ELEKTRİK VE ELEKTRONİK

Bağla, ölç, keşfet

Üç ortak çalışma tezgâhında devreleri kur: doğru akım ve ölçüm, elektronik ve sensörler, kondansatörler ve sinyaller.

Devre

Açık

anahtar açık

Akım

0,000A

her saniye 0,0000 C yük

Ampul gücü

0,00W

her saniye 0,00 J

Numune

Bakır

R ≈ 0,002 Ω

Mod

Boşluğa konan malzeme

Q 0,0 C · E 0 J

Görünüm

Deney tablosu · 0/11

Anahtarı kapat ve bir malzeme dene.

elektron (−) · hız ∝ akım

Sahne hazırlanıyor…

Kavramlar

Kapalı devre: kesintisiz bir halka

Ampulün yanması için yüklerin pilin + ucundan çıkıp ampulden geçerek − ucuna dönebileceği kesintisiz bir yol gerekir. Anahtar bu halkayı açıp kapatan bir kapıdır. Tek bir tel yetmez: yük gidecek ama dönecek yer bulamaz.
Halkanın herhangi bir yerinde bir boşluk (açık anahtar, sökülmüş ampul, yalıtkan) varsa akım her yerde sıfır olur.

İletkenler ve yalıtkanlar

Her madde yüklü parçacıklar içerir; fark, bu yüklerin hareket edip edemediğidir. Metallerde ve grafitte bazı elektronlar serbestçe dolaşır: bunlar iletkendir. Plastik, cam, tahta, lastik ve havada yükler atomlara sıkıca bağlıdır: bunlar yalıtkandır.
Su ilginç bir örnektir: saf su neredeyse hiç iletmez, ama içinde tuz çözününce oluşan iyonlar akımı taşır.

Akım, yük akışının hızıdır

Teller zaten yüklerle doludur — pil yük üretmez, var olan yükleri iter. Akım, bir noktadan her saniye geçen yük miktarıdır:

1\,\text{A} = 1\,\text{C/s}

. Ampuller yükleri tüketmez; pile dönen yük, pilden çıkanla aynıdır. Simülasyondaki parçacıkların hızı akımla orantılıdır (çok büyük akımlarda bir üst sınırda kalır); sayıları ise hiç değişmez.

I = \frac{Q}{t}

Aynı akım için iki ok

Bilim insanları elektronları keşfetmeden önce akımın yönünü + → − olarak seçtiler: buna geleneksel akım denir. Tellerde gerçekte hareket eden elektronlar negatif yüklüdür ve − → + yönünde ilerler. İki gösterim aynı akımı anlatır; alttaki düğmeyle ikisini de izleyebilirsin.

Bu laboratuvarın basitleştirmeleri

Pil idealdir: iç direnci yoktur, gerilimi akımdan bağımsızdır (gerçek pillerde akım artınca uç gerilimi biraz düşer). Bağlantı telleri ve ampermetre sıfır, voltmetre sonsuz dirençlidir. Ampuller sabit dirençli kabul edilir; gerçek bir flaman ısındıkça direnci artar.

Gerilim: her coulomb'a verilen enerji

Pilin gerilimi, içinden geçen her coulomb yüke ne kadar enerji verdiğini söyler:

1\,\text{V} = 1\,\text{J/C}

. Gerilim akmaz; iki nokta arasındaki farktır, bu yüzden voltmetre hep iki noktaya bağlanır. Seri bağlı pillerin gerilimleri toplanır: her hücre

1{,}5\,\text{V}

ekler.
Potansiyel renklerini açınca aynı tel boyunca gerilimin sabit kaldığını, düşüşün yalnızca ampul ve dirençlerde olduğunu görürsün.

V = \frac{E}{Q}

Ohm yasası

Sabit sıcaklıktaki bir direnç için akım gerilimle doğru orantılıdır. I–V grafiği orijinden geçen bir doğrudur ve eğimi

1/R

'dir: büyük direnç, yatık doğru demektir. Gerilimi iki katına çıkarırsan akım da iki katına çıkar; direnci iki katına çıkarırsan akım yarıya iner.

I = \frac{V}{R} \qquad V = I\,R

Direnç renk kodu

İlk iki bant rakamları, üçüncü bant çarpanı (10'un kuvveti), dördüncü bant toleransı verir.
siyah 0 · kahverengi 1 · kırmızı 2 · turuncu 3 · sarı 4 · yeşil 5 · mavi 6 · mor 7 · gri 8 · beyaz 9
Çarpan bandı altın ise ×0,1 demektir. Örnek: sarı-mor-siyah-altın =

47 \times 1 = 47\,\Omega

, %5 tolerans.

