BASİT ELEKTRİK DEVRELERİ

Transkript

1 BASİT ELEKTRİK DEVRELERİ Odamızdaki ampulü yakmak, televizyonu ya da radyoyu çalıştırmak için açma kapama düğmesini kullanırız. Saç kurutma makinesi, fırın, çamaşır makinesi gibi araçları çalıştırmak için de bu aletlerin açma kapama düğmelerini kullanırız. Düğme dediğimiz bu anahtarlar sayesinde elektrik devresi çalışır. Devre, elektriğin izlediği yoldur. Devre anahtarı kapatıldığında devreden elektrik geçer. Elektriğin geçmesi ile birlikte kapı zili çalar, ampul ışık verir, elektrikli aletlerimiz çalışır. Bir elektrik devresini oluşturan her parça devre elemanı olarak adlandırılır. Basit bir elektrik devresi pil, pil yatağı, bağlantı kabloları, anahtar, duy ve ampulden oluşur. Ampul, duy denilen devre elemanına yerleştirilir. Bir elektrik devresinde elektrik enerjisinin kaynağı pildir. Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Basit bir elektrik devresinde, devre elemanları birbirine bağlantı kablolarıyla bağlanır. Bu kablolar sayesinde elektriğin iletimi sağlanır. Basit bir elektrik devresinde anahtar, elektriğin geçişini kontrol eder. Anahtar kapatılarak devre üzerinden elektriğin geçmesi sağlanır. Böylece ampul ışık verir. Anahtarı açtığımızda ise elektriğin geçişini engelleriz. Bu durumda ampul ışık vermez. Bir elektrik devresini çalışması için devre elemanlarının doğru bir şekilde birbirlerine bağlanması gerekir. Farklı devre örnekleri üzerinden devrenin hangi durumlarda çalışmayacağını inceleyelim. Yandaki basit elektrik devresini inceleyiniz. Devrede pil olmadığını fark ettiniz mi? Bu devre kurulduğunda ampul ışık vermez. Çünkü devrede elektrik kaynağı yoktur. Yandaki devreyi inceleyiniz. Devrede kabloların pilin aynı kutbuna bağlanmış olduğunu fark ettiniz mi? Bu devredeki ampulün ışık vermesi için kablolardan birinin pilin + kutbuna, diğerinin kutbuna bağlanması gerekir. 1

2 Sorular 1) Aşağıdakilerden hangisi bir elektrik devresinin çalışmama nedenlerinden değildir? A) Bağlantıların pilin iki kutbuna da yapılması B) Kablolarda bir kopukluk olması C) Devrenin tamamlanmaması D) Ampulün bozuk olması E) Anahtarın kapalı olması 2) Aşağıda verilenlerden hangisi elektriğin geçişini kontrol eden devre elemanıdır? A) Duy B) Pil C) Anahtar D) Bağlantı kablosu E) Ampul 3) Pillerin kutupları aşağıdakilerden hangisiyle adlandırılır? A) + ve B) Ön ve arka C)Yukarı ve aşağı D)Sağ ve sol E) Kuzey ve Güney 4) Aşağıda pillerle ilgili verilen ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Piller çeşitli boyutlarda olabilir. B) Piller, pil yatağına uygun şekilde yerleştirilmelidir. C) Atık piller çevre için yararlıdır. D) Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. E) Basit elektrik devresinde mutlaka olmalıdır. Bilmece vakti Lamba, televizyon, fırın Bensiz çalışamaz, Dikkatli olmalısın Benimle oyun olmaz. Ben bir küçük depoyum, İki kapım vardır. Zamanla boşalırım, Ömrüm bu kadardır. 2

3 Cevaplar:1-E, 2-C, 3-A, 4-C Bilmece: Elektrik, Pil 3

4 Ampulün Işık Vermesini Sağlayabilir Misiniz? Araç ve gereçler: ampul, duy, anahtar, pil yatağı, pil, bağlantı kabloları. Yapılışı 1) Araç gereçleri temin ediniz ve devre elemanlarını inceleyerek basit bir elektrik devresi tasarlayınız. 2) Tasarladığınız elektrik devresini kurarak çalıştırınız. Gözlemlerinizi yazınız. 3) Kurduğunuz elektrik devresinde ampulün ışık vermesini sağlayabildiniz mi? Eğer ampul ışık vermediyse sebepleri neler olabilir? 4) Çalıştırdığınız devreyi gösteren bir resim çiziniz. Uyarı: Ampulle çalışırken dikkatli olunuz. Deney bittikten sonra kullandığınız araç ve gereçleri yerlerine kaldırınız. 4

5 AMPULLERİN PARLAKLIĞI Yukarıda verilen devrelerde hangi şekildeki ampul daha parlak yanar? Anahtar, pil ve ampullerden oluşan devrelere baktığımızda tüm şekillerde bir pil olup, Şekil- I de bir ampul, Şekil-II de iki ampul ve Şekil-III de üç ampul bulunmaktadır. Basit elektrik devresinde pilin görevi devreye enerji sağlamaktır. Sizce devrede bir pil ve bir ampul kullanıldığında mı yoksa bir pil, üç ampul kullanıldığında mı ampul ya da ampuller daha parlak ışık verir? Tabii ki bir pil bir ampul kullanıldığında ampul daha parlak olacaktır. Eğer bir deneyle bu üç şekildeki devreleri kurup parlaklıklara bakacak olursak; Deneylerde sabit tutulan değişkenlere kontrol edilen değişken adı verilir. Böylece yaptığınız deneydeki pil sayısı kontrol edilen değişkendir. Ampul sayısı değiştirilen bir değişken olduğu için bağımsız değişken adını alır. Bağımsız bir değişkene bağlı olarak değişimi incelenen değişken ise bağımlı değişken olarak adlandırılır. Yani bağımlı değişkeniniz ampul parlaklığı olur. Peki, pil sayısını değiştirdiğimizde ampul parlaklığı nasıl etkilenir? Burada kontrol edilen değişken ampul sayısı olacaktır. Pil sayısı değiştiği için bağımsız değişkendir. Ampul parlaklığı ise bağımlı değişkendir. Burada enerji kaynağı arttığı için Şekil- III deki ampul daha parlak yanacaktır. 5

6 Sorular 1) Pil, ampul, anahtar ve bağlantı kablolarından oluşan bir elektrik devresine ikinci bir pil doğru bir şekilde eklendiğinde ampul parlaklığı nasıl değişir? A) Artar. B) Azalır. C) Değişmez. D) Önce artar sonra değişmez. E) Önce azalır sonra artar. 2) I. Ampullerin birini çıkarmak II. Devreye pil eklemek III. Devredeki pillerden birini çıkarmak Yandaki elektrik devresinde ampul parlaklığını artırmak için yukarıdakilerden hangisi ya da hangileri yapılabilir? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III Cevaplar: 1-A, 2-D 6

7 AMPULLER DENEYİ Deneyde kullanılacak malzemeler 6 adet pil ve pil yatağı, ampuller, 6 adet duy, bağlantı kabloları Deneyin yapılışı 1- Masanızdaki deney malzemeleri ile yukarıda verilen devreleri kurunuz. 2- Ampullerin parlaklıkları arasındaki farkı kıyaslayınız. Sorular 1) Seri bağlı bir devrede pil sayısı aynı kalırken, ampul sayısının artması veya azalması ampullerin parlaklığını nasıl etkiler? 2) Seri bağlı bir devrede ampul sayısı aynı kalırken, pil sayısının artması veya azalması ampullerin parlaklığını nasıl etkiler? 7

8 Devre Elemanlarının Sembolleri Günlük yaşamınızda karşılaştığınız pek çok sembolün uluslararası iletişimi kolaylaştırdığını biliyor muydunuz? Aşağıdaki sembolleri birçok giysinizin içindeki etiketlerde görmüş olabilirsiniz. Bu semboller o giysinin temizliği ile ilgili dikkat edilmesi gereken noktaları ifade eder. Ülkemizde alışveriş yapan birisi, hiç Türkçe bilmese bile satın aldığı giysiyi kaç derece selsiyus sıcaklıkta yıkaması gerektiğine bu sembollere bakarak karar verebilir. Bir elektrik devresini oluşturan elemanları da yukarıdaki örneklerde olduğu gibi sembollerle gösterebiliriz. 8

