplik uzunluklar ayn ise toplar yan yana durur(resim 6.2). Toplar elektrik yüküyle yüklenirse birbirini iter ve birbirinden uzaklar (resim 6.3). Resim 6.4 toplarn ilkel durumlarnn ve yeryüzüne kyasen daha büyük potansiyel enerjileri vardr. Elektrik alan enerjisinin artmas sonucu potansiyel enerji büyür. Toplar elektrik kuvveti etkisiyle yeni durum elde eder. Sistemin artan enerjisi toplar daha alçaktan daha yüksee kaldran kuvvetin yapm olduu ie karlk gelir. Resim. 6.2 Resim. 6.3 yüksek seviye düük seviye Resim. 6.4 Cismin elektrik alanna ayn yükü tayan bir cisim getirirsek ne olur? Cisimler ayn yükle yüklü olduklar için birbirini iter. kinci cismi alana aktarmamz için belirli bir i yapmamz gerekir. Elektrik alannn herhangi bir noktasna bir elektrik yükünün sonsuzdan aktarlmasyla yaplan ie elektrik potansiyeli denir. negatif elektrik yükün alan pozitif elektrik yükün alan Sonsuz burada astronomik anlamda anlalmamaldr; yani Resim. 6.4 elektrik alan dndaki uzay ya da elektrik kuvvetlerinin sfr veya çok küçük olduu uzay anlamnda kullanlmtr. Her elektrik yüklü cismin elektrik alannda belli bir potansiyeli vardr. Elektriklemi cisimlerin potansiyeli yeryüzünün potansiyeline göre belli olur, Yeryüzünün potansiyeli sfr olarak alnr. Bir önceki tanmda: elektrikleme sonsuzdan hesaplanr yerine elektrikleme yeryüzüne göre hesaplanr diyebiliriz. 23

24 Resim 6.7 de 1C luk elektrik yükün sonsuzdan elektrik alann bir noktasna geçii graksel ekilde gösterilmitir. Elektrik potansiyelin ölçü birimi 1V (volt) tur. Ölçü birimi talyan zikçisi Aleksandro Volta ya göre adlandrlmtr. 1C luk elektrik yükünün sonsuzdan elektrik alannn kuvvetlerine zt alann belli bir noktasna tamak için gereken i 1J ise bu noktann elektrik potansiyeli 1V tur. Resim. 6.7 Resim 6.8 ve resim 6.9 da bata pozitif yükün sonra negatif yükün pozitif yükle yüklü alana geçii gösterilmitir. B D A C Resim. 6.8 Resim. 6.9 Elektrik alanna ayn yükle yüklü elektrik yükün getirilmesi veya farkl yükle yüklü elektrik yükün getirilmesi durumlar farkldr. Alana ayn yükle yüklü elektrik yükü getirildiinde enerji seviyesi artar (resim 6.8). Farkl yükle yüklü elektrik yükü getirildiinde enerji seviyesi azalr. Hesaplayalm: elektrik potansiyeli = i elektrikleme = A q volt = jul kulon 1 V = 1 J 1 C A yaplan i; q elektrik yükü; elektrik potansiyeli Yeryüzünde potansiyel tanm sfr olarak alnr. Elektrik yükün yeryüzünden elektrik alann belli bir noktasna tanmas olayna, yeryüzüne göre bu alann noktasna potansiyel denir. Potansiyel, elektrik alannn belli bir noktasnda birim elektrik yükünün potansiyel enerjisinin ölçüsüdür. Alann potansiyelini ölçen alete elektrometre denir. Potansiyel fark Gerilim Farkl potansiyele sahip olan A ve B noktalarndan q elektrik yükünü tadmzda bir i yapyoruz demektir (resim 6.8). Yaplan i elektrik yükü ve potansiyel fark çarpmna eit olacaktr. A = q ( 2-1 ). Elektrik alannn iki farkl noktas arasndaki potansiyel farka gerilim (U) denir, yani U =

