Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Benzer belgeler
Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistem düşünelim. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Tamila ANUTGAN 1

Fizik II Elektrik ve Manyetizma Akım, Direnç ve Elektromotor Kuvvet

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü 7. Hafta. Aysuhan OZANSOY

4 ELEKTRİK AKIMLARI. Elektik Akımı ve Akım Yoğunluğu. Elektrik yüklerinin akışına elektrik akımı denir. Yük

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü Bahar Yarıyılı Bölüm-6 Özeti Ankara Aysuhan OZANSOY

Bölüm 4 Doğru Akım Devreleri. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Güç, enerji ve kuvvet kavramları, birimler, akım, gerilim, direnç, lineerlik nonlineerlik kavramları. Arş.Gör. Arda Güney

DÖRT NOKTA TEKNİĞİ İLE ELEKTRİKSEL İLETKENLİK ÖLÇÜMÜ DENEYİ FÖYÜ

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-2 Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU

DENEY 6 TUNGSTEN FİTİLLİ AMPUL VE YARIİLETKEN DİYOT

Temel Kavramlar. Elektrik Nedir? Elektrik nedir? Elektrikler geldi, gitti, çarpıldım derken neyi kastederiz?

Elektrik Müh. Temelleri

Elektrik Akımı, Direnç ve Ohm Yasası

TEMEL KAVRAMLAR BİRİM SİSTEMİ TEMEL NİCELİKLER DEVRE ELEMANLARI ÖZET

Elektrik Nedir? Elektrik nedir? Elektrikler geldi, gitti, çarpıldım derken neyi kastederiz?

KARARLI HAL ISI İLETİMİ. Dr. Hülya ÇAKMAK Gıda Mühendisliği Bölümü

DENEY FÖYÜ 1: Direnç Ölçme ve Devre Kurulması

FIZ Arasınav 9 Aralık 2017

dq I = (1) dt OHM YASASI ve OHM YASASI İLE DİRENÇ ÖLÇÜMÜ

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ

ELEKTRİK AKIMI Elektrik Akım Şiddeti Bir İletkenin Direnci

Ders 2- Temel Elektriksel Büyüklükler

ELEKTRİK ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

III.5.ELEKTRİK AKIMI, DİRENÇ

Karadeniz Teknik Üniversitesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

2.5. İletkenlerde R, L, C Hesabı İletim Hatlarında Direnç (R) İletim hatlarında gerilim düşümüne ve güç kaybına sebebiyet veren direncin doğru

Direnç ALIŞTIRMALAR

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

5 kilolitre=..lt. 100 desilitre=.dekalitre. 150 gram=..dag g= mg. 0,2 ton =..gram. 20 dam =.m. 2 km =.cm. 3,5 h = dakika. 20 m 3 =.

Enerji Band Diyagramları

Buna göre, bir devrede yük akışı olabilmesi için, üreteç ve pil gibi aygıtlara ihtiyaç vardır.

DENEY FÖYÜ 1: Direnç Ölçme ve Devre Kurulma

ÖĞRENME ALANI : FĐZĐKSEL OLAYLAR ÜNĐTE 3 : YAŞAMIMIZDAKĐ ELEKTRĐK (MEB)

MANYETİK ALAN KAYNAKLARI Biot Savart Yasası

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

Buna göre, bir devrede yük akışı olabilmesi için, üreteç ve pil gibi aygıtlara ihtiyaç vardır.

Chapter 3. Elektrik Devreleri. Principles of Electric Circuits, Conventional Flow, 9 th ed. Floyd

SIĞA VE DİELEKTRİKLER

2014/2 MÜHENDİSLİK BÖLÜMLERİ FİZİK 2 UYGULAMA 4

Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fizik Bölümü Fizik II Dersi Birinci Ara Sınavı

FİZİK II - Final UYGULAMA

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

Manyetik Alan. Manyetik Akı. Manyetik Akı Yoğunluğu. Ferromanyetik Malzemeler. B-H eğrileri (Hysteresis)

ÖĞRENME ALANI : FİZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 2 : KUVVET VE HAREKET

<<<< Geri ELEKTRİK AKIMI

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

AET 113 DOĞRU AKIMI DEVRE ANALİZİ 1. HAFTA

Aşağıdaki formülden bulunabilir. S16-Kesiti S1=0,20 mm²,uzunluğu L1=50 m,özdirenci φ=1,1 olan krom-nikel telin direnci kaç ohm dur? R1=?