9 9

10 10

11 Basit Elektrik Devresi Araç gereçler: ampul, duy, anahtar, pil yatağı, pil, bağlantı kabloları, direnç Deneyin yapılışı 1) Aşağıda verilen devreyi kurunuz ve çalıştırınız. 2) Aşağıdaki devreyi kurunuz ve çalıştırınız. 3) En az iki pil ve iki ampulden oluşan bir devre çiziniz. Çizdiğiniz devreyi öğretmeninize gösteriniz. 4) Çizdiğiniz devreyi kurup çalıştırınız. 11

12 DİRENÇ Maddelerin elektrik enerjisinin iletimine karşı gösterdikleri zorluğa direnç denir. Direncin birimi Ohm dur ve Ω ile gösterilir. Bütün elektrikli aletlerin bir direnci vardır. Devrelerde kullanılan bağlantı kablolarının ise direnci çok azdır. Devre elemanlarının direncini ölçmek için dirençölçer (ohmmetre) denilen aletler yapılmıştır. Dirençölçerden çıkan iki uç vardır. Bu uçların her biri devrenin ayrı ayrı iki ucuna dokundurularak direnci ölçülebilir. Dirençölçerlerin analog ve dijital olmak üzere iki çeşidi kullanılmaktadır. Elektronik cihazları tasarlayan mühendisler, devrede bazen elektrik enerjisinin az olmasını isterler. Bu durumda özel yapılmış dirençleri kullanırlar. Bu dirençler, hep aynı değerdedir. Bazen de direncin değerinin istenildiğinde değiştirilmesi gerekir. Örneğin, müzik cihazlarının sesini azaltmak ya da çoğaltmak için elektrik enerjisinin miktarı değiştirilmelidir. Bu da direncin istenildiğinde değiştirilebilmesi ile yapılabilir. Bu şekilde istenildiğinde değeri değiştirilebilen dirençlere, reosta denilir. 12

13 Ampuller, elektrik enerjisini kullanarak ışık yayar. Ampulün ışığı nasıl yaydığını hiç düşündünüz mü? Ampullerin içlerinde, elektrik enerjisini ışığa çeviren özel cihaz mı var? Bu sorunun cevabını, ampulü yakından incelediğinizde hemen verebilirsiniz. Ampulün içine baktığınızda, göreceğiniz tek şey sarmal yapıda olan bir telin, düzgün bir şekilde yerleştirilmiş hâli olacaktır. Sarmal yapıdaki bu tele, flaman denir. Flaman, genellikle yüksek dirence sahip olan tungsten (wolfram) metalinden yapılır. Ampulün ışık verebilmesi için içindeki tel direncinin yüksek olması gerekir. Elektrik enerjisi, telden geçerken zorlandıkça tel kızarır ve ışık yayar. 13

14 DİRENCİ ÖLÇELİM Multimetre Ampul Reosta Direnç Deneyde kullanılacak malzemeler Multimetre, büyük ampul, reosta, pil, duy, küçük ampul Deneyin yapılışı 1- Multimetre akım, gerilim, direnç gibi nicelikleri ölçebilen bir araçtır. Multimetreyi direnç ölçecek konuma getiriniz (Öğretmeninizle birlikte). Daha sonra masanızda bulunan dirençlerin değerlerini ölçünüz. 2- Masanızda bulunan evlerde kullandığımız ampulün direncini ölçünüz. 3- Reosta üç girişi bulunan bir devre elemanıdır. Devreye bağlanırken iki girişi kullanılır. İki alt kullanılırsa sabit direnç görevi görür. Bir alt ve bir üst kullanılırsa direnç sürgü vasıtasıyla ayarlanabilir. Şimdi reostanın iki alt girişinden direnci ölçünüz. Daha sonra bir alt ve bir üstten bağlantı yaparak sürgüyü hareket ettirerek direnci ölçünüz. 4- Yukarıda verilen devreye benzer olarak, pil, ampul ve reostadan oluşan bir devre kurunuz. Ampul ışık verdikten sonra reostanın sürgüsüyle direnci değiştiriniz. Ampulün ışık şiddetini gözlemleyiniz. Sorular 1) Reostanın yapısı nasıldır? Direncin değişmesi nasıl sağlanmaktadır? 14

15 Seri ve Paralel Bağlama Bilim insanları, eski tarihlerde elektrik akımının yönünü, enerji kaynaklarının kutuplarıyla açıklanabileceği fikrini savunmuşlardır. Elektrik akımının pilin pozitif (+) kutbundan negatif ( ) kutbuna doğru olduğu görüşünü öne sürmüşlerdir. Günümüzde ise elektrik devresinde negatif yüklerin akış yönünün, pilin negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru olduğu bilinmektedir. Birçok bilimsel yasada ilk düşünce temel alındığı için bu düşünce korunmuştur. Buna göre; negatif yükler pilin kutbundan + kutbuna doğru akmasına karşın elektrik akım yönünün pilin + kutbundan kutbuna doğru olduğu kabul edilmektedir. Birden fazla ampul kullanılan devrelerde bu ampuller nasıl bağlanır? Ampulleri bağlama şekli ampullerin verdiği ışığın parlaklığını etkileyebilir mi? Ampuller elektrik devrelerine iki farklı şekilde bağlanabilir. Bunlar, seri bağlama ve paralel bağlamadır. Seri bağlamada, ampuller uç uca eklenir. Seri bağlı ampul sayısı arttıkça devrede bulunan ampullerin parlaklıkları ve ampermetrenin gösterdiği akım değeri azalır. Devredeki ampullerden biri çıkarıldığında devre tamamlanmadığından diğer ampuller de ışık vermez. 15

16 Paralel bağlamada ampuller önce kendi aralarında bağlanır. Sonra farklı kollar ile ayrı ayrı ana kola bağlanır. Böylelikle elektrik akımı farklı kollar üzerinden geçerek devreyi tamamlar. Bir elektrik devresine paralel olarak bağlanan ampul sayısı artırıldığında ampullerin parlaklığı değişmez. Ancak ampullerin ışık verme suresi kısalır. Devredeki paralel bağlı ampullerden birini çıkardığınızda seri bağlamanın aksine diğer ampullerin ışık vermeye devam eder. Bu durum da paralel bağlamada ampul bağlı her bir kolun devreyi tamamladığını göstermektedir. Bu nedenle bir ampul devre dışı kalsa da diğerlerinin üzerinden akım geçerek devre tamamlanacağından o ampuller ışık vermeye devam eder. 16

17 Sorular 1) ) Aşağıdaki devrelerin hangisinde sadece seri bağlı ampuller bulunmaktadır? A) B) C) D) E) 2) Aşağıdaki devrelerin hangisinde sadece paralel bağlı ampuller bulunmaktadır? A) B) C) D) E) Cevaplar: 1-C, 2-B 17

18 AMPERMETRE Bir devredeki akımın değerini nasıl öğrenebiliriz? Akımı ölçmek için devreye bir devre elemanı takılabilir mi? Bir devredeki akımı ölçmek için ampermetre adı verilen araçlar kullanılır. Akım değeri amper (A) birimiyle ifade edilir. Çok küçük akımlar söz konusu olduğunda miliamper (ma) birimi de kullanılabilir. Ampermetrenin bir devredeki sembolik gösterimi şeklindedir. Ampermetre pille ampul, ampulle anahtar ya da anahtar ile pil arasında herhangi bir yere bağlanabilir. Ancak ampermetre ile pilin aynı kutuplarının birleştirilmesi gerekir. Bir elektrik devresinden geçen akım değeri ampermetre ile ölçülebilir. Bunun için ampermetre devreye, kutupları pilin aynı kutuplarıyla birleşecek şekilde bağlanmalıdır. Ampermetrede okunan değer akımın şiddetidir. Ölçülen değerin birimi de amper veya miliamperdir. Analog veya dijital olarak iki ayrı türü vardır. Yapım amaçlarına göre bir kaç miliamper den yüzlerce Amper e kadar ölçüm yapabilirler. Bu ölçüm DC veya AC akım ölçümü olabilmektedir. Ampermetrelerin iç direnci çok küçüktür. İdeal ampermetrenin iç direnci sıfır kabul edilir. 18

19 Sorular 1) Aşağıdaki devrelerin hangisinde ampermetre K ampulün üzerinden geçen akımı ölçecek şekilde bağlanmıştır? A) B) C) D) E) 2) Ampermetre ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) İç direnci sonsuza yakındır. B) Devrenin toplam direncini değiştirmediği varsayılır. C) Analog veya dijital olarak iki ayrı çeşidi vardır. D) Akım şiddetini ölçer. E) Miliamper düzeyinde ölçüm yapan ampermetreler vardır. Cevaplar: 1-D, 2-A 19