25 Sürtünmeyle veya dokunmayla elektrikleen cisimler negatif yüklerinden bir ksmn kaybederek pozitif yükle elektrikleirler. Bu cisimlerin pozitif potansiyeli vardr deriz. Negatif yükle yüklenerek elektrikleen cisimlerin negatif potansiyeli vardr. ki fakl yükle yüklü cisim balanrsa elektrik yüklerinin pozitiften negatife hareket ettii kabul edilmitir. Hesaplayalm: Alannn iki farkl noktas arasndaki potansiyel fark gerilimdir (U). U = 2-1 Yeryüzünün potansiyeli sfra eit olduu için bu durumda cismin gerilimi potansiyel farkna eit olacaktr: U U 2 Voltun daha büyük birimleri unlardr: 1kV = 1000V (kilovolt) 1MV = V (mega volt) 1GV = (giga volt) Voltun daha küçük birimleri unlardr: 1mV (1V= 1000mV) (mili volt) 1V(1V = V) (mikro volt) Gerilimi ölçen alete voltmetre denir (bkz resim 6.10) Voltmetre devrede her zaman kaynak veya harcayc ile paralel balanr. Resim Resim 6.11 de devrede harcaycyla paralel bal voltmetre gösterilmitir. Bu balamann ematik gösterilii resim 6.12 verilmitir. Kaynakta elektrik gerilimi nasl oluur? Kaynakta farkl türden enerjilerin (mekanik, kimyasal v.s.) elektrik enerjisine dönüümü olur. Kaynan içinde elektrik yükleri kutuplara ayrlr ve onlar arasnda gerilim oluur. V devreye bal voltmetrenin iareti voltmetre V Resim Resim

26 Ne kadar örendinizi kontrol ediniz 1. Voltmetrenin ibresiyle yaplan ölçmeler aada verilmitir (resim 6.13 a, b,c). Yaplan ölçme sonuçlarn okuyunuz! a) b) c) Resim Elektrik alannda ne zaman i yaplr? 3. Resim 6.14 teki voltmetre ne ölçer ve kaç voltu gösterir? 5. Elektrik alannn herhangi bir noktasnda elektrik potansiyeli neye eittir? 6. Gerilim nedir ve neyle ölçülür? Voltmetre 100 mili voltluk gerilimi gösterirse gerilim kaç volttur? 7. Elektrik alanna farkl yüklü elektrik yükü getirilirse elektrik potansiyeline ne olur? Resim

27 Elektrik direnci Elektrik akmn akmasna ne kar gelir? Resim 7.1 a) ve b) deki gibi bir deney yapalm. Deneyde a) da devreye bir ampül, b) de seri eklinde iki ampül balanmtr. Neyi fark ediyorsunuz? Sadece bir ampül olan devredeki ampül (resim 7.1 a) seri eklinde bal ampüllerden (resim7.1 b) daha a) b) fazla nlar. Resim. 7.1 Gerilim ayn olmasna ramen neden ampüller farkl nlar? Bu soruya cevap vermek için resim 7.2 deki emaya göre yaplan ölçmelerin verilerini inceleyelim. Resim. 7.3 Gerilim (volt) Akm (amper) Otomobil ampülü Batarya ampülü Grat çubuk Tabloda otomobil ampülü, batarya ampülü, grafit çubuu devreye ayr ayr balanmasndaki verileri verilmitir. Resim. 7.2 Tablo T-1 T-1 tablosundan gerilimin hepsinde ayn (4,5 V) olmasna ramen elektrik akm iddetinin farkl olduu görülmektedir. Grat çubuunun elektrik akm iddeti (0,1A) otomobil ampülülün iddetinden (1A) 10 defa daha küçüktür. Demek ki farkl iletkenler elektrik akmna farkl direnç yapar. Bu yüzden farkl dirençleri vardr deriz. b) c) letkenlerin elektrik akm iddetine etki etmesi olayna elektrik direnci denir ve R ile iaret edilir. Elektrik direnci ölçü bürümü 1 om dur (1). 1V luk gerilimi olan iletkenin uç noktalarndan 1A lik elektrik akm iddeti geçerse iletkenin direnci 1 dur.. Omun daha büyük ölçü birimleri: 1k = M = Elektrik direncini ölçen alet resim 7.4 te verilmitir ve ad da ommetredir. letkenlerin direncini nasl açklayalm? Metallerde elektrik yüklerinin tayclar gerilim etkisiyle hareket eden serbest elektronlarn Resim

