DENEY 3 3.1 Ohm Kanunun İncelenmesi Not: Deneye gelmeden önce Kirchoff kanunları deneyinin tablosunda (Sayfa 7) teorik sonuçlar yazan kısmı Şekil 3.2.1 de verilen devre şemasına göre hesaplayıp doldurunuz. AMAÇ: DA devrelerinde akım, gerilim ve direnç arasındaki bağıntının çıkarılması akımgerilim ve akım direnç değişim eğrilerinin çizilmesi 3.1.1 Deneyin Teorisi Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluğa ve bu amaçla; KromNikel, Tungsten, olfram vb iletkenlerden yapılmış devre elemanlarına direnç denilmektedir. Bir direnç elemanı bir DA kaynağına bağlandığında dirençten, uygulanan gerilim ve direncin kendisiyle orantılı bir akım geçer. Dirençten geçen akım direnç elemanını ısıtarak ısı enerjisi açığa çıkarır. Böylece kaynaktan dirence aktarılan güç dirençte tamamen ısıl enerjiye dönüştürülerek harcanır. Başka bir ifade ile dirençte enerji depolanmaz. Bunun sonucu olarak, direnç elemanına uygulanan gerilim kesildiğinde geçen akım hemen sıfır olur ve direnç uçlarında herhangi bir emk indüklenmez. Bir direnç elemanının akım, gerilim ve direnci arasındaki ilişki Ohm Kanunu ile açıklanmaktadır. 3.1.2 OHM Kanunu Direnç elemanlı bir DA devresinde (Şekil 3.1), dirençten geçen akım (I); direncin uçlarına uygulanan gerilimle (Şekil 3.1 de kaynak gerilimi ile) (E) doğru, direncin kendisiyle (R) ters orantılıdır. Ohm Kanunu: elektrik devresinde akım, gerilim ve direnç veya empedans arasındaki bağıntıyı açıklar. AA devresinde direncin yerini empedans almaktadır. Ohm Kanununa göre bir DA devresinde akım gerilimle doğru dirençle ters orantılı olarak değişir. Bir başka ifade ile devreye uygulanan gerilimin (), devre akımına (I) oranı sabit olup devre direncini (R) verir. Ohm kanununun bu tanımı, iletkenler (metaller) için ve sıcaklığın etkisi dikkate alınmadığı zaman geçerlidir. Devre direncine aynı zamanda devre sabiti de denilmektedir. Şekil 3.2 de, bir DA devresinde direnç sabit iken akımın gerilimle, gerilim sabitken de akımın dirençle değişim eğrileri verilmektedir. I R Şekil 3.1: Temel doğru akım devresi. 1
I(A) I(A) R=Sabit =Sabit () R(ohm) a) b) Şekil 3.2. Bir DA devresinde a) Akımgerilim (I) b) Akımdirenç (IR) eğrileri. Şekil 3.1 de verilen DA devresinde, Ohm Kanununa göre devre akımı gerilimi ve direnci arasındaki bağıntılar aşağıdaki gibidir. Akım: R A I (3.1) Direnç: R (3.2) I Gerilim: I. R (3.3) Eşitlik 3.1 den, devre akımının uygulanan gerilimle doğru, devrenin direnci ile ters; eşitlik 3.2 den, devre geriliminin devre akımına oranı devrenin direncine eşit ve eşitlik 3.3 den, devreye uygulanan gerilimin devre direnci ve akımı ile doğru orantılı olduğu görülmektedir. Ohm kanunu ile ifade edilen bir devredeki; akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiler grafiksel olarak da açıklanabilmektedir. Şekil 3.2a da, akımın devreye uygulanan gerilimle doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir. Akımın gerilime bağlı değişimi, eğimi sabit bir doğruyu vermektedir. Doğrunun eğimi de devre direncini vermektedir. Şekil 3.2b de, gerilim sabit iken akımın dirençle ters orantılı ve hiperbolik olarak değiştiği görülmektedir. Ayrıca, akımdirenç değişim eğrisinin eksenleri kesmediği görülmektedir. Bunun anlamı, direnç çok küçüldüğünde akımın çok fazla arttığı ve kısa devreye gittiğini, direnç çok fazla artırıldığında ise akımın azaldığı fakat sıfır olmadığı görülmektedir. Bir başka ifade ile bir devrede direncin değeri sıfır ile sonsuz arasında değiştirilememektedir. 2