20 Ampermetre Araç gereçler: duy, ampul, pil, pil yatağı, ampermetre, direnç Yapılışı 1) Aşağıda verilen devreyi kurunuz. Devrenin çalışmasını sağlayınız ve ampermetrede okunan değeri not alınız. 2) Aşağıda verilen devreyi kurunuz. Devrenin çalışmasını sağlayınız ve ampermetrede okunan değeri not alınız. 3) Yukarıda verilen devrelerin devre şemalarını çiziniz. 20

21 VOLTMETRE Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklerdir. Depoladıkları elektrik enerjisi sayesinde devredeki yüklere enerji aktararak elektrik akımı oluşturur. Bir devrede elektrik akımı oluşması için pilin iki kutbunun iletken bir telle birleştirilmesi gerekir. Devreden akım geçebilmesi için ise iletkenin iki ucu arasında yük farkı olmalıdır. Bu yük farkı gerilim olarak adlandırılır. Pil, akü vb. elektrik enerjisi kaynaklarının kutupları arasındaki gerilim, voltmetre adı verilen araçla ölçülür. Gerilimin birimi volt (V)tur. Pillerin üzerinde yazan 1,5 V, 6 V, 9 V gibi değerler pilin gerilim değerleridir. Pillerin kutupları arasındaki gerilim değeri de iletken tel içindeki negatif yükleri harekete geçirmek için verilen enerjinin ölçüsüdür. Çeşit olarak günümüzde dijital ve analog olmak üzere voltmetreler vardır. Voltmetreler bir gerilim kaynağının 2 ucuna doğrudan bağlanır. Yani voltmetreler elektrik devresine paralel bağlanır. Voltmetrelerin iç direnci çok büyüktür. İdeal voltmetrelerin iç direnci sonsuz kabul edilir. 21

22 Sorular 1) Aşağıdaki devrelerin hangisinde voltmetre K ampulün üzerindeki gerilimi ölçecek şekilde bağlanmıştır? (üreteçlerin iç dirençleri önemsizdir.) A) B) C) D) E) 2) Voltmetre ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Üzerinden geçen akım sıfır kabul edilir. B) Ölçüm yapılacak devre elemanına paralel bağlanır. C) Sadece güç kaynağı olarak pil kullanılan devrelerde çalışır. D) İç direnci çok büyüktür. E) Analog veya dijital olmak üzere iki ayrı çeşidi vardır. Cevaplar: 1-E, 2-C 22

23 Voltmetre Deneyi Araç gereçler: duy, ampul, pil, pil yatağı, voltmetre, direnç Yapılışı 1) Aşağıda verilen devreyi kurunuz. Devrenin çalışmasını sağlayınız ve voltmetrede okunan değeri not alınız. 2) Aşağıda verilen devreyi kurunuz. Devrenin çalışmasını sağlayınız ve voltmetrede okunan değeri not alınız. 3) Yukarıda verilen devrelerin devre şemalarını çiziniz. 23

24 AKIM, POTANSİYEL FARK VE DİRENÇ Elektrik Yüklerinin Hareketi Elektrik devrelerinde iletken içerisinde hareket eden eden elektronları boruda akan suya benzetebiliriz. Elektronların hareketini gözlemleyemezken lambanın yanması, ütünün ısınması gibi etkilerini gözlemleyebiliriz. Bu yük hareketi dolaylı yollarla ölçülebilir. Bu yollardan birisi hepimizin bildiği ampermetreyle ölçüm yapmaktır. Diğer bir yöntem ise elektroliz olayıdır. Çözeltilerde yük hareketi hem pozitif yüklü iyonlar hem de negatif yüklü iyonlar tarafından gerçekleştirilir. Saf su elektrik akımını iletmezken (içerisinde iyon bulunmadığı için) su içerisinde iyonik olarak çözünebilen tuz, asit veya baz atılırsa elektrik akımını iletir hale gelir. Şekilde bir elektroliz kabı görülmektedir. İçerisinde iyonlar bulunduran sıvıya elektrolit, elektrolit içerisine batırılmış metal çubuklara elektrot denir. Pilin pozitif ucuna bağlı elektrota anot, eksi ucuna bağlı elektrota ise katot denir. Pilin artı ucu eksi yüklü iyonların anotta toplanmasını sağlarken, eksi ucu katotta artı yüklü iyonların toplanmasını sağlar. Elektroliz yardımıyla su yapı taşlarını oluşturan hidrojen ( H ) ve oksijene ( O ) ayrılır. Şekildeki anottaki tüp içerisinde oksijen gazı toplanırken katottaki tüp içerisinde oksijen gazı toplanır. H2O 2H + + O -2 denkleminde de görüldüğü gibi bir su molekülü 2 hidrojen atomu ve 1 oksijen atomundan oluşur. Katotta ve anotta toplanan toplam yükler birbirlerine eşit olur. Anotta V hacminde oksijen gazı toplanırken katotta 2V hacminde hidrojen gazı toplanır. Deneyler göstermektedir ki devreden 1 C (coulomb) yük geçtiğinde anotta 0,06 cm 3 oksijen gazı birikirken katotta 0,12 cm 3 hidrojen gazı birikmektedir. 24

25 Soru: Şekildeki elektroliz kabında K kabında 20 cm 3 gaz birikmektedir. Buna göre L kabında biriken gazın cinsi nedir ve hacmi ne kadardır? : K kabı anot olduğu için oksijen gazı birikmiştir, katotta yani L kabında hidrojen gazı birikecektir. Toplanan hidrojen gazının hacmi oksijenin 2 katı olacağı için 40 cm 3 gaz birikir. Soru: Şekildeki elektroliz kabında tüpte toplanan gaz 60 cm 3 tür. a) Eğer katot tüpün içerisinde anot dışında olsaydı ne kadar gaz toplanırdı? b) Her iki elektrotta tüpün içerisinde olsaydı ne kadar gaz toplanırdı? : a) 120 cm 3 hidrojen gazı toplanırdı. b) Her iki gaz da aynı tüpte toplanacağından = 180 cm 3 gaz toplanırdı. SORULAR Soru 1 Soru 2 1-B, 2-B 25

26 ELEKTROLİZ Deneyde kullanılacak malzemeler Güç kaynağı, 2 adet deney tüpü, 2 adet elektrot, krokodil kablo, cam çubuk, üç ayak, statik çubuk, beherglas, bunzen kıskacı, su, çamaşır sodası, ampermetre Deneyin yapılışı 1-Bir beherglas içerisine 500 ml su koyunuz. İçine 30 gr kadar çamaşır sodası (Na 2CO 3) koyarak çözeltinizi cam çubuk ile karıştırınız. 2-İki deney tüpünü de hazırladığınız çözeltiyle ağzına kadar doldurunuz. Sonra hava almayacak şekilde parmağınızla kapatarak ters çeviriniz ve beherglas içerisindeki çözeltiye daldırınız. Tüpleri Bunzen kıskacıyla sabitleyiniz. 3-Elektrotların uçlarını şekilde görüldüğü gibi tüplerin içlerine yerleştiriniz. Krokodilleri elektrotlara bağlayarak, diğer uçlarını güç kaynağının doğru akım çıkışına bağlayınız. 4-Devrede uygun gördüğünüz bir noktaya ampermetre bağlayınız. 5- Güç kaynağını açıp devreden yük geçişini sağlayınız ve kronometrenin düğmesine basarak akımın geçme süresini ölçünüz. 6- Her 3, 6, 9 dakikada tüplerde toplanan gaz miktarını tüplerin üzerine işaretleyiniz ve devreyi kesiniz. 7- Deneyi kısaca özetleyip, aşağıdaki soruları defterinize cevaplayınız. Sorular 1) Deneyde iç ve dış devrede iletkenlik nasıl sağlanmıştır? 2) Hangi kutupta hangi gaz toplanmıştır? 3) Hangi gazdan daha fazla toplanmıştır? Neden? 26