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

Hareket Kanunları Uygulamaları

9. ÜNİTE OHM KANUNU KONULAR

9. SINIF FİZİK YAZ TATİLİ ÖDEV KİTAPÇIĞI. MEV Koleji Özel Ankara Okulları

ITAP_FOO Olimpiyat Deneme Sınavı: Elektrik Soruları 1 Başlangıç 24 Temmuz-Bitiş 2 Augost 2013

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-3 Doğru Akım Devreleri Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU

2-MANYETIK ALANLAR İÇİN GAUSS YASASI

Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3 e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar

FTR 205 Elektroterapi I. Temel Kavramlar. yrd.doç.dr. emin ulaş erdem

1. Yarı İletken Diyotlar Konunun Özeti

Ders 3- Direnç Devreleri I

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar.

T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DÖKÜM TEKNOLOJİSİ (MMM 3007) DERSİ ÖDEVİ

ZAMANA BAĞLI ISI İLETİMİ ÖRNEK PROBLEMLER

NOT: Pazartesi da M201 de quiz yapılacaktır.

MAK108 / GMAK108 Temel Elektrik-Elektronik Bilgisi 1. HAFTA

ASİSTAN ARŞ. GÖR. GÜL DAYAN

Bölüm 1 Elektrik Alanları. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

FİZK Ders 5. Elektrik Alanları. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

Problem 2.6 Problem 2.21 Problem 2.23

Prof.Dr.Recep Dimitrov

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

DA DEVRE. Ege Üniversitesi Ege MYO Mekatronik Programı ANALIZI

Problem Çözmede Mühendislik Yaklaşımı İzlenecek Yollar Birimler ve ölçekleme Yük, akım, gerilim ve güç Gerilim ve akım kaynakları Ohm yasası

Elektronik cihazların yapımında en çok kullanılan üç yarıiletken şunlardır,

T.C RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI 1 DERSİ TERMAL İLETKENLİK DENEYİ DENEY FÖYÜ

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE LABORATUVARI TEMEL DEVRE TEOREMLERİNİN UYGULANMASI

Soru No Puan Program Çıktısı 3, ,8 3,10 1,10

İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken

HİDROJEOLOJİ. Gözenekli Ortam ve Akifer Özellikleri. 5.Hafta. Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

Doğru Akım Devreleri

ÖĞRENME ALANI : FİZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 7 : YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

Sensörler. Yrd.Doç.Dr. İlker ÜNAL

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim:

DİRENÇ NEDİR? MELEK SATILMIŞ 190 GAMZE ÖZTEKİN 12

Hava Hattı İletkenlerine Gelen Ek Yükler

ÖLÇME VE ÖLÇÜ ALETLERİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ II FİNAL SINAVI Numara: Adı Soyadı: SORULAR-CEVAPLAR

Elektrot Potansiyeli. (k) (k) (k) Tepkime vermez

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

2. DİRENÇLER : KARAKTERİSTİKLERİ VE CİNSLERİ

Gazların sıcaklık,basınç ve enerji gibi makro özelliklerini molekül kütlesi, hızı ve sayısı gibi mikroskopik özelliklerine bağlar.

6. Kütlesi 600 g ve öz ısısı c=0,3 cal/g.c olan cismin sıcaklığı 45 C den 75 C ye çıkarmak için gerekli ısı nedir?

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

3. HAFTA BLM223 DEVRE ANALİZİ. Yrd. Doç Dr. Can Bülent FİDAN.

04_Nisan _2012 ITAP_Deneme Sınavı

YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

ISI TRANSFER MEKANİZMALARI

Transkript:

Bölüm 27 Akım ve Direnç Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Öğr. Gör. Dr. Mehmet Tarakçı http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.tarakci/ 1/22