3.1.3 Deney Bağlantı şemaları R1 R2 R3 R4 =2K2 =2K2 =2K2 =2K2 A Şekil 3.3: DA devresinde Akımgerilim (I) Karakteristik Eğrisinin elde edilmesi. R1 R2 R3 R4 =2K2 =2K2 =2K2 =2K2 1 2 3 4 A Şekil 3.4: Akımdirenç (IR) karakteristik eğrisinin elde edilmesi. 3.1.4 Deneyin yapılışı 1. Şekil 3.3 deki devreyi kurunuz. Güç kaynağının gerilimini sıfıra getiriniz. 2. Kaynağın gerilimini, 5 aralıklar la 20 volta kadar artırarak her kademedeki akım ve gerilim değerlerini Tablo 3.1.1 e kaydediniz. 3. Şekil 3.4 deki devreyi kurunuz ve gerilim kaynağının gerilimini 20 volta ayarlayınız 4. Anahtar 1 konumunda iken, akım ve gerilim değerlerini alarak Tablo 3.1.1 e kaydediniz. 5. Sırasıyla anahtarı; 2, 3 ve 4. konumlara getirerek akım ve gerilim değerlerini Tablo 3.1.1 e kaydediniz. 6. Kaynak çıkış gerilimini sıfıra getirerek deneye son veriniz. 3
3.2 Kirchoff Kanunlarının İncelenmesi AMAÇ: Deneysel olarak Ohm Kanunu ve Kirchoff kanunlarını doğrulama. Seri ve paralel bağlı dirençlerde gerilim ve akım dağılımlarını gözlemleme. Teorik Açıklamalar 3.2.1. Kirchoff Akım Kanunu: Bir düğüme giren akımların toplamı, çıkan akımların toplamına eşittir. Ya da bir düğüme giren ve çıkan akımların toplamı sıfırdır şeklinde ifade edilir. 3.2.2. Kirchoff Gerilim Kanunu: Kapalı bir göz (çevre, döngü) içerisindeki toplam gerilim düşümü sıfırdır. Ya da kapalı bir çevrede harcanan gerilimlerin toplamı, sağlanan gerilimlerin toplamına eşittir. Kirchoff Akım Kanunu Kirchoff Gerilim Kanunu i i i i 2 3 1 4 P T 0 4 I I 1 2 3 I 1 2 3 4
Seri Devre Paralel Devre = 1 2 n I = I 1 = I 2 = I n P T = 1 I 2 I n I = 1 = 2 = n I = I 1 I 2 I n P T = 1 I 1 2 I 2 n I n DENEY BAĞLANTI ŞEMASI I1 A R1 1 I2 I5 R3 R2 I3 B 2 3 4 I4 R4 4 5 R5 5 C B Şekil 3.2.1 Kirchoff Kanunları Deney Şeması DENEYİN YAPILIŞI 1. Yukarıdaki devrede R 1 =150 Ω, R 2 =R 5 =120Ω, R 3 =180Ω, R 4 =270Ω dur. gerilimini 6 alarak her bir direnç üzerindeki akım ve gerilimi ölçünüz. Yaptığınız deneysel çalışmayı teorik olarak çözümlediğiniz sonuçlarla karşılaştırınız. 2. Elde ettiğiniz deneysel sonuçlarla Kirchoff Akım Kanunu ve Kirchoff Gerilim Kanunu nun geçerliliğini ispatlayınız. 3. A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnci (R AB ) ölçünüz. 5
Adı Soyadı: No: Ohm Kanunu Deneyi Tablo 3.1.1. Deneyden alınan değerler I Karakteristiği (R sabit) I R Karakteristiği ( sabit) ( R=R)= R I R=/I ort % R1R2R3R4 (Rö) ( ) R I= /R [k ] [] [ma] [k ] [k ] [] [k ] [ma] 5 20 10 20 15 20 20 20 R ort =(R1R2R3R4)/4 Sorular 1. Gerilim yatay, akım dikey eksende olmak üzere, akımgerilim (I) karakteristik eğrisini ve akımdirenç (IR) karakteristik eğrisini altta verilen alanlara çiziniz. 2. Deneyden çıkardığınız sonuçları yazınız Kirchoff Kanunları Deneyi =6 TEORİK SONUÇLAR DENEYSEL SONUÇLAR Gerilimler Akımlar Güçler Gerilimler Akımlar R 1 1 = I 1 = P 1 = 1 = I 1 = R 2 2 = I 2 = P 2 = 2 = I 2 = R 3 3 = I 3 = P 3 = 3 = I 3 = R 4 4 = I 4 = P 4 = 4 = I 4 = R 5 5 = I 5 = P 5 = 5 = I 5 = P= 6
Adı Soyadı: No: Sorular 1. Yukarıdaki devrede bütün dirençler birbirine seri bağlandığında eşdeğer direnç ne olur? 2. Yukarıdaki devrede bütün dirençler birbirine paralel bağlandığında eşdeğer direnç ne olur? 3. Seri bağlı devredeki dirençlerden herhangi biri kopuk olduğunda, diğer dirençlerdeki akım ve gerilimler nasıl değişir? Açıklayınız. 4. Paralel bağlı devredeki dirençlerden herhangi biri kopuk olduğunda, diğer dirençlerdeki akım ve gerilimler nasıl değişir? Açıklayınız. 5. Seri bağlı lambalardan oluşan bir devrede, lambalardan birisinde bir gevşeklik veya kopukluk olduğunda, lambalarda ne gibi değişiklikler olur? Açıklayınız. 6. Paralel bağlı lambalardan oluşan bir devrede, lambalardan birisinde bir gevşeklik veya kopukluk olduğunda, lambalarda ne gibi değişiklikler olur? Açıklayınız. 7