28 olduu bilinmektedir (resim 7.5). Yaplan deneylerde elektronlarn iletkenlerin yüzeyinde hareket ettikleri görülmütür. Çou bilimsel aratrmalarda elektronlar, hareketi esnasnda dar bir alanda titreim yapan atomlarla çarptklar göz önüne alnmaktadr. Bu yüzden iletkenler snr ve elektrik direnci meydana gelir. Fakat imdi yaplan yeni çada aratrmalarda elektronlarn çok küçük boyutta olup atomlarla çarpamayaca görülmütür. Elektrik direncinin doas göründüünden daha bileiktir. Elektrik direncinin ve iletkenlerin snmas alanlarn (elektrik, mknats, gravitasyon) etkisi sonuncunda meydana geldii düüncesine varlmtr. Elektrik direncinin kime bal olduunu inceleyelim: Deneyelim: izolasyon serbest elektronlar Resim. 7.5 bakr tel bakr atomu letkenin uzunluuna (l), iletkenin eksen kesitinin alanna (S) ve maddenin (süpstansn) türüne (-) baldr. (resim 7.6) a) Uzunlukla ba (l) Elimize bir ommetre (mümkünse dijital) alrz ve iki çubua sekastan 1metre uzunluundaki teli çubuklarn uçlarna geriyoruz. Telin uç noktalarn timsah azna benzeyen tutturucularla tutturunuz. Fakl yerlerde direnci ölçüyoruz ve verileri bir yere yazyoruz. Telin uzunluuna göre direncin deitiini fark ediyoruz. R Sonuç: Elektrik direnci iletkenin uzunluuyla doru orantldr (resim 7.7). l 2R b) iletkenin eksen kesitiyle (S) ba 2l Resim. 7.7 Yukarda olduu gibi metal çubuklara bir tel balanr. Direnci okuyup yazyor ve azaldn R Resim. 7.6 farkediyoruz. S Sonuç: Elektrik direnci iletkenin eksen kesitinin alanyla ters orantldr. R/2 2S c) Maddenin yapsyla ba () Ayn boyutlarda farkl yapya sahip bir kaç tel alyoruz. Eit uzunluklar için Resim. 7.8 dirençlerini ölçüyoruz. Tellerin uzunluklar ve eksen kesitlerinin alanlar eit olmasna ramen farkl dirençleri vardr. Sonuç: Elektrik direnci maddenin (süpstansn) türüne baldr. Örnein: Sekas iletkeninin direnci bakr iletkeninin direncinden büyüktür. 28