27 Elektrik Akımı İletkenin birim kesitinden geçen toplam yük miktarına elektrik akımı denir. Akım = yük zaman i = q t Amper = coulomb saniye i harfi ile gösterilir ve SI birim sisteminde birimi amper dir. Amper kısaca A harfi ile gösterilir. 1 amper demek; iletkenin kesitinden 1 saniyede 1 C luk yük geçmesi anlamına gelir. (Yük miktarı elektron sayısıyla karıştırılmamalıdır. 1e = 1,6x10-19 C dur.) Elektrik akımının yönü elektronların hareket yönünün Tersi kabul edilir. Şekilde görüldüğü gibi elektronlar Pilin eksi ucundan çıkıp artı ucuna doğru hareket ederken Akımın yönü pilin artı ucundan eksi ucuna doğrudur. Not: İletken üzerindeki elektronların hareketi sanıldığının aksine oldukça kısıtlıdır. İletken tel üzerinde bir elektron 1 saatte yaklaşık 1 metre yolu ancak alabilmektedir. Hızın bu kadar küçük olmasına rağmen düğmeye bastığımız anda lambanın yanmasını şöyle açıklayabiliriz. Tamamen su dolu borunun bir ucundan bir damla su ilave edilirse diğer uçtan bir damla su çıkışı olacaktır. İletkenin bir ucundaki elektronun hareketi diğer uçtaki elektronu harekete geçirecek ve böylece akımın hızı çok yüksek olacaktır. Elektrikle çalışan aletler elektronların pilden aldığı elektrik enerjisinin dönüşümünü yaparlar. Örneğin bir ampul elektrik enerjisini ısı ve ışık enerjisine dönüştürürken, saç kurutma makinesi ısı ve hareket enerjisine dönüştürür. Bu dönüşüm esnasında devredeki elektron sayısında bir değişiklik olmaz. Elektrik devrelerinde tüketilen elektrik akımı veya yükler değil elektrik enerjisidir. Soru Suyun elektrolizi deneyinde devreden 5 saniye boyunca 2 amperlik akım geçmektedir. Devreden geçen yük miktarını, açığa çıkan hidrojen gazının hacmini ve açığa çıkan oksijen gazının hacmini bulunuz. q =i x t olduğundan q = 2x5 olur. q = 10 C Devreden 1 C luk yük geçtiğinde 0,06 cm 3 oksijen gazı ve 0,12 cm 3 hidrojen gazı toplanacağından ; 10 C luk yük geçtiğinde 10 x 0,06 = 0,6 cm 3 oksijen gazı ve 10 x 0,12=1,2 cm 3 hidrojen gazı toplanır. 27

28 Elektrik Akımının Ölçülmesi Elektrik akım şiddeti ampermetre ile ölçülür. Ampermetreler devreye seri bağlanırlar ve iç dirençleri çok küçüktür. İdeal bir ampermetrenin iç direnci sıfır kabul edilir.( Hesaplamalar yapılırken ampermetrenin iç direnci sıfır olarak alınacaktır). Analog ve dijital çeşitleri vardır. Şimdi de elektrik akımının katı, sıvı ve gazlarda nasıl gerçekleştirildiğine bakalım. Katılarda Elektrik Akımı: Metallerde elektrik akımı elektronlar tarafından oluşturulur. Metaller üzerlerinde serbest elektron bulundurduklarından iyi iletkenlerdir. Sıvılarda Elektrik Akımı: Sıvılarda elektrik akımı hem pozitif yüklü iyonlar hem de negatif yüklü iyonlar tarafından sağlanır. Daha önce belirtildiği gibi saf su elektrik akımını iletmezken su içerisine asit, baz ve tuz gibi iyonlarına ayrışarak çözünebilen maddeler eklendiğinde elektrik akımını iletir.( Suda şeker çözündüğünde elektrik akımını iletmez; çünkü şeker iyonik değil moleküler olarak çözünür.) Gazlarda Elektrik Akımı: Gazlar normalde yalıtkandırlar. Uygun şartlar altında iletken hale geçerler. İletkenlik sıcaklıkla doğru basınçla ters orantılıdır. Gazlarda elektrik akımı hem elektronlar hem de iyonlar tarafından sağlanır. Akımın büyüklüğü hesaplanırken pozitif ve negatif yüklerin mutlak değerleri toplanarak zamana bölünür. Yani pozitif ve negatif yükler birbirini nötürlemez. Yalıtkan Madde: Cam, porselen, plastik, ebonit, saf su, kuru hava, iyonlaşmamış gazlar ve odun gibi maddeler yukarıda anlatıldığı gibi yüklerin hareketine izin vermezler. Böyle maddelere yalıtkan madde denir. 28

29 Soru Şekildeki elektriksel deşarj tüpünün A kesitinden 2 saniyede elektron sola doğru tane hidrojen iyonu ise sağa doğru geçiyor. Akımın büyüklüğünü ve yönünü bulunuz. (1e = 1,6x10-19 C) Akımın yönü eksi yüklerin hareket yönünün tersi yani artı yüklerin hareket yönüdür. Dolayısıyla akımın yönü sağa doğrudur. yük Akım şiddeti = zaman i = q elektron +q hidrojen iyonu t i = ( ) )(1, ) C 2 i = 8 amper SORULAR Soru 1 Soru 2 Soru 3 Soru 4 1-C, 2-A, 3-C, 4- i1 = i3 > i2 29

30 Potansiyel Fark (Gerilim) Şekildeki gibi şelalede suyun akışının inceleyelim. Şelalenin üst kısmındaki su tanecikleri yüksekliklerinden dolayı bir potansiyel enerjiye sahiptir. Su tanecikleri aşağı indikçe potansiyel enerjileri azalır ve hareket enerjisine dönüşür. Su taneciklerinin hareketini sağlayan şey yükseklik farkıdır. Yukarıdaki şekillerde yapılan karşılaştırmalardan anlaşılacağı üzere elektrik yüklerinin harekete geçebilmesi için potansiyelleri farklı iki nokta gerekmektedir. Bir elektrik yükünün bir noktadan başka bir noktaya taşınması için harcanması gereken enerjinin (yapılan iş) ölçüsüne iki noktanın potansiyel farkı veya iki nokta arasındaki gerilim (voltaj) denir. Evlerimizde kullandığımız elektrik enerjisini prizlerden alırız. Prizde bulunan iki delikten birinde yüksek potansiyel farkı diğerinde ise düşük potansiyel fark vardır. Fiş prize takıldığında yüksek potansiyel farktan düşük potansiyel farka doğru elektrik akımı oluşur ve elektrikli araçlarımız çalışır. Günlük hayatımızda kullandığımız diğer önemli gerilim kaynağı ise piller ve akülerdir. Bunlara kısaca elektromotor kuvveti (emk) ya da üreteç denir. Üretecin uçları arasındaki emk değeri ε ile gösterilir ve birimi volttur. Piller yapılarındaki kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler. Pillerin devredeki sembolü şekildeki gibidir. Pillerin de artı ve eksi olmak üzere iki ucu vardır. Artı uç yüksek potansiyelin olduğu noktayı eksi uç ise düşük potansiyelin olduğu noktayı göstermektedir. Cep telefonu bataryaları Akü 30 Pil çeşitleri

31 Potansiyel Farkın Ölçülmesi Potansiyel fark voltmetre ile ölçülür. Voltmetrenin iki ucu devrede hangi iki nokta arasına dokundurulursa o noktalar arasındaki potansiyel farkı ölçer. Voltmetreler devreye paralel bağlanır iç dirençleri çok büyük kabul edilir. Çok büyük iç dirence sahip oldukları için üzerlerinden akım geçmez. Analog ve dijital çeşitleri vardır. Dijital ve analog voltmetre Soru 1 SORULAR Soru 3 Soru 2 1-A, 2-C, 3-B 31

32 DİRENCİN BAĞLI OLDUĞU DEĞİŞKENLER Deneyde kullanılacak malzemeler Direnç tahtası, güç kaynağı, ampermetre, kablolar Deneyin yapılışı 1- Güç kaynağına, seri olarak ampermetreyi ve direnç tahtasındaki bir teli seri olarak bağlayınız. Sonra güç kaynağını açarak ampermetrede okunan değerleri ölçünüz. Son olarak aynı işlemi telin boyu kısalacak şekilde farklı noktalardan ölçüm alınız. Gözlemlerinizi not alınız. 2- Birinci kısımda olduğu gibi devreyi kurunuz. Bu kez, aynı cins ve aynı boyda olup farklı kalınlıktaki iki tel için akım ölçümü yapınız. Gözlemlerinizi not alınız. 3- Birinci ve ikinci kısımda yaptığınız deneyi, aynı boy ve kalınlığa sahip farklı cins iki tel için tekrarlayınız. Gözlemlerinizi not alınız. Sorular 1) Bir iletkenin direnci nelere bağlıdır? 2) İletkenin boyunun veya kesitinin değişmesi iletkenin cinsini neden etkiler? 3) Demir mi bakır mı daha iyi iletkendir? 32

