Kategoriler

#Revir
#Gündem

Akım nedir QR Code

Google Bilim > Akım nedir

Akım nedir

7.2 Kullanılan Malzeme: Elektrikli Aydınlatma Lambaları

Okul düzeyi: 11. sınıflar

İlgili Bölüm: Işık (Bölüm 1)

Işık Teorileri (Bölüm 3)

Konu: -Işık nedir, nasıl yayılır,

Işığın dalga modeli,

Işığın tanecik modeli.

Süre: 2 saat
.

Hedef: Odaların aydınlatılmasında kaç wattlık lambalar kullanılmalı, Aydın-lanmaların
bağlı olduğu faktörleri tanımlamak. Aydınlanma şiddetini hesaplama. Aydınlanma
şiddetini ölçme, ışıklarla ilgili problemleri çözme. Seri ve paralel bağlı
devrelerde potansiyel ve akım bölünmesi olaylarını kavramak.

Araç-Gereç: Lambalar, güç kaynağı, kapalı ortamlar, bağlantı kabloları,
voltmetre ve ampermetre.

Uygulama: Laboratuar şartlarında basit elektrik devreleri kurulabilir. Paralel
ve seri bağlı devrelerin akım, potansiyel ve dirençlerin hesabını yaparak bunlar
arasındaki ilişki işlenebilir. Odaların aydınlatılmasında, kaçar watt’lık
lambalar kullanılacağını öğrenebiliriz.

Tanımlar:

Aynı işaretli elektrik yükleri hareket ettiği zaman bir akımın varlığından söz
edilir. Bir elektrik yükü yani bir elektron durmakta ise etrafında sadece
elektrik alanı oluşturur. Bu yük hareket halinde ise hem elektrik hem de
manyetik alanı oluşturur. Bu ise hareket halindeki bir yükün, etrafında
elektromanyetik bir dalga oluşturacağı anlamındadır.



7.2.1 Akım nasıl oluşur: Bir telden birim zamanda geçen yük miktarına akım
denir, i ile simgelenir, boyutu Amper ’dir. Elektrik yüklerinin bir iletkenden
geçişi elektrik akımını doğurur. Bir bataryanın kutupları arasına bağlanan bir
iletkenin iki ucu arasında bir potansiyel farkı meydana gelir. Bu potansiyel
farkı, iletken içinde bir elektrik alanı ( E ) oluşturur. Bu alan içindeki
serbest yükleri, elektrik kuvveti

= q.
6.7

etkisi ile hareket ederek elektrik akımını oluşturur. (KAYA, A. ve ÇAKIR, H.,
1996)

Oluşan akım ise aşağıda verilen bir büyüklüğe sahiptir.

i = q / t

q: Yük (coulomb)

t: Süre (saniye)



Şekil 7.5 : AB iletkenin uçlarına V potansiyeli uygulanır ise iletkende yönü


(+)’dan, (-)’ye doğru bir elektrik alanı oluşur.



7.2.2 Alternatif akım: Sinüs değişimi gösteren elektro motor kuvvet’lerine
alternatif emk, bu yoldan elde edilen akımlara da alternatif akım denir.
(ÖZDEMİR, B., vd., 1993)

Alternatif akım, eşit zaman aralıklarında periyodik olarak değişen akımdır.
Alternatif akımı üreten jeneratörlere de alternatör denir. Alternatörde kutuplar
devamlı değişir. Çünkü alternatörün içerisinde bulunan bobin dönme hareketi
yaparken, bobin üzerinden akım alan fırçalar sabit kalmaktadır. Bobinin her
hareketinde, üzerinde bulunan sabit uçlar, fırçalara sırası ile akım verirler.
Bu ise fırçalar tarafından bir (+) yönde bir (-) yönde akım alması anlamındadır.
Bu değişim elektronların hareketi açısından ivmeli bir harekettir.

Alternatif akımın ısı ve manyetik etkisi vardır. Alternatif bir potansiyel,

n = Vm sin (w t)

Vm: AC jeneratörünün pik voltajı, voltaj genliğidir veya etkin değeri.

w açısal hızı ise 2pf veya 2p/ T’dir. f kaynağın frekansı, alternatör
içerisindeki bobinin bir saniyedeki dönme sayısı ve T ise periyodudur, bobinin
bir dönme hareketi için geçen süredir. Bu potansiyelin bir R direncindeki
oluşturduğu akım ise

iR = v / R = (Vm / R). sin(wt)

iR = im sin(w t) burada im

im = Vm / R’ dir. (Komisyon, Özet Konu Anlatımlı Fizik, 1998)