Ampermetre ve voltmetre

Ampermetre devreye seri bağlanır ve direnci neredeyse sıfırdır: akımı ölçer ama değiştirmez. Voltmetre ölçülen elemana paralel bağlanır ve direnci çok büyüktür: neredeyse hiç akım çekmez.
Şaşırtıcı bir sonuç: açık bir anahtarın uçlarına voltmetre bağlarsan pilin tam gerilimini okursun — bütün "itme" o boşlukta toplanmıştır.

Seri bağlama: tek yol

Seri devrede yüklerin tek bir yolu vardır, bu yüzden akım her noktada aynıdır. Pilin gerilimi elemanlar arasında paylaşılır ve dirençler toplanır. Büyük direnç gerilimden büyük pay alır. Bir ampul sökülürse halka kopar ve hepsi söner. Pile yakın ampulün daha parlak olması gerekmez — akım aynıdır.

R_{\text{eq}} = R_1 + R_2 + R_3 \qquad V = V_1 + V_2 + V_3

Paralel bağlama: birçok yol

Paralel devrede her kol pilin iki ucuna doğrudan bağlıdır, bu yüzden her kolun gerilimi aynıdır. Akım kavşakta kollara ayrılır ve sonra yeniden toplanır:

I = I_1 + I_2 + I_3

. Her yeni kol yüklere yeni bir yol açtığı için eşdeğer direnç azalır, toplam akım artar. Bir kol açılsa da diğerleri yanmaya devam eder.

\frac{1}{R_{\text{eq}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}

Güç ve parlaklık

Güç, enerjinin ne kadar hızlı dönüştürüldüğüdür:

1\,\text{W} = 1\,\text{J/s}

. Bir ampulün parlaklığı aldığı güce bağlıdır.
Seride akım aynı olduğundan

P = I^2R

: büyük direnç daha parlak. Paralelde gerilim aynı olduğundan

P = V^2/R

: küçük direnç daha parlak. Yani "büyük direnç her zaman sönük" kuralı yanlıştır — bağlantıya bakmak gerekir.

P = V\,I = I^2 R = \frac{V^2}{R}

Bir telin direncini ne belirler?

Uzun bir tel, yüklerin aşması gereken daha uzun bir yoldur: direnç uzunlukla doğru orantılıdır. Kalın bir tel daha geniş bir yoldur: direnç kesit alanıyla ters orantılıdır. Malzeme de önemlidir: özdirenç

\rho

bakırda çok küçük, nikromda yaklaşık 65 kat büyüktür — bu yüzden ısıtıcı telleri nikromdan yapılır.

R = \rho\,\frac{L}{A}

Beceriler ve müfredat

Açık ve kapalı devre

4–6. sınıf

Akımın yalnızca kapalı bir yol varsa aktığını; iletken ve yalıtkanların farkını açıklar.

Başlanmadı

MEB 4. sınıf · Basit Elektrik Devreleri · F.4.7.1.1, F.4.7.1.2MEB 6. sınıf · Elektriğin İletimi ve Direnç · FB.6.6.1NGSS 4-PS3-2

Ohm yasası

9–10. sınıf

V = I·R bağıntısıyla gerilim, akım veya direnci hesaplar.

Başlanmadı

MEB 10. sınıf · Elektrik · FİZ.10.3.3CCSS HSA-CED.A.4

Seri bağlama

9–10. sınıf

Seri devrede akımın her yerde aynı olduğunu, gerilimin paylaştırıldığını ve dirençlerin toplandığını kullanır.

Başlanmadı

MEB 10. sınıf · Elektrik · FİZ.10.3.4NGSS HS-PS3-1

Paralel bağlama

9–10. sınıf

Paralel kollarda gerilimin aynı, akımların toplandığını ve eşdeğer direncin küçüldüğünü kullanır.

Başlanmadı

MEB 10. sınıf · Elektrik · FİZ.10.3.4NGSS HS-PS3-1

Elektriksel güç ve parlaklık

9–10. sınıf

P = V·I = I²·R ile ampul parlaklığını ve enerji tüketimini karşılaştırır.

Başlanmadı

MEB 10. sınıf · Enerji · FİZ.10.2.2NGSS HS-PS3-1

Direnci etkileyen etkenler

6–10. sınıf

Telin uzunluğu, kesit alanı ve malzemesinin direnci nasıl etkilediğini açıklar (R = ρ·L/A).

Başlanmadı

MEB 6. sınıf · Elektriğin İletimi ve Direnç · FB.6.6.2, FB.6.6.3

Görev 1/18Kur0/18 ✓

Ampulü yak

Boşluğa yükleri geçiren bir malzeme yerleştir ve anahtarı kapat. Ampul yanmalı.

Simülasyonda dene — hedefe ulaştığında görev kendiliğinden tamamlanır.

Bağla, ölç, keşfet

Kavramlar

Beceriler ve müfredat

Ampulü yak

Tüm görevler

Nasıl çalışır: Bağla, ölç, keşfet

Klavye ve fare