33 DİRENÇ Katılarda elektrik akımının serbest elektronların hareketiyle gerçekleştirildiğini biliyoruz. Elektronlar hareketleri sırasında diğer yük ve atomlarla çarpışırlar. Bu çarpışmalar elektronların hareketini zorlaştırır. Elektrik akımına karşı gösterilen bu zorluğa Elektrik devrelerinde kullanılan dirençler direnç denir. Birimi ohm dur. Kısaca Ω ile gösterilir. R harfi ile gösterilir. Direnç ölçer (ohmmetre) ile ölçülür. Şekilde devrelerde kullanılan direnç ve direncin devre sembolü gösterilmiştir. Bir iletkenin direnci R = ρ l ifadesiyle bulunur. A ρ (ro) özdirenç. İletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır. Bu durumu otomobillerin asfalt yolda ve toprak yolda karşılaştığı zorluğa benzetilebilir. l (m) iletkenin boyuyla doğru orantılıdır. Otomobilin alacağı yol uzadıkça karşılaşacağı zorluklar da artacaktır. A (m 2 ) iletkenin kesit alanı yani kalınlığıyla ters orantılıdır. Yolların geniş olması trafik sıkışıklığını önler, araçların hareketi kolaylaşır. 33

34 Özdirenç (ρ): Birim kesit alanına sahip bir iletkenin birim uzunluğunun direncine özdirenç denir. Maddeler için ayırt edici bir özelliktir. SI birim sisteminde özdirenç birimi Ω.m dir. Tabloda bazı metallerin özdirençleri verilmiştir. Özdirenci düşük olan metaller iyi iletkendir. Soru Uzunlukları, kesit alanları ve özdirençleri verilen şekildeki X, Y ve Z iletkenlerinin dirençleri Rx, Ry ve Rz dir. Buna göre Rx, Ry ve Rz arasında nasıl bir ilişki vardır? Verilen değerler R = ρ l A denkleminde yerine yazılır ise; Rx = 2ρ 2l S Ry = ρ l 2S Rz = ρ 2l 2S Bu durumda Rx> Rz >Ry Reosta: Evlerimizde kullandığımız bazı aydınlatma cihazlarında ışık şiddetinin artırılıp azaltılması, vantilatörün veya saç kurutma makinesinin çalışma hızının değiştirilmesi devredeki elektrik akımının artırılıp azaltılmasıyla gerçekleştirilir. Devredeki elektrik akımının artırılıp azaltılması ise direnç değerinin değiştirilmesiyle yapılır. Ayarlanabilir dirençlere reosta denir. Şekilde bir reosta ve reostanın devredeki sembolü gösterilmiştir. Şekildeki reostanın sürgüsü sola doğru çekilir ise direnç azalır ve devredeki akım şiddeti artar, sağa doğru çekildiğinde ise direnç artar ve akım şiddeti azalır. Soru 34

35 SORULAR Soru 1 Soru 2 Soru 3 Soru 4 Soru 5 Soru 6 1-6, 2- R/4, 3-E, 4-E, 5-C, 6-E 35

36 OHM YASASI Deneyde kullanılacak malzemeler Güç kaynağı, direnç, ampermetre, voltmetre, bağlantı kabloları Deneyin yapılışı 1- Şekildeki devreyi kurunuz. 2- Devreyi çalıştırıp, güç kaynağından kademeli olarak potansiyel farkı arttırarak ampermetredeki ve voltmetredeki değerleri aşağıdaki tabloya kaydediniz. Potansiyel fark (V) Akım şiddeti (I) 1. deneme 2. deneme 3. deneme 3- Yukarıdaki tabloda, potansiyel farkın akıma oranını ( V ) her bir deneme için hesaplayınız. Sonuç I olarak ne buldunuz? 4- Yaptığınız deneyi kısaca defterinize özetleyip, elde ettiğiniz çıkarımları yazınız. Sorular 1) Yaptığınız deney sonucunda potansiyel fark, akım şiddeti ve direnç için bir formül elde edebilir mi? 36

37 ELEKTRİK DEVRELERİ Düzenli ve kesintisiz elektrik akımı elde etmek için elektrik devreleri kullanılır. Basit bir elektik devresinde üreteç, lamba (direnç), anahtar ve bağlantı kabloları kullanılır. Akım üretecin pozitif ucundan çıkarak devre elemanlarının üzerinden geçer ve üretecin negatif ucuna gelir. Elektrik akımını istediğimiz zaman başlatmak ve sonlandırmak için anahtar kullanılır. Yukarıdaki karşılaştırmada basit bir elektrik devresindeki elektrik akımının, mekanik bir sistemde su akışına benzetilmiştir. Pompa pile, su boruları iletken tellere, vana anahtara, kıvrımlı boru dirence ve boruları tamamen doldurmuş olan su tanecikleri elektronlara benzetilmiştir. Ohm Kanunu Şekildeki devrede R direncinin üzerinden akım geçmekte olup Voltmetre üzerinden bir V değeri ve ampermetre üzerinden bir A değeri okunmaktadır. Üretecin gerilimi artırıldığında voltmetrede okunan gerilim değeri ile ampermetrede okunan akım değeri de artmaktadır. Voltmetrede okunan değerin ampermetrede okunan değere oranı sabit olmaktadır. Buna göre ohm kanunu: Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın iletkenin üzerinden geçen akıma oranı sabittir ve bu iletkenin direncini verir. Direnç = Gerilim Direnç R, gerilim V ve akım i ile gösterildiğinde R= V Akım i yazılabilir. Yaygın kullanım olarak da V= i.r kullanılır. 37

38 Gerilimin akıma bağlı grafiği şekilde gösterildiği gibi doğrusal olmaktadır. Grafiğin eğimi ; tanα = V i değeri iletkenin direncini verir. Bura durumda i, V ve R arasında ; şekilde gösterildiği gibi grafikler çizilebilir. Grafiklerden de görüldüğü gibi akımın artması direncin büyüklüğünü değiştirmez çünkü aynı oranda gerilimde artış olmuştur. Benzer şekilde gerilimin artması direncin büyüklüğünü değiştirmez çünkü aynı oranda akımda artış gerçekleşmiştir. Direncin büyüklüğü daha önce belirtildiği üzere maddenin cinsine, boyuna ve kesit alanına bağlıdır. Soru Soru Soru 38

39 SORULAR Soru 1 Soru 2 Soru 3 Soru 4 Soru 5 Soru 6 1-D, 2-E, 3-E, 4-C, 5-A, 6-C 39

40 Eşdeğer Direnç Hesaplama İki veya daha fazla direncin yaptığı işe tek başına yapan dirence eşdeğer direnç veya bileşke direnç denir ve kısaca Reş olarak gösterilir. Dirençlerin Seri Bağlanması Dirençlerin uç uca eklenmesiyle elde edilen bağlama şekline seri bağlama denir. Dirençlerin birer uçları ortak olacak şekilde ard arda bağlanırlar. Seri bağlı dirençlerin üzerinden geçen akım şiddetleri birbirine eşittir. I = I1 = I2 = I3 Her bir direncin uçları arasındaki potansiyel farkların toplamı; dirençlerin tamamının iki ucu arasındaki potansiyel farka eşittir ve bu değer aynı zamanda pilin uçları arasındaki potansiyel farkı verir. V = V1+V2+V3 Seri bağlı dirençlerin yerine kullanılabilecek tek dirence eşdeğer direnç veya toplam direnç denir ve kısaca Reş ile gösterilir. I Reş = I1R1+I2R2+I3R3 Reş = R1 + R2 + R3 Seri bağlı dirençlerin eşdeğeri dirençlerin toplamına eşittir. Seri bağlı ampullerden (dirençlerden) eşit akım geçtiği için direnci büyük olan ampul daha parlak yanar. Seri bağlı ampullere yeni bir ampul daha seri olarak bağlanırsa devrenin eşdeğer direnci artacak ve böylece akım azalacaktır. Bu durumda ampullerin parlaklıkları da azalır. 40