Türkiye’de şebeke cereyanlarında frekansı 50Hz olan akım kullanılmaktadır.
ABD’de ticari elektrik güç santralleri ise w=377 rad/s karşılık gelen f=60 Hz
frekansı kullanılır. (SERWAY, 1996)



Şekil 7.6 Bir direncin içerisinden geçen akım, uçları arasındaki voltaj-


zaman fonksiyonu olarak çizimleri. (ÖZDEMİR, B., vd., Fizik II,

sh.162)



7.2.3 Elektrik akımının ısı etkisi: İçerisinden akım geçen tel ısınır. Bu telin
direnci R , içerisinden geçen akım i ve akımın etkin olduğu süre t ise açığa
çıkan enerji,

W = i2 .R .t
6.8

W:Enerji (Joule)

i: Akım (Amper)

R: Direnç (Ohm)

t: Zaman (saniye)

i2 .R .t’ye R direncinde ısıya dönüşen enerji denir.



Elektriksel güç: Üzerinden alternatif akım geçen R direncinde harcanan güç

P = W /t

Denklemde denklem 6.8’deki W yerine yazılarak,

P = i2 .R .t /t

P = i2 .R = i.V
6.9

bulunur. Veya ortalama güç,

P = Ve.ie cosj

(Komisyon, Özet Konu Anlatımlı Fizik, 1998)



7.2.4 Işık ve ışık akısı:

Işık: Elektromanyetik bir dalgadır. Doğru boyunca yayılır, saniyede aldığı yol
299 792 458 m’dir. Işık hakkında bir çok fikir vardır. Bunlardan bazıları
şöyledir.

Işığın tanecik yapısı, ilk defa Compton tarafından gösterilmiştir. Bir foton ile
elektronu çarpıştırarak saçılmalarını gözlemiştir. Fotoelektrik olay da ışığı
tanecik modelini destekleyen bir deneydir. (KARAKOÇ, Y., 1992) Tanecik Modelinin
ışık hakkında bize şu bilgileri vermektedir.

Işığın doğrultu boyunca yayılması.

Işığın birbiri içinden geçişi.

Işınların bir yüzeyde meydana getirdikleri aydınlanma.

Işığın bir yüzeye çarptığında bir basınç uygulaması

Işığın soğurulması.

Işığın bir yüzeyden yansıması.

Işığın boşlukta yayılması.

Tanecikli yapının açıklayamadığı hususlar ise.

Işığın kırılması.

Işığın aynı anda yansıması ve kırılması.

Işığın dar bir yarıktan geçerken kırınıma uğraması.

Girişim olayı.

Işığın dalga modeli ise aşağıdaki olaylara çözüm getirmiştir.

Işığın bir yüzeyden yansıması.

Işığın kırılması.

Işığın aynı anda yansıması ve kırılması.

Işığın girişimi ve kırınımı.

Işığın etkilenmeden birbiri içinden geçişi.

Dalga modelinin açıklayamadığı olaylar ise.

Ayrılma olayı.

Işığın boşlukta yayılması. (Komisyon, Özet Konu Anlatımlı Fizik, 1998)

Maxwell Elektromanyetik Kuramını ortaya atarak üçüncü bir Teori ortaya
çıkmıştır. Bu kurama göre ışık etrafa tanecikler gibi hareket etmekte ve bu
taneciklere bir dalga eşlik etmektedir. Bu dalgada hem elektrik alanı hem de
manyetik alan bulun-maktadır. Modern dalga teorisinde, ışık bir parçacık
hareketi ve bu parçacığa eşlik eden bir dalga mevcuttur. Parçacıkları fotonlar
oluştururlar. Aslında hareket eden her parçacığa bir dalga eşlik eder. Bazı
parçacıkların hızları yeterince büyük olmaması, kendilerine eşlik eden
dalgaların dalga boyları da çok küçük olduğundan ölçülemezler. Maxwell
denklemleri modern dalga teorisini çok iyi bir şekilde açıklamıştır.

Işık akısı: Bir ışık kaynağının birim zamanda yayınladığı görünür ışık
enerjisine ışık akısı denir. Φ ile simgelenir, ışık akısı birimi lümen’dir. Bir
yüzey aydınlatıldığında, yüzey üzerine düşen görünür ışık enerjisinin bir
kısmını tutup, bir kısmını yansıtır. Yüzeyden yansıyan görünür ışık miktarına
(enerjisine) yüzeyin parlaklığı denir. (AKBAY, A.,N., 1992) Işık şiddeti 1
candela olan bir noktasal kaynaktan 1 m uzaklıkta, ışınlara dik olarak
düzenlenmiş 1 m2’ lik yüzeye gelen ışık akısı bir (1) lümendir. ( Prof. Dr. EKEM,
N., 1997)



