6. Ünite Elektrik Enerjisi 1. Bölüm: mpullerin Bağlanma Şekilleri mpulleri seri ve paralel şekilde nasıl bağlarız? Seri ve paralel bağlanma arasındaki farklılıklar nelerdir? mpermetre ve voltmetre ne işe yarar? Bu araçlar nasıl bağlanır? Elektrik enerjisi nasıl üretilir? mpullerin seri ve paralel bağlandığı durumlardaki parlaklık farklılıklarının dirençle nasıl bir ilişkisi vardır? Neler Öğreneceğiz? Seri ve paralel bağlanmanın nasıl yapıldığını, mpullerin seri ve paralel bağlandığı durumlardaki parlaklık farklarını, Elektrik enerjisi kaynaklarının elektrik devrelerine nasıl akım sağladığını, Elektrik akımının bir çeşit enerji aktarımı olduğunu, mpermetre ve voltmetreyi devreye bağlayıp ölçüm yapmayı, Gerilim ile akım arasındaki ilişkiyi, mpullerin seri ve paralel bağlandığı durumlardaki parlaklık farkının sebebinin elektriksel dirençle ilişkisini öğreneceğiz. Konu/Kavramlar Seri bağlama Paralel bağlama Elektrik akımı mpermetre Gerilim (potansiyel fark) Voltmetre Ohm kanunu 242 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri Elektrik Lambalarının Tarihi Mimarinin gün ışığı ile buluşmasının en güzel örneklerden biri MS 126 yılında Roma imparatoru Hadrian (Hadriyan) döneminde yapılmış olan Panteon dur (Panteon). İlk zamanlarda tapınak olarak kullanılan Panteon un kubbesinde bulunan delik, gün ışığının içeriye girerek yapının aydınlanmasını sağlar (Resim 6.1). Bilgi Köşesi Lamba kelimesi Yunancada fener anlamına gelen lampas kelimesinden türetilmiştir. http://www.ktu.edu.tr Resim 6.2 ntik bir kandil Resim 6.1 Roma da bulunan Panteon tapınağı rkeolojik bilgilere göre insan yapımı ilk aydınlanma araçları yaklaşık 70.000 yıl önce yapılmıştır. İlk kandil lambaları deniz kabuğu, oyulmuş kaya parçaları gibi yanmayan cisimler içine yanıcı özellikte cisimler (saman veya odun) üzerine hayvan yağları dökülerek yakılmıştır. Kandil lambalarına ilerleyen yıllarda fitil eklenmiş ve yanma hızı kontrol altına alınmıştır (Resim 6.2). Humphry Davy (1778-1829) Kandiller temel yapısını koruyarak 1800 lü yıllara kadar evlerimizi aydınlatmaya devam etmiştir. 1809 yılında İngiliz kimyacı Humphrey Davy (Hampri Davi), ilk akkor ışık kaynağını keşfetmiştir. İki karbon şerit arasına güçlü bir pil bağlanarak elektrik akımının geçtiği ışık kaynağı sonraki keşiflere ilham vermiştir. 1820 yılında Warren de la Rue (Varen de la Ru), platin bobin üzerinden elektrik geçirilerek ışık saçan ilk akkor lambayı üretmiştir. Platinin pahalı bir metal olması nedeniyle ticarileşemeyen lambada kullanılmak üzere farklı maddeler aranmıştır. Elektrik lambaları, Thomas Edison un (Tomas Edison) patentini aldığı yeni ak- Warren de la Rue (1815-1889) kor lamba modeliyle popüler olmuştur. kkor lambaların her yerde kullanılması insanlık tarihine olumlu katkılar sağlamıştır. Elektriğin olmadığı bir dünya nasıl olurdu? Elektrik lambalarının kullanıldığı yerler nerelerdir? Tüm elektrik lambaları aynı mıdır? Elektrik devresinde yer alan lambaların bağlanma şekilleri aynı mıdır? Lambaların bağlanma şekilleri parlaklığı etkiler mi? Thomas lva Edison (1847-1931) 243