41 Soru Soru Soru 41

42 Dirençlerin Paralel Bağlanması Dirençlerin birer uçları aynı noktada birleşecek şekilde yapılan bağlama şekline paralel bağlama denir. Ana koldan gelen I akımı şekilde üç kola ayrılarak I1, I2 ve I3 akımlarını oluşturmaktadır. I = I1 + I2 + I3 Paralel bağlı dirençlerin uçları arasındaki gerilimler birbirine eşittir. V = V1=V2=V3 V R eş = V R 1 + V R 2 + V R 3 1 R eş = 1 R R R 3 Paralel bağlı dirençlerin eşdeğeri devredeki en küçük dirençten daha küçüktür. Paralel bağlı ampullerin parlaklıkları dirençleriyle ters orantılıdır. Yani direnci küçük olan ampul daha parlak yanar. Evlerimizdeki bütün elektrikli araçlar, lambalar, prizler vs. hepsi birbirine paralel bağlanmıştır. Elektrikli araçlardan biri arızalandığında diğer elektrikli araçlar çalışmaya devam eder. Eğer seri bağlamış olsaydık örneğin bir ampul patladığında artık üzerinden akım geçmeyecek ve böylece devre anahtarın açık olduğu bir devreye dönüşecek diğer elektrikli araçların üzerinden de akım geçmeyecektir. 42

43 Soru Soru Soru 43

44 Soru Soru 44

45 Soru Soru 45

46 Soru Kısa Devre: Bir elektrik devresinde akımın dirençli yol yerine dirençsiz yolu tercih etmesine kısa devre denir. Şekildeki devrede akım K lambasının üzerinden geçmek yerine K lambasının çevresine sarılı olan iletken telden geçer ve K lambası yanmaz. Kısa devreyi bulmanın kolay bir yolu ise harflendirme sistemidir. Harflendirmeler yapıldığında bir devre elamanının iki ucu da aynı 46

47 nokta oluyorsa o devre elamanı kısa devre olur. Çünkü akımın geçmesi için iki nokta arasında bir potansiyel farkın olması gerekiyor. İki nokta aynı potansiyelde olacağından akım geçmeyecektir. harf Şekildeki devrede kısa devre olan direnci bulalım. Devre üzerinde harflendirme yapılır ise: R1 direncinin üki ucununda K Noktası olduğu görülecektir. Bu yüzden R1 nın üzerinden akım geçmez ve R1 direnci kısa devre olur. Harflendirme yaparken iletken tel üzerinde hareket edilir ve tellerin kesişim noktaları harflerle isimlendirilir. Bir devre elemanıyla karşılaşmadığımız sürece iletken tel üzerindeki her noktaya aynı harf verilir. Ampermetrenin iç direnci sıfır kabul edildiği için ampermetrenin iki ucu da aynı nokta alınır. Harflendirme yaparken voltmetreyi devreden çıkarmak kolaylık sağlayacaktır. Soru 47

48 Soru 48

49 SORULAR Soru 1 Soru 2 Soru 3 Soru 4 Soru 5 Soru 6 Soru 7 Soru 8 49

50 Soru 9 Soru 10 Soru 11 Soru 12 Soru 13 Soru 14 Soru 15 Soru 16 50

51 Soru 17 Soru 18 Şekildeki otomobilin farları birbirine nasıl bağlanmıştır? Neden? 1-B, 2-B, 3-B, 4-E, 5-C,6-C,7-B,8-A, 9-E, 10-D, 11-E, 12-E, 13-A, 14-B, 15-C, 16-D, 17- K ve L (R 1), L ve N ( R2 ), L ve M (R5), M ve P (R3), N ve P (R4), P ve S (R6), K ve S (Dirençlerin tamamı), 18- Paralel bağlanmıştır. Böylece farlardan birinde arıza olduğunda diğerleri yanmaya devam eder. 51

52 VİDEO-1 Soru: Aşağıdaki soruyu harflendirme metodu ile çözünüz. 52

53 PİLLERİN (ÜRETEÇLERİN) BAĞLANMASI Bir elektrikli aracın çalışması için iki ucu arasında yeterli bir potansiyel farkın olması gerekir. Ancak 1,5 V luk pille yaktığımız bir ampulün ucuna arka arkaya bağlanmış 2 tane 1,5 V luk pil bağlanırsa ampulün parlaklığının arttığını görürüz. O halde elektrikli araçların verimli çalışması için yalnızca potansiyel fark uygulamak yetmez, aynı zamanda uygun potansiyel fark uygulamak gerekir. Örneğin saatlerde, fenerlerde, oyuncak arabalarda, cep telefonlarında, bilgisayarlarda vs. farklı farklı piller ve bataryalar kullanırız. Kimi 1,5 V, kimi 6 V ve kimi 9 V ile çalışır. Çünkü bu elektrikli araçlar üretilirken en verimli olarak kaç volt ile çalışacakları hesaplanmış ve ona göre üretilmiştir. Birden fazla pil uç uca bağlanarak (seri bağlama) veya yan yana bağlanarak (paralel bağlama) kullanım amacına göre yeni bataryalar elde edilebilir. Bu bağlanış şeklini kullanış amacı belirler. Pilleri seri bağlayarak potansiyel farkı artırırken paralel bağlayarak tükenme sürelerini uzatabiliriz. Pillerin Seri Bağlanması: Yukarıdaki şekillerde seri bağlı 3 pil ve bunların sembollerle gösterimi verilmiştir. Seri bağlama bir üretecin potansiyel farkının elektrikli aracı çalıştırmakta yetersiz olduğu durumlarda kullanılır. Örneğin 6 V ile çalışan bir radyoyu 1,5 V bir pil çalıştıramaz. Radyoyu çalıştırmak için 4 tane 1,5 V luk pil seri olarak bağlanmalıdır. Şekilde K ile L noktaları arasındaki eşdeğer gerilim VKL= V1+V2+V3 kadar olur. Lambanın direnci R kadar ise devrede dolaşan akım ohm yasasıyla: VKL= i.r bağıntısıyla hesaplanır. Seri bağlı pillerin her birinden eşit miktarda akım geçer. Seri bağlı pil sayısı arttıkça devredeki akım dolayısıyla lambanın parlaklığı artar. Bu artırma işlemi sınırsız değildir. Belli bir değerden sonra ampulün teli kopabilir. 53

54 Piller seri ve ters olarak da bağlanabilir. Şekildeki üreteçler birbirlerine seri ters bağlanmıştır. Toplam potansiyel fark VKL= lv1 - V2l şeklinde bulunur. Soru Soru Soru 54

55 Pillerin Paralel Bağlanması: Pillerin + uçları bir noktada ( K noktası ) uçları ise başka bir noktada ( L noktası ) olacak şekilde yapılan bağlama şekline paralel bağlama denir. Paralel bağlı piller özdeş olmalıdır. Eğer özdeş olmaz ise devreden akım geçmez üreteçlerden birbirlerine akım geçişi olur. Bu akım geçişi pillerin potansiyelleri birbirlerine eşit oluncaya kadar devam eder. Bu durum pillerin tükenmesine neden olur. Şekilde K noktası ile L noktası arasına paralel bağlanmış 3 pil ve bunların sembollerle gösterimi verilmiştir. K ile L noktaları arasındaki eşdeğer gerilim VKL = V1 = V2 = V3 olur. Lamba üzerinde geçen akım şiddeti i = i1+i2+i3 olur. Devredeki piller özdeş i olduğundan i1 = i2 = i3 = 3 olur. i akımının büyüklüğü ohm yasasıyla VKL= i.r bulunur. Paralel bağlamanın özelliği lambanın çektiği akım üreteçler tarafından paylaşılır. Paralel bağlı üreteç sayısı arttıkça üreteçlerden çekim azalır ve üretecin kullanım ömrü artar. Seri bağlı pil sayısı arttıkça devreden geçen akım şiddeti artar ve pillerin ömrü azalır. Paralel bağlı pil sayısı arttıkça devreden geçen toplam akım değişmezken her bir üreteç üzerinden çekilen akım azalacağı için üreteçlerin ömrü artar. 55

56 Soru Soru Soru 56

57 Pillerin Tükenme Süresi: Pillerin tükenme süresi pilin üzerinden geçen akımla ters orantılıdır. Soru Soru Pillerin (Üreteçlerin) İç Direnci: Üreteçlerin üzerinden akım geçtiği zaman üreteçlerin iç direncinden dolayı üreteçte potansiyel düşmesi meydana gelir. İç direnç şekilde görüldüğü gibi üretece seri bağlı bir direnç gibi düşünülebilir. İç direnç küçük r harfi ile gösterilir. Üretecin üzerinden akım geçmediğinde üretecin uçları arasındaki potansiyel fark: V = ε olur. Üretecin üzerinden akım geçtiğinde ise potansiyel fark: V = ε i.r olur. 57