Amaçlar 2/22 Bir iletken içinde yüklerin nasıl hareket ettiğini ve akımı anlamak Özdirenci ve iletkenliği anlamak Bir iletkenin direncini hesaplamak Devrelerdeki enerjiyi ve gücü hesaplamak

3/22 Elektrik Akımı Elektrik yüklerinin uzayın bir yerinden başka bir yerine herhangi bir yolla gitmesine elektrik akımı denir. Bir t zaman aralığında A alanından geçen yük miktarı Q ise, ortalama akım (I ort. ); I ort. = Q t Yük akış hızı zamanla değişiyorsa, akımda zamanla değişir; anlık akım, t 0 giderken ortalama akımın limiti olarak tanımlanır. Q I = lim t 0 t = dq dt Akımın SI birim sisteminde birimi ampere (A) olarak tanımlanır. 1 A = 1 C s

4/22 Örnek 27.1 Akım Aşağıda verilen dört bölge için akımı büyükten küçüğe doğru sıralayınız? Akım yönü, pozitif yüklerin yönü olarak alınır ve akım bulunurken, eğer iki yük taşıyıcısı da hareketli ise, akım ikisinin oluşturduğu akımların toplamıdır. I a > I b = I c > I d

5/22 Akım, Sürüklenme Hızı ve Akım Yoğunluğu Şekilde görüldüğü gibi kesit alanı A olan bir iletkeni ele alalım. Eğer n birim hacim başına düşen yük taşıyıcısı sayısı ise, dx kalınlığındaki iletken içindeki yük taşıyıcılarının sayısı, (hacim Adx) nadx olur. Her bir yük taşıyıcısı q yükü taşıyorsa, dx kalınlığındaki yük dq olur, dq = na dx v s dt q dq = n A v s dt q I = dq dt = n A v s q Yük taşıyıcılarının v s hızı, ortalama bir hız olup buna sürüklenme hızı denir. Birim alana düşen akıma j akım yoğunluğu denir. j = I A = nqv s Akım yoğunluğu vektörel bir niceliktir : j = nqv s

6/22 Sürüklenme Hızı (Drift Speed) Gerçekte elektronlar, iletken boyunca doğrusal olarak hareket etmezler. Metal atomlarıyla ard arda çarpışarak, karmaşık zigzag harekeleri yaparlar. Bu çarpışmalar esnasında metal atomlarına enerji aktarılır. Bu aktarılan enerji metalin ısınmasına yol açar. Bu çoğu zaman istenen bir durum değildir.

7/22 Örnek 27.2 Bakır Teldeki Sürüklenme Hızı Binalarda enerji hatlarında kullanılan 12 ölçekli bakır tel 3. 31 10 6 m 2 kesit alanına sahiptir. Eğer bakır tel üzerinden 10. 0 A lik akım geçerse, elektroların sürüklenme hızı ve akım yoğunluğu ne olur? m = ρv = nm Cu V ρ = nm Cu = n M Cu N A n = ρ N A M Cu v d = I ort. nqa = I nqa = IM Cu qan A ρ v d = 10.0 A 0.0635 kg mol 1.60 10 19 C 3.31 10 6 m 2 6.02 10 23 mol 1 8950 kg m 3 v d = 2.23 10 4 m/s (Her bir bakır atomunun akıma bir serbest elektron ile katkıda bulunduğunu kabul ediniz. Bakırın yoğunluğu 8. 95 g/cm 3 ve mol kütlesi 63. 5 g/mol dür. Herhangi bir madenin 1 mol ü Avagadro (6. 02 10 23 ) sayısı kadar atom ihtiva eder.)

8/22 Direnç ve Ohm Kanunu Bir iletkenin uçları arasına bir potansiyel farkı uygulanırsa, iletken içinde J bir akım yoğunluğu ve bir E elektrik alanı meydana gelir. Eğer potansiyel fark sabitse, akım da sabit olur. Bazı malzemelerde, akım yoğunluğu elektrik alanla orantılıdır: Ohm Yasası: (Georg Simon Ohm 1787-1854) ρ = E J E = ρj ρ iletkenin özdirenci olarak tanımlanır ve birimi Ωm dir. ς = 1/ρ iletkenin iletkenliği olarak tanımlanırsa, ς = 1 ρ J = ρe Çoğu malzeme için (metallerin çoğunda olduğu gibi) akım yoğunluğunun elektrik alanına oranı iletkenlik ς olarak tanımlanır ve bu değer elektrik alanın değerinden bağımsız. Yalnız, iletken maddelerin hepsi Ohm yasasına uymazlar, bu nedenle Ohm yasasına uyan iletkenlere ohmik maddeler, uymayanlara da ohmik olmayan maddeler denir.