6. Ünite Elektrik Enerjisi Bilgi Köşesi 1.1. Elektrik kımı Nedir ve Nasıl Ölçülür? Elektrik, günlük yaşantımızda birçok farklı araçta kullanılır. Güneş enerjisinden sonra en çok kullandığımız ikinci enerji türü olan elektrik, bulutlarda oluşan şimşek ve yıldırım olaylarında, saçımızın kabarmasında ve elektrikle çalışan alet ve araçlarda karşımıza çıkmaktadır. Elektrik enerjisi fosil kaynaklar, güneş ışığı ve rüzgâr gibi farklı kaynaklardan gelen enerjinin dönüştürülmesiyle elde edilir. Elektrik konusunda sıklıkla kullanılan üç kavram vardır. Bunlar elektrik akımı, potansiyel fark ve direnç kavramlarıdır. Beşinci sınıfta öğrendiğiniz üzere elektrik üreten kaynaklara (pil ve akü gibi) iletken teller, anahtar ve lamba bağlandığında basit elektrik devresi elde edilir (Şekil 6.1). mpermetre, devreye seri bağlanır. Bir başka ifadeyle ampermetre basit elektrik devresine bağlanırken bir ampulün bağlandığı gibi aynı tele bağlanır. Pil mpermetre nahtar mpul Pil nahtar mpul Şekil 6.1 Basit elektrik devresi ve sembolik gösterimi Pil + nahtar mpul Elektrik devresindeki üreteçler potansiyel fark yaratarak elektrik akımının oluşmasını sağlar. Elektrik akımı, devrede harekete geçen elektronların (negatif yüklerin) akışı olarak tanımlanmaktadır. Kullandığımız tüm elektrikli aletlerin çalışabilmesi için gerekli enerjiyi elektrik akımı getirir. Elektrik akımının birimi mper dir ve kısaca ile gösterilir. Elektrik akımı elektrikle ilgili çeşitli formüllerde kullanılan sembolü I harfidir. kım, ampermetre ile ölçülür. mpermetre devreye seri olarak bağlanır. Elektrik akımının teller içindeki hareketini boruda ilerleyen suya benzetebiliriz. Nasıl suyun borularda ilerlemesini sağlamak için bir pompaya ihtiyaç duyuluyorsa benzer bir şekilde elektrik akımının da iletken teller üzerinde dolanmasını sağlamak için bir pompaya ihtiyaç vardır (Şekil 6.2). Bu pompa, üreteç olarak adlandırılan pil, akü gibi güç kaynaklarıdır. Düşük gerilim lçak basınç Vantilatör Elektrik akımı Pil Bakır kablo Suyun akış yönü Su borusu Elektrik akımı Su değirmeni Su motoru Yüksek gerilim Yüksek basınç Şekil 6.2 Elektrik devresi ile su boruları arasında benzerlik bulunur. 244 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri 1. Etkinlik: Devrenin kımını Ölçüyorum Elektrik akımı devre elemanlarına elektrik enerjisini getirir. raç-gereç 0.2 0.3 1 adet 4,5 voltluk pil, 1 adet duy, 1 0.1 0 0.4 0.5 adet ampul, 1 adet anahtar, iletken tel ve 1 adet ampermetre Nasıl Yapacağım? - Basit elektrik devresi hazırlanır. - mpermetre devreye şekildeki gibi seri olarak bağlanır. - Devre çalıştırılır ve ampermetredeki değer ölçülür. Değerlendirme Soruları 1. mpermetrenin gösterdiği değer kaçtır? + 2. mpermetrenin gösterdiği değerin daha az ya da fazla olması ne anlama gelir? çıklayınız. 1.2. Potansiyel Fark Nedir ve Nasıl Ölçülür? Elektrik akımı, üreteçler tarafından uygulanan itme kuvveti sayesinde tel içinde hareket edebilir. Pil ya da akü gibi araçların uyguladığı itme kuvveti potansiyel fark (gerilim) olarak adlandırılır. Elektrik devrelerindeki potansiyel farkın birimi "volt"tur. Volt, kısaca V harfi ile gösterilir. Potansiyel fark voltmetre ile ölçülür. Voltmetre devreye paralel bağlanır. Pilin volt değeri o pilin üretebileceği elektrik enerjisinin göstergesidir. Enerji iş yapabilme becerisidir. Örneğin, şelaleden akan suyun değirmeni daha hızlı döndürebilmesi için şelalenin daha yüksekten dökülmesi gerekirse elektrik devresinde daha büyük elektrik enerjisi elde etmek için daha büyük bir potansiyel fark gerekir. Bunun için devreye daha fazla pil eklenmelidir. Yani büyük potansiyel fark daha fazla elektrik akımının oluşmasını sağlar (Şekil 6.3). lçak şelale, düşük gerilim. Yüksek şelale, yüksek gerilim. Bilgi Köşesi Voltmetre devreye paralel olarak bağlanır. Bir başka ifadeyle hangi devre elemanının potansiyel farkı ölçülecekse voltmetre o devre elemanının her iki ucuna bağlanır. Pil Voltmetre V mpul nahtar (a) (b) Şekil 6.3 z sayıda pil, az volt (a); çok sayıda pil, çok volt oluşturur (b). 245