29 Yapm olduumuz deneyden anlalyor ki: elektrik direnci iletkenin uzunluuyla (l) doru orantldr; iletkenin eksen kesitinin alan (S) ve maddenin öz direnciyle () ise ters orantldr. Ödevlerin çözümünde çok defa aadaki formüllere de ihtiyaç duyulur: Bir süpstansn öz direnci () uzunluu 1m ve eksen kesitinin alan 1m 2 olan maddenin elektrik direncidir. Öz direnci ölçü birimi m dir. Fakat pratikte daha fazla sistem d ölçü birimi kullanlmaktadr. Süpstans mm gümü 0,016 Tablo T-2 de baz süpstanslarn öz direnci verilmitir. bakr 0,017 altn 0,023 aluminyum 0,027 Tablolarda süpstanslarn öz dirençleri yazldnda genelde volfram 0,055 oda scaklnda (20 C) ölçülen dirençlerdir. Isnmak için çinko 0,06 nikel kullanlan cihazlarn devrede yüksek öz dirence sahip olan 0,09 platin 0,1 maddeler kullanlr. Genelde bu cihazlarn s saçan ksmlar demir 0,11 sekas, volfram, nikel v.s. gibi maddelerden yaplmaktadr. çelik 0,17 kurun 0,21 Örnek: Uzunluu 50 m, eksen kesitinin alan 2,5 mm2 ve nikel (54Cu+26Ni+20Zn) 0,42 manganin (88Cu+12Ni+2Mn) 0,48 özdirenci 0,017 olan bakr telinin direnci ne kadardr? Konstantan (54Cu+12Ni+2Mn) 0,49 cva 0,958 kromnikal (200Cr+80Ni) 1,1 ls = 2,5 mm 2 mm 2 R =? kantal (Fe, Cr, Al, Co) 1,45 Tablo T-2 Sçakln deimesiyle direnç de deiir. Örnein: 100W ampülün souk olduu zaman direnci 45 tir, tel sndnda ise direnci 480 olur (11 defa daha büyük). Ne kadar örendiinizi kontrol ediniz 1. Ölçü birimlerini daha küçük ve daha büyük birimlere dönütürünüz: a) 2580 kaç k dur b) 0,8 k kaç dur c) 0,4 M kaç dur d) 1,2 k kaç M dur. 2. letkenlerin yapsn oluturan bir kaç madde saynz. 3. Aadaki veriler için direnç nasl deiir: a) uzunluk 4 defa azalrsa b) uzunluk 3 defa artarsa c) eksen kesitinin alan 5 defa artarsa 4. Tabloyu doldurunuz: R S (mm 2 ) (m)? 1 1,1 2 3? 0, ,5? ,5 0,023? 29

30 Om kanunu Bu kanun devrede elektrik akmn elektrik gerilimiyle ban açklamaktadr. Kanunu alman zikçi Georg Simon Om bulmutur ve onun adna om kanunu olarak adlandrlmtr. Deneyelim: Devrede elektrik akm elektrik gerilimine nasl baldr? Bu yüzden resim 8.1 deki gibi bir devre kuralm: gerilimini deitirebilme olanayla elektrik akm kayna 0-12V kadar, harcayc ve ölçme aletleri (ampermetre, voltmetre). Devrenin ematik gösterilii resim 8.2 de verilmitir. U Georg Simon Om ( ) Kaynan gerilimini deitiriyoruz ve gerilimin her Resim. 8.2 deeri için elektrik akmn ölçüp sonuçlar tablo T-1 de Resim. 8.1 ikinci sütuna yazyoruz. Tablonun üçüncü sütununa gerilim ve elektrik akm orannn hesaplayp yazyoruz. Tablo T-1 in graksel gösterilii resim 8.3 verilmitir. I A U (V) I (A) U/I Tablodaki verilere dikkat ettiimizde gerilim ve elektrik akmn orannn sabit olduu anlalmaktadr (10). Demek ki iletkenin direnci gerilimin deimesiyle deimez. Gerilimin deimesiyle elektrik akm iddeti doru orantda deiir. Gerilim ne kadar artarsa elektrik akm iddeti de ayn oranda artar. Tablo T-1 Gerilim ve elektrik akm iddeti oran elektrik direncini verir ve bunu aadaki gibi yazabiliriz: U gerilim; I elektrik akm iddeti; R direnç Om kanunun sabit scaklkta metal iletkenler için geçerlidir. Om kanunu u ekilde de açklayabiliriz: Metal iletkenlerde elektrik akm iddeti gerilim daha büyük ve direnç daha küçük olduu zaman daha büyüktür. Bu formül u ekilde de yazlabilir: 30 Resim. 8.3