9/22 Direnç ve Ohm Kanunu Kesit alanı A, uzunluğu l olan iletken bir malzemeyi ele alalım. j = σ E I A = σ V l l V = σa ρl I = A I R E = V l, j = I A V = R I R = V I R = ρ l A SI birim sisteminde direnç birimi Ohm (Ω) olarak adlandırılır. 1 Ω 1 V/A

Direncin Renk Kodları 10/22

11/22 Örnek 27.3 Bir İletkenin Direnci Boyu 10 cm ve dik kesit alanı 2. 00 10 4 m 2 olan silindirik bir alüminyum parçasının direncini hesaplayınız. İşlemleri cam için tekrarlayınız. ρ Al = 2.82 10 8 Ω m ρ cam = 3.00 10 10 Ω m R Al = ρ Al l A = 2.82 10 8 Ω m 0.100 m 2.00 10 4 m 2 = 1.41 10 5 Ω R cam = ρ cam l A = 3.00 1010 Ω m 0.100 m 2.00 10 4 m 2 = 1.50 10 13 Ω

12/22 Örnek 27.4 Nikrom Telin Direnci a) Yarıçapı r = 0. 321 mm olan 22 ayar bir nikel-krom alışımı (nikrom) telin birim uzunluğu başına düşen direncini hesaplayınız. R l = ρ A = ρ πr 2 = 1.0 10 6 Ω m π 0.321 10 3 m 2 = 3.1 Ω/m b) Bu nikrom telin 1. 00 m lik kısmına 10 V luk bir potansiyel farkı uygulanırsa telden geçen akım ne olur? I = V R = V R l l = 10 V 3.1 Ω/m 1.00 m = 3.2 A

13/22 Örnek 27.5 Koaksiyel Kablonun Radyal Direnci Bir koaksiyel kablo iki silindirden oluşur. Silindirler arasındaki aralık tamamen şekilde gösterildiği gibi polietilen plastik malzeme doldurulmuştur. İç iletkenin yarıçapı a = 0. 500 cm, dış iletkenin yarıçapı b = 1. 75 cm ve uzunluğu L = 15. 0 cm dir. a) İç ve dış iletkenler arasında ölçüm yapıldığı zaman polietilen plastik malzemenin direnci ne olur? dr = ρdr A = ρ 2πrL dr R = dr = ρ 2πrL a b dr r = ρ ln b a 2πL R = 1.00 1013 Ω m 2π 0.150 m ln 1.75 cm 0.500 cm = 1.33 1013 Ω b) İç ve dış iletkenler arasına 12. 0 V luk bir potansiyel fark uygulandığında, silikon üzerinden geçen sızıntı akımı ne olur? I = V R = 12.0 V 1.33 10 13 Ω = 9.02 10 13 A

14/22 Ödev Özdirenci ρ = 2. 82 10 8 Ω. m olan bir maddeden yapılmış kesik koninin, yüksekliği h = 100 cm, taban yarıçapı b = 20. 0 cm ve tavan yarıçapı a = 5. 00 cm olduğu bilinmektedir. Koninin herhangi bir dairesel kesiti boyunca akım yoğunluğunun düzgün olduğunu kabul ederek tabanla tavan arasındaki direnci bulunuz? Sonuç: R = ρ π h ab = 8.97 10 7 Ω

15/22 Özdirenç ve Sıcaklık Bir iletkenin özdirenci, belli bir sıcaklık aralığında yaklaşık olarak doğrusal olarak değişir. ρ = ρ o 1 + α T T o α = 1 ρ o ρ T α özdirencin sıcaklık katsayısı olup birim sıcaklık farkına göre özdirençteki değişimdir. R = R o 1 + α T T o İletkenler için özdirencin sıcaklıkla değişimi Germanyum ve silisyum gibi saf yarıiletken için özdirencin sıcaklıkla değişimi.