6. Ünite Elektrik Enerjisi Bilgi Köşesi Yiyecek taşıyan karıncalar gibi elektrik akımı da elektrik enerjisini ihtiyaç duyulan yerlere taşır. Pilin oluşturduğu elektrik akımı her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğrudur. Elektrik akımı yeterli elektrik enerjisini taşıyıp getirmişse elektrikli araç çalışabilir. Örneğin, elektrik enerjisi ekmek kızartma makinesine getirilip makinelerin ısınması sağlanabilir (Resim 6.3). Yüksek gerilim lçak gerilim William Gilbert (Vilyım Cilbert), 1600 yılında ilk deneysel bilim kitabı sayılan De Magnete yi yazdı. Kitapta, kehribar, kükürt, bal mumu ve cam gibi maddelerin, kumaşa sürtülünce hangi maddeleri çektiğini veya ittiğini açıkladı. Gilbert, sürtünmeyle oluşan çekim gücüne electricity adını verdi. Gilbert, kehribarın Latince adı olan elektra kelimesinden, electricity kelimesini türeterek elektriğin isim babası oldu. http://www.geop.itu.edu.tr (a) (b) Resim 6.3 Karıncalar elektrik akımına (a), taşıdıkları yiyecekler de elektrik enerjisine benzetilebilir (b). ynı devreye daha yüksek potansiyel fark uygulanırsa daha fazla akım elde edilir ve devredeki lambanın daha parlak yanması sağlanır (Şekil 6.4). + + + 6 volt 12 volt Şekil 6.4 ynı devrede daha fazla pil, daha fazla lamba parlaklığı oluşturur. 2. Etkinlik: mpulün Potansiyel Farkını Ölçüyorum Potansiyel fark devre elemanının tükettiği elektrik enerjisinin bir göstergesidir. raç-gereç 1.0 1.5 0.5 2.0 1 adet 4,5 voltluk pil, 1 adet duy, 1 adet ampul, 0 2.5 1 adet anahtar, iletken tel ve 1 adet voltmetre Nasıl Yapacağım? - Basit elektrik devresi hazırlanır. - Voltmetre devreye şekildeki gibi paralel olarak bağlanır. V - Devre çalıştırılır ve voltmetredeki değer ölçülür. Değerlendirme Soruları 1. Voltmetrenin gösterdiği değer kaçtır? 2. Voltmetrenin gösterdiği değerin daha az ya da fazla olması ne anlama gelir? çıklayınız. 246 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri 1.3. mpuller Devreye Kaç Türlü Bağlanabilir? Elektriğin kullanıldığı yerlere göre bazı durumlarda birden fazla ampul kullanmak gerekebilir. Kaç ampul kullanılacağı ve bu ampullerin nasıl bağlanacağı kullanım amacına göre değişir. mpuller elektrik devresine iki şekilde bağlanabilir: a) Seri bağlama b) Paralel bağlama a. mpullerin Seri Bağlanması Elektrikle çalışan araçların birbirleriyle doğrudan bağlantılı olduğu ve beraber çalışıp aynı anda durması gerektiği durumlarda, devre elemanları seri olarak bağlanır. Örneğin, yılbaşı süsü olarak kullanılan aydınlatma araçlarındaki ampullerin aynı anda çalışması ve durması ampullerin seri bağlanması ile sağlanabilir. 3. Etkinlik: Seri Bağlı mpullerdeki kımı Ölçüyorum Potansiyel fark devre elemanının tükettiği elektrik enerjisinin bir göstergesidir. raç-gereç 3 adet 4,5 voltluk pil, 6 adet duy, 6 adet ampul, iletken tel, 3 adet anahtar ve 3 adet ampermetre Nasıl Yapacağım? - yrı ayrı bir ampulü olan devre, seri bağlı iki ampul ve seri bağlı üç ampulün olduğu elektrik devreleri hazırlanır. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2 1 3 4 5 - Her elektrik devresine ampermetre bağlanır. - Devreler çalıştırılır ve ampermetrelerde okunan değerler ölçülür. Değerlendirme Soruları 1. mpermetrelerin gösterdiği değerler kaçtır? 