31 Her harcaycnn kendi öz sabit elektrik direnci vardr. Resim 8.3 teki grak iletkenin volt-amper özelliini göstermektedir. Metal iletkenler için grak dorudur. Ölçmeler yapmamamza ramen grakten herhangi bir elektrik akm iddeti noktasna hangi gerilimin karlk geldiini rahatça bulabiliriz. Gerilimin düüü Elektrik akm iddeti ve elektrik direnci çarpmna ( yukardaki eitlik U = I R) gerilim düüü denir. Devrede gerilimin düüü iki farkl nokta arasndaki gerilimin direncine baldr. Elektrik akm iddeti belli deerleri için devrede direncin R daha büyük olduu noktalarda gerilimin düüü daha büyüktür. Gerilimim düüü aadaki sorularmza cevap verebilir: 1) Devreye seri eklinde bal harcayclara kaynaktan gelen gerilim nasl ayrlr? 2) Devrede harcaycnn direnci belli deilse nasl hesaplayabiliriz? Deneyelim: emas resim 8.4 te verilen seri eklinde bal iki harcaycdan oluan devreyi inceleyelim. U 1 = 0,4 V U 2 = 5,6 V R 1 harcaycya bal voltmetre U 1 = 0,4 V luk gerilimi, R 2 harcaycya bal voltmetre ise U 2 = 5,6 V luk gerilimi gösteriyor. Kaynan gerilimi U = 6 V elektrik akm iddeti ise I = 0,1 A dir. R 1 ve R 2 harcayclarn dirençlerini hesaplayalm: A U = 6 V Yaplan hesaplamalardan: Resim. 8.4 Formula elde edilir. Yaplan ölçmelerden daha büyük gerilimin direnci daha büyük olan harcaycya, daha küçük gerilimin ise direnci daha küçük olan harcaycya gittii anlalmtr. Gerilim dalm elektrik direnciyle doru orantldr. Yukardaki seri eklinde bal harcayclarda gerilimin dalm direnci bilinmeyen harcaycnn direncini bulmak için de kullanlabilir. Örnek: 24 V luk gerilimde k yapmas tasarlanan ampülün direnci 120 dr. Ampüle 40 V gerilim balamak için seri eklinde ne kadar direnç balanmaldr? Verilmi bilgiler: U 1 = 24 V R 1 eitliinden eitlii elde edilir. U 2 = 40 V Deerleri formülde yazdktan sonra hesaplyoruz: Ampülün 40 V gerilimle R x =? k yapmas için ampüle 80 direnç balanmaldr. Direncin düüünün hesaplanmas elektrik akmnn uzaklara tanmas için önemlidir. 31

32 Çözebilir miyiz? V gerilime bal ve direnci 880 olan ampülden (telinden) ne kadar elektrik akm iddeti geçer? 2. Resim 8.5 teki grakte iki iletkenin elektrik akm iddetinin gerilimle ba verilmitir: a) Bu iki iletken için Om kanunu geçerlimidir? b) Her iletkenin ayr ayr direncini hesaplaynz? c) Grakteki dorularn eimini hesaplamadan hangi iletkenin daha büyük direnci olduunu bulabilir misiniz? I(A) iletken 2 iletken 1 Resim. 8.5 U(V) 3. Resim 8.6 da konstantan ve demir tellerinin gerilim ve elektrik akm iddetini gösteren iki tablo verilmitir. Her iki madde için grakleri çiziniz ve her ikisinin elektrik dirençlerini hesaplaynz. konstantan teli demir teli Resim