Özdirenç ve Sıcaklık 16/22

17/22 Örnek 27.6 Platin Dirençli Termometre Bir resistanslı termometre, 20 de 50. 0 Ω luk bir dirence sahip platinden yapılmış bir iletkenin direncindeki değişimin ölçülmesi ile sıcaklığı ölçer. Bu termometre, erimiş indiyum ihtiva eden bir kaba daldırıldığında, direnci 76. 8 Ω a kadar artmaktadır. İndiyumun erime noktası nedir? α Platin = 3.92 10 3 1 T = R R 0 αr 0 = 76.8 Ω 50.0 Ω 3.92 10 3 C 1 50.0 Ω = 137 T 0 = 20.0 T = 20.0 + 137 = 157

18/22 Süper İletkenler Metalik alışımlar ve oksitler gibi bazı maddelerin özdirençleri sıcaklık düşüşü ile azalmakta ve belli bir T C sıcaklığının altına inildiğinde özdirenç sıfır olmaktadır. Bu olaya süper iletkenlik denir. Kritik sıcaklık T C ; Kimyasal kompozisyon, basınç, kristal yapı gibi özelliklere bağlı olarak değişmektedir. Video 77 K de süper iletken YBa 3 Cu 3 O 7 diski üstünde duran küçük bir sürekli mıknatıs. Civa için sıcaklık diren eğrisi

19/22 Elektrik Enerjisi ve Güç Şekilde görüldüğü gibi, uçları R direncine bağlanmış bir bataryadan oluşan elektrik devresini ele alalım. Pil içinde a noktasından b noktasına giderken, Q yükünün enerjisi V ba Q kadar artarken, pildeki kimyasal potansiyel enerji aynı miktarda azalır. Q yükü pil içinde giderken, potansiyel enerjisindeki değişimi: Fakat Q yükü c noktasından d noktasına direnç üzerinden giderken, dirençteki atomlarla yaptığı çarpışmalar sonucunda elektriksel potansiyel enerjisini kaybeder. Bu enerji ışıma, ısı vb. olarak harcanır. P = U t = QV t = IV Q yükü direnç üzerinden giderken, potansiyel enerjisindeki değişimi: P = IV = I 2 R = V2 R

20/22 Örnek 27.7 Elektrik Isıtıcısındaki Güç Toplam direnci 8. 00 Ω olan bir elektrik ısıtıcısı 220 V luk şebekeye bağlanmıştır. Devreden geçen akım ve ısıtıcının harcadığı gücü bulunuz. I = V R = 120 V 8.00 Ω = 15.0 A P = I 2 R = 15.0 A 8.00 Ω = 1.80 10 3 W = 1.80 kw

21/22 Örnek 27.8 110 V la çalışan bir ısıtıcı 10.0 dakikada, 1. 50 kg suyu 10.0 dereceden 50. 0 dereceye(santigrat) çıkarması için direnci ne olmalıdır? Suyu ısıtma maliyetini tahmin ediniz. Q = mc T P = V 2 R = Q t V 2 R = mc T t R = V 2 t mc T R = 110 V 2 600 s 1.50 kg 4186 J kg 50.0 10.0 = 28.9 Ω W Tuketim = PΔt = V 2 R = 69.8 Wh = 0.0698 kwh Δt = 110 V 2 28.9 Ω 10.0 min 1 h 60.0 min Fiyat = 0.0698 kwh $0.11 kwh = $0.008

22/22 Örnek 27.8 Bir hidroelektrik santralde, türbin jeneratöre 1500 HP (HorsePower) güç sağlıyor ve suyun mekanik enerjinin %80 i elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Bu şartlar altında 2000 V luk bir potansiyel farkıyla jeneratörün sağlayacağı akım ne kadardır? 1 HP = 0.745 kw P = IV I = P V = 1500 0.745 103 W 80 100 2000 V = 477 A