2. Hazırladığınız devrelerdeki ampul parlaklıklarını yorumlayınız. 3. Dört ampullü bir devrede ampermetrenin göstereceği değer, daha yüksek mi yoksa daha alçak mı olurdu? çıklayınız. Seri bağlı ampuller elektrik devresinde arka arkaya bağlanmış bir tren vagonu gibi durur. Elektrik akımı her bir ampulün üzerinden geçer ve özdeş ampullerin eşit parlaktıkta yanmasına neden olur. Seri bağlı ampuller, iletken tel, anahtar ve pil bir çember oluşturur. Pilden çıkan elektrik akımı tek bir yol üzerinde ilerler ve sonra pile geri döner. 247
6. Ünite Elektrik Enerjisi Şekil 6.5 Seri bağlı devre Seri bağlı ampullerin aynı tel üzerinde olduğu için her birinden aynı büyüklükte elektrik akımı geçer. Eğer özdeş ampullerden oluşan seri bağlı bir elektrik devresi hazırlanırsa devredeki her ampulün parlaklığı birbirine eşit olur (Şekil 6.5). mpuller özdeş değilse ampullerin elektrik tüketme açısından büyüklüğüne göre ampul parlaklıkları da değişir. 3. etkinlikte fark ettiğiniz üzere devredeki seri bağlı ampul sayısı arttıkça ampullerin parlaklığı da azalmaktadır. Günlük kullanımda seri bağlı devreyle paralel bağlı devrenin önemli bir farkı daha vardır. Eğer seri bağlı devredeki lambalardan birisi kırılır ve çalışmazsa elektrik akımı ilerleyemez. Bu durum devredeki diğer lambaların da sönmesine neden olur (Şekil 6.6). 1. Çözümlü Soru Seri bağlı dört ampul, anahtar, iletken tel ve pilden oluşan olan bir elektrik devresinin şemasını çiziniz. Çözüm Şekil 6.6 Seri bağlı devrede bir ampul kırılırsa diğeri de söner. Seri bağlı dört ampul, anahtar, iletken tel ve pilden oluşan olan bir elektrik devresi şekildeki gibi çizilmelidir. b. mpullerin Paralel Bağlanması Televizyondan yol aydınlatmalarına kadar birçok araçta ve yerde elektrik kullanılmaktadır. Paralel bağlamanın en önemli avantajlarından biri, bir elektrikli araç bozulduğunda diğerlerinin çalışmaya devam etmesidir. Örneğin, yol aydınlatma direklerinde kullanılan ampuller birbirine paralel olarak bağlıdır çünkü bir ampul arızalandığında diğer ampullerin çalışması istenir. ksi hâlde tüm ampuller aynı anda sönmüş olurdu ve hangi ampulün bozuk olduğu anlaşılamazdı? 4. Etkinlik: Paralel Bağlı mpullerdeki kımı Ölçüyorum Potansiyel fark devre elemanının tükettiği elektrik enerjisinin bir göstergesidir. raç-gereç 3 adet 4,5 voltluk pil, 6 adet duy, 6 adet ampul, iletken tel, 3 adet anahtar ve 5 adet ampermetre Nasıl Yapacağım? - yrı ayrı bir ampulü olan devre, paralel bağlı iki ampul ve paralel bağlı üç ampulün olduğu elektrik devreleri hazırlanır. 248 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri - mpermetre, her elektrik devresine şekilde görüldüğü gibi bağlanır. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2 1 3 4 5 Merak Ediyorum - Devreler çalıştırılır ve ampermetrelerde okunan değerler ölçülür. Değerlendirme Soruları 1. mpermetrelerin gösterdiği değerler kaçtır? 2. Paralel bağlı devrelerdeki ampullerin parlaklıklarını yorumlayınız. 