58 Soru Soru Soru 58

59 Soru 1 SORULAR Soru 2 Soru 3 Soru 4 Soru 5 Soru 6 1-E, 2-E, 3-B, 4-A, 5-A, 6-E 59

60 LAMBALARIN PARLAKLIĞI Bir elektrik devresinde lambanın yanabilmesi için üzerinden akım geçmesi gerekmektedir. Şekil I deki devre kapalı oluğu için lamba üzerinden akım geçer ve lamba yanar. Şekil II deki devrede ise anahtar açık olduğundan devre de açık devredir ve lamba üzerinden akım geçmeyeceği için lamba yanmaz. Yani üretecin + ucundan çıkan akımın devreyi dolandıktan sonra üretecin ucuna gelmesi gerekir. Ayrıca yanda görüldüğü gibi lambanın kısa devre olması Bbbbb durumunda lamba gene yanmaz. Akım X lambasının üzerinden geçmek yerine lamba üzerindeki dirençsiz telden geçecek ve lamba yanmayacaktır. Yukarıda anlatılanların yanında lambanın yanması için gerekli şartlardan birisi de üretecin yeterli potansiyel far sağlaması gerekliliğindir. O halde bir devrede lambanın yanması için; 1- Üretecin yeterli gerilim sağlaması gerekir. 2- Devrenin kapalı devre olması gerekir. 3- Lambanın kısa devre olmaması gerekir. Soru 60

61 Soru Lambaların Parlaklığı a) Özdeş Lambaların Parlaklığı Lambaların parlaklıkları lambaların gücüne bağlıdır. Ünitenin ilerleyen kısmında elektriksel güç ifadesinden bahsedilecektir. Bu konuda yalnızca özdeş lambaların güçleri (parlaklıkları) üzerinde durulacağından güç ifadesinden bahsedilmeyecektir. Özdeş lambaların parlaklıkları kıyaslanırken: a) Lambalar üzerinden geçen akıma bakılacaktır. Üzerinden fazla akım geçen lamba daha parlak yanacaktır. b) Lambaların uçları arasındaki potansiyel farklara bakılacaktır. Hangi lambanın üzerindeki potansiyel fark fazla ise o lamba daha parlak yanacaktır. Soru 61

62 Soru Soru b) Özdeş Olmayan Lambaların Parlaklığı Özdeş olmayan lambaların parlaklığı bulunurken daha önceden bahsedildiği üzere lambanın gücüne bakılacaktır. Güç ifadesi; P = V x i, P = i 2 x R veya P = v2 R şeklinde gösterilir. Soru 62

63 Soru Soru 63

64 Soru Soru 64

65 SORULAR Soru 1 Soru 2 Soru 3 Soru 4 Soru 5 Soru 6 Soru 7 Soru 8 65

66 Soru 9 Soru 10 Soru 11 Seri bağlı iki ampulden direnci büyük olan mı yoksa direnci küçük olan mı daha parlak yanar? Hangisi daha fazla enerji harcar? Cevap 11 Soru 12 Paralel bağlı iki ampulden direnci büyük olan mı yoksa direnci küçük olan mı daha parlak yanar? Hangisi daha fazla enerji harcar? Cevap 12 1-D, 2-B, 3-B, 4-C, 5-D, 6-E, 7- C, 8-D, 9-B,10-B 11- Seri bağlı ampullerden eşit miktarda akım geçer. P = i 2 x R olduğundan direnci büyük olan parlak yanar. E= P x t olduğundan direnci büyük olan yani gücü büyük olan daha fazla enerji harcar. 12- Paralel bağlı ampullerin potansiyelleri eşittir. P = v2 olduğundan direnci küçük olan parlak yanar. R Direnci küçük olanın gücü fazladır. E= P x t olduğundan direnci küçük olan yani gücü büyük olan daha fazla enerji harcar. 66

67 Video-2 Soru: Luigi Galvani kimdir ve elektrik ile ilgili ne bulmuştur? Soru: Alessandro Volta kimdir ve elektrik ile ilgili ne bulmuştur? 67

68 KİRCCOFF YASALARI Basit elektrik devrelerinde akım, gerilim ve direnç hesaplamaları ohm yasası ile yapılabilmektir. Oysa birden fazla kapalı devre içeren karmaşık devrelerde ohm yasası yetersiz kalmaktadır. Alman fizikçi, Gustav Robert Kirchoff (Gustav Rabırt Kirşof,) 1845 te elektrik devrelerinde akım, gerilim ve dirençlerin hesaplanmasına olanak sağlayan ve günümüzde Kirchoff Kanunları olarak bilinen kanunları ortaya koydu. Bu yasalar, elektrik yükünün ve enerjinin korunumu ilkelerine dayanır. 1. Kirccoff un Akımlar Kanunu: Kapalı bir devrenin her hangi bir bağlantı noktasına gelen akımların toplamı bu bağlantı noktasından çıkan akımların toplamına eşittir. I1+I2=I3+I4+I5 Soru 2. Kirccoff un Gerilim Kanunu: Kapalı bir elektrik devresindeki pil, üreteç gibi enerji kaynaklarının gerilimleri toplamı, bu devredeki dirençler, motorlar vb. araçlar üzerinde oluşan gerilim düşmeleri toplamına eşit olduğunu ifade eder. Kısaca, kapalı bir devre boyunca, potansiyel farklarının cebirsel toplamı sıfırdır, şeklinde ifade edilir. Bu yasa, enerjinin korunumu ilkesine dayanır. Enerji kaynaklarının akımı taşıyan yüklü parçacıklara aktardığı enerjilerin toplamı, bu parçacıklar tarafından harcanan enerjilerin toplamına eşittir. Bir başka 68

69 ifadeyle üreteçlerin ürettiği enerjilerin toplamı, tüketicilerin (direnç, motor vb.) tükettiği enerjilerin toplamına eşittir. Şekildeki kapalı devre için yazılan gerilimler kanunu denklemi, V1 + V2 = i R1 + i R2 + i R3 biçiminde bir eşitlikle ifade edilir. Üreteçler ters bağlı olursa yani, kabul edilen akım yönüne ters yönde akım üretirse gerilim değerinin negatif ( ) olacağı açıktır. Çünkü böyle bir durumda üretici değil tüketici gibi davranır. SORULAR Soru 1- Kirccoff un akımlar kanunu nedir? Soru 2- Kirccoff un gerilimler kanunu nedir? Soru 3- Kirccoff kanunları hangi tür elektrik devrelerinin çözümünde yaygın olarak kullanılır? Soru 4 69

70 ELEKTRİKSEL ENERJİ VE ELEKTRİKSEL GÜÇ Şekilde; üreteç (pil), elektrik motoru, ampermetre ve voltmetreden oluşan bir devre verilmiştir. Ampermetre elektrik motoru üzerinden geçen akımı, voltmetre ise elektrik motorunun uçları arasındaki potansiyel farkı ölçmektedir. Bu iki değer yardımıyla elektrik motorunda harcanan elektrik enerjisini hesaplayalım. Ampermetrenin gösterdiği değer 2 Amper ve Voltmetrenin gösterdiği değer10 Volt olsun. 2 amper demek; elektrik motorunun üzerinden 1 saniyede 2 coulombluk yük geçtiği anlamına gelir. ( i= q coulomb ) (amper = ) t saniye 10 volt değeri ise 1 coulomb yükün elektrik motorundan geçerken 10 joullük enerji harcandığı anlamına gelir. Elektrik motorundan 1 saniyede 2 C yük geçtiğine göre; 1 saniyede harcanan enerji : 2 x 10 = 20 joule olur. 3 dakikada (3 x 60 = 180 saniye) harcanan enerji ise: 20 x 180 = 3600 joule olur. Birim zamanda harcanan enerjiye güç denilir. ( Güç = Enerji zaman ) ( P = E t ) Güç P harfi ile gösterilir ve birimi watt tır. P = joule saniye = Watt olur. 1 kilowatt = 103 watt tır. ( 1 kw = 10 3 W ) O halde joule = watt x saniye ( E= P x t) olarak ifade edebiliriz. Evlerimizde kullandığımız elektrik enerjisi büyük değerlerde olduğundan ; Watt x saniye yerine kilowatt x saat olarak hesaplanır. 1 saniyede harcanan elektrik enerjisi = potansiyel fark x akım şiddeti P = V x i ifadesi elektriksel gücü verir. Bu ifade ohm yasası yardımıyla ( V = i x R ); P = i 2 x R ve P = v2 R şeklinde de ifade edilebilir. Birim zamanda harcanan enerji V x i ise; t sürede harcanan enerji :E = V x i x t şeklinde ifade edilebilir. 70