7.2.5 Aydınlanma şiddeti: Birim yüzeye düşen ışık akısıdır. Işık akısı F ile
simgelenir birimi lümendir. Aydınlanma şiddetinin birimi lüks (lx). S yüzey
büyüklüğü ise aydınlanma şiddeti,


E = F / S dir.
6.10

I şiddetindeki bir ışık kaynağı r yarı çaplı bir kürenin merkezinde ise

Φ = 4p I
6.11

ve küre yüzeyi S = 4pr2 olduğundan küre yüzeyindeki aydınlanma şiddeti, bağıntı
6.12’deki gibi olur. (ÖZDEMİR, B., vd., 1993) Aydınlanma şiddeti kaynaktan uzak-laştıkça
azalır.



7.2.6 Fotoelektrik dedektör: Işık şiddetini ölçmeye yarayan aletlere denir.
Işığın absorba edilmesi absorba eden metal üzerinden elektron kopartılır. Bu
elektronlar devreden akım olanağı sağlarlar. Akımın şiddeti ışığın şiddeti ile
doğru orantılıdır.

Şekil 7.7’deki ışık kaynağından l uzaklıkta bulunan A noktasına konan bir
fotoelektrik dedektörün ölçtüğü ışık şiddeti I ise, l mesafe uzaklıkta bulunan B
noktasındaki ışığın şiddeti I/22 . Eğer detektör C noktasında ise ışık şiddeti
I/32 şeklinde değişir. Öyle ise ışık şiddeti uzaklığın karesi ile ters
orantılıdır.



Işık kaynağı

Şekil 7.7: Işık, kaynaktan uzaklaştıkça (A, B, C noktalarının) aydınlanması

azalır.




E = I / (l 2)
6.12

E lüks (lx), l metre (m), I candela (cd)

Oda ortamlarını daha fazla aydınlatmak, hem enerjinin israfı hususunda
sakıncalı, hem de ışığın yoğunluğu sağlığımıza zarar vereceğinden sakıncalıdır.
Artık teknoloji sağlığımıza zarar vermeyen, enerji sarfiyatını düşüren, göz
sağlığımızı koruyan lambalar icat etmiştir.



7.2.7 Lambaların seri ve paralel bağlanması.

Seri bağlanma: Lambaların uç uca bağlanması ile elde edilen devreye denir. Diğer
bir değişle, akım kendisini tek bir koldan tamamlıyor ise seri bağlanmadır. Seri
bağlanma potansiyel bölünmesine sebep olacaktır. Her devre elemanı üzerinde
potansiyel bölünmeye uğrayacağından, daha düşük potansiyel altında lambalar
yanacaktır. Hem seri bağlanmada dirençlerin toplamı artacağından devreden geçen
toplam akım da düşecektir. (bkz. Bölüm 2.1)

Paralel bağlanma: Bir devredeki lambaların bir uçları bir noktada, diğer uçları
başka bir noktada birleştirilerek kurulmuş devrelerdir. Veya akım kendisini
birden fazla kola ayırarak tamamlıyorsa paralel bağlıdır denir. Paralel
bağlanmada akım bölünmesi gerçekleşecektir. Her bir devre elemanı aynı
potansiyelle besleneceğinden, ana koldan daha fazla akım geçmesi mümkün
olacaktır. Paralel bağlanmada toplam direncin değeri düşeceğinden devreden geçen
akım da büyümüş olacaktır. (bkz.Bölüm .2.1)

Ohm Kanunu: Bir devre elemanı üzerindeki potansiyelin, o devreden geçen akıma
oranı sabittir, R ile ifade edilir ve o elemanın direnci denir.

R = V / i
6.13

Evlerde kullanılan aydınlatma lambaları: Evlerimizin aydınlatılmasında
lambalardan faydalanırız. Ampuller veya flouresans lambalar elektrikli
aydınlatma lambalarıdır. Ampuller, içerisinden geçen akım şiddetinin ısı etkisi,
tungustenden ya-pılmış fitilin akkor hale gelmesi ile etrafa ışık enerjisi
yayarlar. Flouresans lambalarda ise uyarılmış gaz Atom larının, temel enerji
konumuna geçerken ışık enerjileri yayarlar. Bu enerjileri odaların
aydınlatılmasında kullanırız. Ampul lambalar sarf ettikleri elektrik enerjisi,
flouresans lambalardan daha fazladır. Flouresans lambalar ise sıklıkla açılıp
kapanması sakıncalıdır. Çünkü bu lambalar açıp-kapama esnasında elektrik
devresinde fazla akım çekerler. Uzun süre aydınlatılmanın ihtiyaç duyduğu
odaların flouresans lambalarla, kısa süreli ve sıklıkla kullanılan odaların
aydınlatılması da ampul lambalar ile sağlanmalıdır.