3. Dört ampullü bir devrede ampermetrenin göstereceği değer, daha yüksek mi yoksa daha alçak mı olurdu? çıklayınız. Seri ve paralel devrelerin kullanıldığı yerlere örnekler veriniz. Örnekleri sınıfta arkadaşlarınızla değerlendiriniz. Elektrik devrelerinde elektrik enerjisi aktarılarak elektrik, ışık enerjisine çevrilebilir. Devre, ister seri ister paralel bağlanmış olsun bu durum değişmez. Dördüncü etkinlikte fark ettiğiniz üzere paralel bağlı devrelerde kullanılan ampuller eşit parlaklıkta yanmaktadır. Bu durumu, nkara dan İstanbul a giden bir otobüs için bilet alan kişilere benzetebiliriz. Uzun boylu, kısa boylu, erkek ya da bayan olsun, herkes bilet için aynı ücreti öder. Oturulan koltuğun yanındaki koltuk boş olsa bile bilet için aynı ücret ödenir. Paralel bağlı devrelerde de durum benzerdir. Paralel olarak bağlanmış ampul sayısı arttırılsa ya da azaltılsa bile hepsi aynı parlaklığı sahip olur. Paralel bağlı devrelerde bir lamba kırılırsa elektrik akımının ilerleyebileceği farklı lambalar vardır. Bu nedenle bir lamba kırılsa bile diğerleri ışık vermeye devam eder (Şekil 6.7). Şekil 6.7 Paralel bağlı devrelerin çalışma durumu 1. Çözümlü Soru Paralel bağlı dört ampul, anahtar, iletken tel ve pilden oluşan bir elektrik devresinin şemasını çiziniz. Çözüm Paralel bağlı dört ampul, anahtar, iletken tel ve pilden oluşan bir elektrik devresi yandaki şekilde görüldüğü gibi çizilmelidir. 249
6. Ünite Elektrik Enerjisi Bilgi Köşesi ndre Mari mper (nder Mari mper, 1775-1836) Fransız fizikçi ve matematikçi. Elektrik akım birimi ona ithafen mper olarak seçilmiştir. http://www.bilimcocuk.tubitak. gov.tr Merak Ediyorum Elektriksel direnç nelere bağlıdır? Cevabınızı sınıfta arkadaşlarınızla tartışınız. 1.4. Direnç Nedir? Direnç mpul Parlaklığını Nasıl Etkiler? Elektrik enerjisinin kolay bir şekilde aktarıldığı maddelere iletken madde denir. Genellikle elektrik devrelerinde iyi iletken sayılan bakır, demir, gümüş ve altın gibi metaller kullanılır. Elektrik devrelerinde ucuz ve bol bulunduğu için genellikle bakır teller kullanılır. Plastik, cam, tahta ve toprak gibi maddeler ise elektrik akımının geçişine zorluk gösterir; bu nedenle yalıtkan maddeler olarak anılır. İletken madde ile yalıtkan madde arasındaki en önemli farklılık elektrik iletkenliğidir. Maddelerin elektrik iletkenliği elektriksel direnç değerleri ile ters orantılıdır. Başka bir ifadeyle elektrik akımının ilerlemekte zorlandığı maddelerin elektriksel direnci yüksektir. Direnç R harfi ile gösterilir ve birimi de "ohm"dur (Ω). Direnç değeri, dirençölçer ile ölçülür. Elektrik devrelerindeki ampullerin seri ve paralel olarak iki farklı şekilde bağlandığını öğrendiniz. Sizce ampullerin bağlanma şekilleri ampul parlaklığını nasıl etkiler? Seri bağlanmış ampullerin parlaklıklarıyla direnç büyüklükleri arasındaki ilişki nedir? 5. Etkinlik: Lambaların Parlaklığı Nasıl Değişir? Seri bağlanan ampul sayısı arttıkça direnç değeri ve ampul parlaklığı değişir. raç-gereç 1 adet 4,5 voltluk pil, voltmetre, üçer adet ampul ve duy, bağlantı kabloları, direnç ölçer Nasıl Yapacağım? - 4,5 voltluk pil ve 1 adet ampul kullanarak basit elektrik devresi hazırlayınız. Devredeki ampulün direncini ölçünüz. - Elektrik devrenize seri olarak bir ampul daha ekleyiniz. Devredeki ampullerin toplam direnç değerini ölçünüz. - Elektrik devrenize seri olarak bir lamba daha ekleyiniz. Devredeki ampullerin toplam direnç değerini ölçünüz. - Devrelerdeki ampullerin potansiyel farkını ölçüp parlaklık değişimleriyle karşılaştırınız. Değerlendirme Soruları 1. Seri bağlı devreye ampul ekledikçe direnç değeri nasıl değişti? 2. Devreye ampul eklendikçe potansiyel fark ve ampul parlaklığı nasıl değişti? 3. Devreye dördüncü bir ampul seri olarak bağlanırsa toplam direnç değeri ve ampul parlaklığı nasıl değişir? Tahminlerinizi açıklayınız. 