Elektrik ve Manyetizma

Bu konuda ne öğreneceksin

Telefonun şarj olurken içinden akım geçer. Fişi prize takınca ampul yanar. Pusula iğnesi hep kuzeyi gösterir. Hepsinin ortak noktası, elektrik ve manyetizmanın birbirine bağlı olmasıdır: Akım manyetik alan oluşturur, değişen manyetik alan akım oluşturur. Bu konuda elektrik akımını, gerilimi, direnci, Ohm yasasını, seri ve paralel bağlamayı, elektriksel gücü ve manyetizmanın temellerini öğreneceksin.

1. Elektrik akımı, gerilim ve direnç

Elektrik akımı ($I$): Bir iletkenin kesitinden birim zamanda geçen yük miktarıdır:

$I = \frac{q}{t}$

Birimi amper (A)’dir: $1\ \text{A} = 1\ \text{C/s}$. 60 saniyede 120 C yük geçerse akım $\dfrac{120}{60} = 2\ \text{A}$.

Potansiyel farkı (gerilim, $V$): Akımı oluşturan etkidir, pilin ya da üretecin birim yük başına verdiği enerjidir. Birimi volt (V)’tur. Gerilim voltmetre ile ölçülür ve ölçülecek elemana paralel bağlanır.

Direnç ($R$): İletkenin akıma gösterdiği zorluktur. Birimi ohm (Ω)’dur. Direnç şu şekilde bulunur:

$R = \rho \frac{\ell}{A}$

Burada $\rho$ özdirenç (maddeye bağlı), $\ell$ iletkenin boyu, $A$ kesit alanıdır. Tel uzadıkça direnç artar, kalınlaştıkça azalır.

Akım ampermetre ile ölçülür ve seri bağlanır.

2. Ohm yasası

Sabit sıcaklıkta bir iletkenin uçları arasındaki gerilim, içinden geçen akımla doğru orantılıdır:

$V = I \cdot R$

Örnek. 12 V gerilim, 4 Ω dirençten $I = \dfrac{12}{4} = 3\ \text{A}$ akım geçirir.

Gerilim-akım grafiği: Doğrusaldır, eğim direnci verir.

3. Seri ve paralel bağlama

Örnek (seri). $R_1 = 3\ \Omega$ ve $R_2 = 6\ \Omega$ seri ve 18 V’a bağlı. $R = 9\ \Omega$, akım $\dfrac{18}{9} = 2\ \text{A}$. Gerilimler: $V_1 = 2 \cdot 3 = 6\ \text{V}$, $V_2 = 2 \cdot 6 = 12\ \text{V}$. Toplam 18 V.

Örnek (paralel). Aynı iki direnç 12 V’a paralel bağlı. Her koldaki gerilim 12 V: $I_1 = \dfrac{12}{3} = 4\ \text{A}$, $I_2 = \dfrac{12}{6} = 2\ \text{A}$. Ana kolda $4 + 2 = 6\ \text{A}$ geçer. Eşdeğer direnç $\dfrac{3 \cdot 6}{3 + 6} = 2\ \Omega$ ve $I = \dfrac{12}{2} = 6\ \text{A}$.

İki dirençte paralel kısa yol: $R = \dfrac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$. Eşit $n$ direnç paralelse $R = \dfrac{R_1}{n}$.

Üreteçlerin bağlanması. Özdeş üreteçler (piller) seri bağlanırsa potansiyel farklar toplanır, $n$ özdeş pil $n V$ potansiyel fark sağlar. Paralel bağlanırsa devreye sağlanan potansiyel fark tek bir üretecinkine eşit kalır, ancak her üreteçten daha az akım geçer. Bu yüzden üreteçler daha geç tükenir ve biri bozulsa diğerleri çalışmaya devam eder.

Elektrik güvenliği ve topraklama. Vücuttan geçen akım zararlıdır. Islak elle prize dokunmamak, hasarlı kabloları kullanmamak ve sigorta kullanmak önlemlerdendir. Metal gövdeli cihazların gövdesi topraklanır: Gövdeye kaçak akım geçerse akım düşük dirençli topraklama hattından yere iletilir ve kişi çarpılmaz.

Devreyi kur

Seri ve paralel bağlamada akımın ve gerilimin nasıl paylaşıldığını karşılaştır.

4. Elektriksel güç ve enerji

Bir alıcının birim zamanda harcadığı elektrik enerjisine elektriksel güç denir:

$P = V \cdot I = I^2 R = \frac{V^2}{R}$

Birimi watt (W).

Örnek. 12 V’a bağlı 4 Ω’luk rezistansın gücü $\dfrac{12^2}{4} = 36\ \text{W}$.

Elektrik enerjisi: $E = P \cdot t$. Faturadaki birim kilowatt-saat (kWh)’tir. 2 kW’lık cihaz 3 saat çalışırsa $2 \cdot 3 = 6\ \text{kWh}$ enerji harcar.

Paralel bağlı lambalar: Her lamba şebeke geriliminde çalışır, biri bozulunca diğerleri yanmaya devam eder. Evlerdeki aletler bu yüzden paralel bağlanır.

5. Manyetizma

Mıknatıs: Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çeken cisimlerdir. Her mıknatısın iki kutbu vardır: N (kuzey) ve S (güney).

• Aynı kutuplar iter, zıt kutuplar çeker.
• Bir mıknatıs ikiye bölünürse her parça yine iki kutuplu mıknatıs olur. Tek kutup elde edilemez.
• Mıknatısın çevresinde manyetik alan vardır. Alan çizgileri dışarıda N’den S’ye, içeride S’den N’ye doğrudur. Çizgiler kesişmez ve kutuplarda yoğunlaşır.

Dünya’nın manyetik alanı: Dünya büyük bir mıknatıs gibidir. Pusula iğnesinin N kutbu coğrafi kuzeyi gösterir. Çünkü coğrafi kuzeyde Dünya’nın manyetik güney kutbu bulunur.

Akımın manyetik etkisi (Oersted): Akım taşıyan bir telin çevresinde manyetik alan oluşur. Alanın yönü sağ el kuralı ile bulunur: Başparmak akım yönünü gösterirse kıvrılan parmaklar alanın yönünü gösterir. Akım artarsa alan artar.

Elektromıknatıs: Çekirdeği demir olan bir bobinden akım geçirilirse mıknatıs özelliği kazanılır. Akım şiddeti, sarım sayısı ve demir çekirdek artınca gücü artar. Akım kesilince özelliğini kaybeder. Zil, elektrik motoru, vinç, hoparlör gibi cihazlarda kullanılır.

• Seri bağlamaAkım her yerde aynı, eşdeğer direnç büyür.
• Paralel bağlamaGerilim her kolda aynı, eşdeğer direnç küçülür.
• Tel uzatılıyorDirenç artar.
• Bobinden akım geçiyorManyetik alan oluşur.

6. Konuyu toparla

Mini test

Kendini dene

Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.