33 Harcayclarn elektrik devresine balanmas Seri balama Yeni yl çam aacna taktmz ampüllerin birbirine bal olduunu farketmisiniz (resim 9.1). Onlardan bir ampül bozulursa dierleri de çalmyor fakat bu koridordaki dier ampüllerde geçerli deildir. Ampüllerin biri dieriyle balanmasna yani birinin dierinin balangc olmasna seri balama denir. Seri balama resim 9.2 de gösterilmitir. Bir çocuun sol eli dier çocuun sa elini tutarak ve buna benzer ekilde bir halka yaplmtr. Elektrik devresinde bu tür ba siz kendiniz de u elemanlarla yapabilirsiniz: elektrik akm kayna (4.5 V lük batarya), birkaç ampül ve iletkenler (resim 9.3 a). Devrede ampüllerin says çoalrsa ampüllerin zayamaya balayacaktr. Eer elektrik devresinden bir ampül çkartlrsa o zaman tüm dier ampüller de k yapmayacaklardr. Bir ampülün devreden çkartlmasyla devrede kesinti olur, dier ampüller de k yapmaz çünkü bununla elektrik devresinde akm akmaz. Resim 9.3 b) elektrik devresinin ematik gösteriliinden a) unu anlyoruz: her ampülde elektrik akm iddeti eittir yani I = I 1 = I 2 = I 3 tür; gerilim ise tüm ampüllere dalacaktr ve dalan tüm gerilimlerin toplam ilk gerilime eit olacaktr. Yani U = U 1 + U 2 + U 3 tür. Yukardaki eitlie Om kanununu (U = I R) kullanrsak I R I R1 I R2 I R3 / : I elde ediyoruz. Eitlii elektrik akm iddetiyle böldükten sonra aadaki formül elde edilir: b) Resim. 9.1 Resim. 9.2 R R 1 R2 R3 Seri eklinde bal harcayclarn toplam direnci harcayclarn ayr ayr dirençlerinin toplamna eittir. Örnek: 4, 6 ve 12 luk direnç seri eklinde bal devrenin direnci ne kadardr? R = R 1 + R 2 + R 3, R = 22 Resim

34 Paralel balama Resim. 9.4 Evinizde belki dikkat etmisinizdir eer bir ampül yanarsa veya bir ampülü yerinden çkartrsak dierleri k yapmaya devam eder. Paralel balamada devrede elektrik akm devreden bir elemann çekilmesiyle kesilmez. Resim 9.4 e dikkat edersek ampüllerin u ekilde balandn göreceiz: tüm ampüllerin bir ucu bir yere dier ucu ise baka bir yere balanmtr. ki ya da daha fazla harcaycnn uçlarndan biri bir yere dieri baka bir yere balanrsa bu baa paralel balama denir. Slika 9.4 Paralel ban ematik gösterilii resim 9.5 te verilmitir. Resim eklinde ise gösterilii ise resim 9.6 verilip çocuklar ellerini u ekilde tutturmutur: sol elleriyle hepsi ayn yerde tutuyor, sa elleriyle de ayn yerde tutuyor. Resim. 9.5 Paralel balama u deneyle incelenebilir: Resim 9.7 de olduu gibi ayn elemanlarla bir devre kuruyoruz. Elektrik kayna (batarya 4.5 V luk), ampüller, ampülleri takmak için boazlklar ve iletkenler alyoruz. Ampüllerin tüm balangçlarn bir yere bitim noktalarn baka Resim. 9.6 bir yere balyoruz. Herhangi bir ampül çkartlrsa dierleri nlamaya devam ediyor. Resim 9.7 deki ematik gösteriliten ampüllerin sonundaki gerilim kaynan gerilimine eit olduu görülebilir: U U U U Elektrik akm iddeti ise tüm harcayclara ayrlr. Elektrik akm iddeti dallardaki elektrik akm iddetleri toplamna eittir, yani: I I I I Resim. 9.7 Om kanununa göre elektrik akm iddeti gerilimin ve direncin oranna eittir, yani:. Bu formül için az önceki elektrik akm iddeti için bulduumuz formülü kullanrsak yani I = II II 1 + I 2 + I 3 ten aadaki bantlar elde ediyoruz: Tüm direncin çarpmsal tersi ayr ayr harcayclarn dirençlerinin çarpmsal terslerine eittir. 34