4. Seri bağlı devrelerdeki toplam direnç değeri ile ampul parlaklığı arasındaki ilişkiyi kendi cümlelerinizle açıklayınız. 250 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri Elektriksel direnç, akımın geçis ini etkiler ve bu duruma bağlı olarak ampul parlaklıg ı da değişir. Elektriksel direnci düs ük olan maddelerin kullanıldıg ı devrelerdeki ampuller daha parlak yanarken, direncin fazla oldug u devreler- Bilgi Köşesi deki ampuller daha az ıs ık verir. Bu olayı bahçe sularken kullandıg ımız hortuma benzetebiliriz. Eg er hortum katlanırsa su, hortumdan geçerken zorlanır ve buna bağlı olarak akan su miktarı da azalır (S ekil 6.8). Benzer s ekilde elektrik akımı telden geçerken zorlanırsa lambaların parlaklıg ı azalır. (a) (b) Şekil 6.8 (a) Su kolay ve fazla miktarda geçer. (b) Su direnç nedeniyle zorlanır ve az miktarda geçer. Hans Christian Örsted (Hans Krisçın Örstet, 17771851) Voltmetrenin çalışma prensiplerini açıklayan Danimarkalı bilim insanı http://users.clas.ufl.edu Sonuç olarak seri bağlanmış ampullerin olduğu devredeki toplam direnç değeri ampul sayısı arttıkça artar. Paralel bağlı ampullerin olduğu bir devrede elektriksel direnç ile ampul parlaklığı arasında nasıl bir ilişki vardır? Paralel bağlı ampul sayısı artarsa ampul parlaklığı nasıl değişir? 6. Etkinlik: Paralel Bağlı Devrede Direnç Değişir Parlaklık Değişmez Bir ampul bozulduğunda diğerlerinin aynı şekilde çalışması isteniliyorsa ampuller paralel bağlanır. raç-gereç Evde Yapıyorum Seri ve paralel bağlı devrelerin nerelerde kullanıldığını açıklayan bir sunum hazırlayınız ve elde ettiğiniz bilgileri sınıfta arkadaşlarınızla paylaşınız. 1 adet 4,5 voltluk pil, voltmetre, üçer adet ampul ve duy, bağlantı kabloları, direnç ölçer Nasıl Yapacağım? - 4,5 voltluk pil ve 1 adet ampul kullanarak basit elektrik devresi hazırlayınız. Devredeki ampullerin direncini ölçünüz. - Elektrik devrenize, paralel bağlamayla bir ampul ekleyiniz. Devredeki ampullerin toplam direncini ölçünüz. - Elektrik devrenize paralel bağlamayla bir ampul daha ekleyiniz. Devredeki ampullerin toplam direnç değerini ölçünüz. - Devrelerdeki ampullerin potansiyel farkı ve parlaklık değişimlerini gözlemleyiniz. 251
6. Ünite Elektrik Enerjisi Evde Yapıyorum Seri ve paralel bağlı devrelerin nerelerde kullanıldığını açıklayan bir sunum hazırlayınız ve elde ettiğiniz bilgileri sınıfta arkadaşlarınızla paylaşınız. Değerlendirme Soruları 1. Paralel bağlı devreye ampul ekledikçe toplam direnç değeri nasıl değişti? 2. Devreye ampul eklendikçe potansiyel fark ve ampul parlaklığı nasıl değişti? 3. Devreye paralel olarak dördüncü bir ampul bağlanırsa toplam direnç değeri ve ampul parlaklığı nasıl değişir? Tahminlerini açıklayınız. 4. Paralel bağlı devrelerdeki toplam direnç değeri ile ampul parlaklığı arasındaki ilişkiyi kendi cümlelerinizle açıklayınız. Paralel bağlı elektrik devrelerinde pilden çıkan akımın hepsi tek bir ampul üzerinden geçmez. kım, devredeki ampul sayısına göre paylaşılır. Elektrik akımı devrede paylaşıldığı için ilerlemekte zorlanmaz. Bu durum bir ampul bozulsa bile diğerlerinin aynı şekilde çalışmasına devam etmesini sağlar. Yani paralel bağlı kollarda bulunan ampule hep aynı elektrik akımı gelmektedir. Bu ilginç durum paralel bağlı ampullerdeki toplam direnç hesabının farklı olmasından kaynaklanır. Şekil 6.9 Paralel bağlı devrelerdeki özdeş ampuller eşit parlaklıkta ışık verirler. Bu hesaplama yolu paralel bağlı