71 Soru Soru Soru Çözü Soru 71

72 Soru: Şekilde verilen devrede; üretecin potansiyeli 25 V iç direnci 1 Ω ve lambanın direnci 4 Ω dur. a) Ampermetrenin gösterdiği değeri bulunuz b) Voltmetrenin gösterdiği değeri bulunuz c) Lambanın gücünü bulunuz. d) Lambanın 1 saatte harcadığı enerjiyi bulunuz e) Elektriğin birim fiyatı ( kw x sa ) 4 kuruş ise, günde 5 saat yanan lamba için ödenecek ücreti hesaplayın : a) V = i x R eş olduğundan 25 = i x (4 + 1 ) i = 5 A b) V = i x R olduğundan V = 5 x 4 V= 20 V c) P = i x V olduğundan P = 5 x 20 P = 100 W ( 0,1 kw ) d) E = i x V x t (i x V = P ) olduğundan E = P x t, E =100 x 1 x 60 x 60 E = joule = watt x saniye Veya E = P x t, E = 0,1 kw x 1 sa = 0, 1 kw x sa e) 1 günde tüketilen enerji: 0,1 kw x 5 = 0,5 kw x sa 1 aydan tüketilen enerji: 0,5kW x 30 = 15 kw x sa 1 kw x sa 4 kuruş ise: 15 x 4 = 60 kuruş eder. 60 kuruş ise 0,6 TL dir. Soru Gücü 100 W olan bir televizyon günde 8 saat çalışırken, gücü 4000 W olan bir ütü 2 saat çalıştırılmaktadır. Elektriğin kw x sa değeri 400 kuruş ise bir günlük tüketilen enerji için ödenecek tutar kaç TL dir? (Soruyu çözümüne bakmadan çözmeye çalışınız, çözemediğiniz takdirde çözümü inceleyiniz) : Tv Ütü E = P x t E = 100x10-3 x8 E = 0,8 kwxsa E = P x t E = 4000x10-3 x8 E = 8 kwxsa E toplam = 0,8 + 8= 8,8 kwxsa Ödenecek tutar = 8,8 x 40 =352 kuruş =3,52 TL 72

73 NOT: Her elektrikli aracın en verimli şekilde çalıştığı bir potansiyel fark değeri vardır. Örneğin bir oyuncak araba için bu değer 9 volt iken, televizyon için 220 volttur. Ülkemizde şehir gerilimi 220 volt olduğundan kullandığımız elektrikli araçların düzenli ve verimli çalışması için üretimlerinde bu 220 volt değeri dikkate alınır. Elektrikli araçların tamamı bir güce sahiptir ve bu güçle doğru orantılı olarak elektrik enerjisi tüketirler. 100 Watt gücündeki ampul de enerji harcar, 4000 watt gücündeki ütü de enerji harcar. Eşit çalışma sürelerinde ütünün harcadığı enerji ampulün harcadığı enerjinin 40 katıdır. SORULAR Soru 1 Elektriksel enerji ile elektriksel güç arasında nasıl bir ilişki vardır? Cevap 1 Soru 2 Evlerimizde elektrik sayaçlarında okunan elektrik enerjisi birimi nedir? Cevap 2 Soru 3 Gücü 200 Watt olan bir sokak lambası günde ortalama 12 saat yanmaktadır. Lambanın 1 ayda tükettiği enerji kaç kw.h olur? Cevap 3 Soru 4 Bir fırının kullanma kılavuzunda 220 V ve 20 A yazmaktadır. Fırın akşam yemeği pişirmek için 2 saat kullanılmıştır. Elektriğin 1 kw.sa fiyatı 50 kuruş ise yemek için harcanan elektrik enerjisinin maliyeti kaç TL dir? Cevap 4 Soru 5 Soru 6 73

74 Soru 7 Soru 8 1- ( E= P x t), 2- kilowatt x saat (kwh), 3-72 kwh, 4-4,4 TL, 5- B, 6-C, 7-D, 8-A 74

75 ENERJİNİN KORUNUMU, ENERJİNİN DÖNÜŞÜMÜ VE ENERJİ TASARRUFU Enerjinin; mekanik ( potansiyel enerji, kinetik enerji ) enerji, ısı enerjisi, kimyasal enerji, nükleer enerji, elektrik enerjisi vs. birçok çeşidi vardır. Bu enerji çeşitleri bir durumdan başka bir duruma dönüşebilir ama asla yok olmazlar. Enerji yok olamayacağı gibi yoktan da var edilemez. Örneğin barajlarda depolanan su, potansiyel enerjiye sahiptir. Baraj kapakları açılarak serbest bırakılan su aşağı doğru düşerek kinetik enerji kazanır. ( potansiyel enerji kinetik enerji dönüşümü). Hız kazanmış olan su türbinlere çarparak türbinleri döndürür. ( kinetik enerji kinetik enerji dönüşümü). Jeneratör yardımıyla bu enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. ( kinetik enerji elektrik enerjisi ). Elde edilen elektrik enerjisi evlerimizde fırınlarda ısı enerjisine, saç kurutma makinesinde ses, ısı ve kinetik enerjiye dönüşür. Mikser elektrikli süpürge ve tıraş makinelerinde elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüşür Radyo tv hoparlör gibi araçlarda elektrik enerjisi sese dönüştürülür Güneş pilleri, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürebilmektedir. Pillerin ve akülerin yapısındaki kimyasal enerji kullanım sırasında elektrik enerjisine dönüşür ve bu enerji kullanım yerine göre ısı, ışık, kinetik vb. enerji türlerine dönüşür. Aydınlatmada kullanılan ampullerin içerisinde direnci çok büyük flaman( tungsten tel) bulunmaktadır. Telin üzerinden akım geçtiğinde tel ısınarak akkor hale gelir ve ışık yayar. Ampuller elektrik enerjisini hem ısıya hem de ışığa dönüştürürler. Floresan lambaların içerisinde ise civa gazı bulunur. Elektrik yükleri gaz atomlarıyla çarpışarak ışımaya neden olur. ampullerde elektrik enerjisinin %5 i ışık enerjisine %95 i ise 75

76 Isı enerjisine dönüşmektedir. Floresan lambalarda ise elektrik enerjisinin % 25 i ışık enerjisine dönüşmektedir. Şekildeki led lambalar ise enerji verimliliği açısından floresan lambalardan daha verimlidir ve kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Led lambalar Günümüzde gerek dünyada gerekse ülkemizde enerji ihtiyacı sürekli olarak artmaktadır. Özellikle ülkemizde enerji kaynaklarının sınırlı olmasından dolayı ( petrol, doğal gaz vs ) bizler enerjiyi daha verimli ve tasarruflu kullanmak zorundayız. Elektrikli araç alırken verimine dikkat etmeliyiz. Bir elektrikli aracın verimi; tükettiği enerjinin ne kadarını amacına uygun olarak kullanmasıyla doğru orantılıdır. Yukarıda anlatıldığı üzere ampuller, floresan lambalar ve led lambalar aydınlatma amacıyla kullanılmaktadır. Faka tükettiği enerjinin büyük kısmını ışık yerine ısı enerjisine dönüştürdüğü için ampullerin verimleri düşüktür. Led lambaların ise verimleri yüksektir. Resimde görüldüğü gibi elektrikli araçların verimleri enerji etiketleriyle gösterilmektedir.. Ölçekte A+ ve A olan araçların verimleri diğerlerine göre daha yüksektir. Verim kısaca amaca uygun kullanılan enerjinin kullanılan toplam enerjiye oranı olarak tanımlanabilir. Soru 76

77 SORULAR Soru 1 Enerjinin korunumlu olması ne anlama gelmektedir? Cevap 1 Soru 2 Elektrik enerjisinin dönüşümüne örnekler veriniz. Cevap 2 Soru 1 Soru 2 1-C, 2-C 77