Örnek 3: P1=60W, P2= 68W ve P3=100 wattlık üç lambayı şebeke cereyanına seri ve
paralel ayrı ayrı bağlayalım. Her bir bağlanmada devreden geçen akımı ve her
lamba üzerindeki potansiyel farklarını bulalım.



Çözüm:Paralel bağlı devrelerde, potansiyel farkları eşit ve kaynağın
potansiyeli ile aynıdır.


V = V1 = V2 = V3 = 220volt

P = i2 R
6.14

P = i.V’den i = P / V

i1 = 60 /220 = 0,272 A olduğundan P = i2 R bağıntısından R1 = 810 ohm

i2 = 80 /220 = 0,363 A olduğundan P = i2 R bağıntısından R2 = 607 ohm

i3 = 100 /220 = 0,454A olduğundan P = i2 R bağıntısından R3 = 485 ohm

it = 1.079A

Seri bağlanmada, devreden geçen akımlar eşit, her bir lamba üzerine düşen
potansiyeller farklıdır. (HALİS, T., 1994) Toplam akım için,

Rt = 810 + 607 + 485 = 1902 ohm

it = V / Rt’ den

it = 0,116 A

i1 = i2 = i3 (Seri bağlanmalarda akımla reşit.)

V1 = it.R1 = 0,116.810 = 94 volt

V2 = it.R2 = 0,116.607 = 70 volt

V3 = it.R3 = 0,116.485 = 56 volt



Örnek 4: şekil 7.8’de verilen elektrik devresinde 5 ohm’luk üç direnç seri
bağlanmıştır. Devre 45 voltluk bir potansiyelle beslendiğine göre devrelerden
geçen akımları bulalım. Bu arada devrenin t=5 saniye ’de harcadığı enerjiyi ve
devrenin toplam gücünü bulalım



Şekil 7. 8: Örnek ( 4 ) için.



Rt = R1 +R2+R3
6.15 Rt = 5 + 5 + 5 = 15 ohm

i = V / Rt

i = 45 / 15 = 3 Amper.

W = i2 .R .t
6.16

W = 9.15.5 = 675 J

P = i.Vt (Vt, toplam potansiyel)

P = 3.45 =135 watt



Örnek 5: 100 watt’lık dört lamba paralel bağlansınlar. Bu devreler şebeke
cereyanına bağlandıkları zaman devreden geçen toplam akım şiddeti değeri nedir?

Çözüm: Devre elemanları paralel bağlandıkların ve şebeke cereyanı 220 volt
olduğundan, paralel bağlanmada her bir lamba üzerine 220 volt düşecektir.

P = i.V

100 = i . 220

i = 100 / 220 = 0,45 A

Lambaların dirençleri eşit olduğundan dört ayrı koldan aynı akım geçmektedir,
(4.0,45 = ) 1,8 amperlik devreden toplam akım geçer.

Alıştırmalar:

1. Şebeke cereyanı alternatif akım olarak nasıl üretilmektedir?
Alternatif akım olmasının faydaları var mıdır? Nelerdir.?

2. Frekans nedir? Evlerde kullanılan elektriğin frekansını nasıl anlarız?

3. Elektrikli bir malzemenin kullanım kılavuzunu veya cihaz üzerindeki
bilgileri okuduğunuz zaman, cihaz hakkında ne gibi bilgiler elde edebilirsiniz?

4. Özdeş iki lamba cereyan hattına (220V) seri ve paralel bağlansın.
Devreden geçen akım nasıl değişir? Lambalardan elde edeceğimiz ışık enerjisi
nasıl değişir?

5. 10 ohm’luk direnç ile 60 wattlık lambayı 220 V’luk devreye seri
bağlaya-lım. Bu esnada lambanın harcadığı enerji ile, direnç çıkartıldıktan
sonraki lambanın harcadığı enerji oranı nedir?

6. Evlerimizde, bütün elektrikli malzemeler devre üzerinde birbirlerine
paralel bağlanırlar. Niçin? Bunun ne gibi faydaları vardır?

7. Odaların aydınlatılmasında kaç wattlık lambalar kullanılmalıdır?

Yorum Yaz!





Kufur, hakaret iceren yorumlar onaylanmayacaktir..
Ziyaretcilerimizin IP Numaralari Gerektiginde Yasal islemler icin Kayit Altinda Tutulmaktadir.

Yorum Yok




Facebook Twitter Google+