ampul sayısı arttıkça toplam direncin azaldığı sonucunu vermektedir. Direnç değeri azalınca elektriksel akımın fazla olduğunu öğrenmiştiniz. ncak unutmayız ki toplam akım daha fazla paralel kola ayrılmaktadır. Bu durum her seferinde paralel koldaki ampullere aynı değerde akım gelmesini sağlar. Bir başka ifadeyle paralel bağlanmış olan ampuller hep aynı parlaklıkta yanar. Paralel bağlı elektrik devrelerinde pilden çıkan akımın hepsi tek bir lambanın üzerinden geçmez. kım, devredeki lamba sayısına göre paylaşılır. Elektrik akımı devrede paylaşıldığı için ilerlemekte zorlanmaz. Başka bir ifadeyle devrenin toplam direnç değeri paralel devrelerde azalır. zalan direnç pilden çıkan elektrik akımının artmasına neden olur. ncak artan akım her lambaya gidecek şekilde paylaşıldığı için lamba parlaklıkları değişmez. Sonuç olarak paralel bağlı devrelerde direnç değeri düşer ancak lamba parlaklığı değişmez. 252 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri 1.5. Ohm Kanunu Nedir? Elektrik devrelerindeki potansiyel fark(v), akım(i) ve direnç(r) arasındaki ilişkiyi açıklayan kanuna Ohm kanunu denir. 19. yüzyılda yaşamış olan lman fizikçi George Simon Ohm (Corc Saymın Om) tarafından bulunan kanun onun adıyla anılmaktadır. Ohm kanunu, elektrikle ilgili en önemli kanunlardan biri olarak günümüzde de hâlen kullanılmaktadır (Resim 6.4). Resim 6.4 George Simon Ohm Ohm kanunu, George Simon Ohm tarafından, Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. şeklinde tanımlamıştır. Elektriksel direncin birimi de George Ohm un adını yaşatmak için ohm olarak adlandırılmıştır. Ohm kanunu Direnç = Potansiyel fark / Elektrik akımı R = l V Direnç Elektrik akımı (I) Potansiyel fark (V) Ohm kanununa göre devreden geçen akım, iki nokta arasındaki potansiyel fark (V) ile doğru orantılı ve direnç (R) ile ters orantılıdır. Eğer volt değeri iki katına çıkarılırsa akım da iki katına çıkar, üç katına çıkarılırsa akım da üç katına çıkar (Şekil 6.10). 10 0 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30 V V V 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2 1 3 4 5 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V Şekil 6.10 Potansiyel fark arttıkça akım değeri de artar. 253
6. Ünite Elektrik Enerjisi Doğru orantılı artan volt ve akım değerleri Ohm kanununa göre değerlendirilirse her zaman sabit bir direnç değeri elde edilir (Grafik 6.1, Tablo 6.1). Grafik 6.1 Potansiyel Fark ile kım Grafiği 40 30 20 10 Potansiyel Fark (Volt) 0 1 2 3 4 kım (mper) Tablo 6.1 Potansiyel Fark ile kım İlişkisi Potansiyel Fark (Volt) kım (mper) Direnç V/I=R 10 1 10 20 2 10 30 3 10 3. Çözümlü Soru Umut, yapmış olduğu deney sonucunda voltmetrede 40 V, ampermetrede ise 5 mper akım değeri okumuştur. Buna göre Umut un deney yaptığı devredeki direnç kaç ohmdur? Çözüm R= V / I R= 40 / 5 = 8 ohm Lambaların bağlanma şeklinin parlaklığa nasıl etki ettiğini gözlemlemek için sıradaki etkinliği yapalım. 7. Etkinlik: Direnç, kım ve Gerilim rasındaki İlişki Elektrik devrelerindeki potansiyel fark, elektrik akımı ve direnç arasındaki ilişkiye Ohm kanunu denir. raç-gereç 3 adet 4,5 voltluk pil, ampermetre, direnç tablası ve bağlantı kabloları Nasıl Yapacağım? - 1 adet 4,5 voltluk pil, ampermetre ve direnç tablasını kullanarak basit elektrik devresi kurunuz ve ampermetredeki değeri not alınız. - Direnç değerini değiştirmeden elektrik devresindeki pil sayısını ikiye çıkarınız ve ampermetredeki değeri not alınız. ynı işlemi üç pil için tekrarlayınız. Değerlendirme Soruları 1. Ölçümlerde elde ettiğiniz akım değerleri kaçtır? 2. Elektrik akımı değerleri neden değişkenlik göstermiş olabilir? 3. Elektrik devresine verilen potansiyel fark ile elektrik akımı arasında nasıl bir ilişki vardır? 4. Devreye dördüncü pil eklense elektrik akımı değeri kaç olur? Ohm kanununa göre hesaplayınız. 254 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri 4. Çözümlü Soru Bir öğrencinin öğretmeninin verdiği ödev doğrultusunda piller, lambalar ve ampermetreler ile kurduğu iki farklı elektrik devresi aşağıdaki gibidir. + + mpermetrelerin gösterdiği değerler arasındaki nasıl bir ilişki vardır? Çözüm Her iki devrede de eşit miktarda elektrik enerjisi verilmekte ancak lamba sayısı ikinci devrede daha fazla olduğu için devrede dolaşan akım miktarları birbirinden farklı olacaktır. İkinci şekilde lamba sayısı fazla olduğundan direnç miktarı da fazladır ve bu nedenle akım değeri birinci şekle göre daha azdır. 5. Çözümlü Soru Bir öğrenci verilen ödev doğrultusunda 9 V luk pile önce 3 ohm luk direnci olan bir lamba, daha sonra aynı pile 4,5 ohm luk direnci olan bir lamba bağlamış ve lambalardan geçen akım değerlerini ayrı ayrı hesaplamıştır. İlk bulunan akım değeri ile ikinci akım değerini karşılaştırınız. Nedenini kısaca açıklayınız. Çözüm Ohm kanununa göre; 9 = 3 (akım) hesabına göre ilk durumdaki akım değeri 3 amper olur. İkinci durumda ise 9 = 4,5 (akım) hesabına göre akım değeri 2 amper olur. İkinci durumda daha fazla direnç olduğu için akım değeri ilk duruma göre az olur. 6. Çözümlü Soru Gerilim (volt) kım (mper) Direnç (ohm) 24 x 8 48 8 y Yukarıda verilen tablodaki boş yerleri doldurunuz. Çözüm Gerilim, akım ve direnç arasındaki ilişki, Ohm kanunu ile bulunabilir. 8 = 24 / x olduğuna göre x = 3 amper olmalıdır. y = 48 / 8 olduğuna göre y = 6 ohm olmalıdır. 255
6. Ünite Elektrik Enerjisi 1. Bölüm Değerlendirme Soruları 1. Çalışır hâle getirilmiş elektrik devrelerinin şematik gösterimini altlarında bırakılan boşluklara çiziniz. 2. Şekildeki elektrik devresini kuran Faruk, ampermetrede 2, voltmetrede ise 10 V değerlerini okumaktadır. 0 10 20 30 V a) mpulün direnci kaç ohmdur? 2 MP b) Üreteci değiştirmeden bir ampul yerine iki ampulü olan bir devre kullanmış olsaydık, voltmetre ve ampermetrenin göstereceği değerler nasıl değişirdi? Daha küçük ya da daha büyük değerler mi gösterirlerdi? Kısaca açıklayınız. 0 2 3 4 3. Gerilim-akım grafiği şekildeki gibi olan bir elektrik devresindeki direncin değeri kaç ohmdur? 8 Volt 4 2 4 mper 256 Fen Bilimleri 7
mpullerin Bağlanma Şekilleri 4. Bir elektrik devresinde bulunan ampulün direnç değeri 4 ohmdur. Bu ampul yerine 8 ohmluk bir ampul konulursa ampul parlaklığı ve ampulden geçen elektrik akımı ilk duruma göre nasıl değişir? Kısaca açıklayınız. 5. Elektrik devrelerinde elektrik akımı ilerlerken dirençle karşılaşır. Bu nedenle elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Verilen bilgiye göre aşağıdaki araçların hangileri bu prensiple çalışır? Ütü Su ısıtıcısı mpermetre Voltmetre Saç kurutma makinesi 6. şağıda verilen devrelerde bulunan ampullerin parlaklıklarını dirençle ilişkilendirerek karşılaştırınız. Pil Direç kım 1. Devre 10 V 5 ohm 2. Devre 20 V 10 ohm 3. Devre 20 V 5 ohm 4. Devre 10 V 1 ohm 7. Seri ve paralel devrelerin kullanıldığı yerlere ikişer örnek veriniz. Sağladığı avantajları kısaca açıklayınız. 257