Elektrik ve Manyetizma Konu Anlatımı – TYT Fizik

Akım, potansiyel farkı ve direnç

Bir lambanın yanması, kapalı devrede yüklerin düzenli hareketiyle başlar.

Devrede dolaşan yük, aktarılan enerji

El fenerinin anahtarı kapandığında pil, iletkenler ve lamba kapalı bir yol oluşturur. İletkende zaten bulunan yükler elektrik alan etkisiyle düzenli hareket eder; lamba elektrik enerjisini ışığa ve iç enerjiye dönüştürür. Pilin lambaya yeni elektron üretip göndermesi veya lambanın yükleri tüketmesi gerekmez.

Bir kesitten birim zamanda geçen net yük miktarı elektrik akımıdır: $\displaystyle I=\Delta q/\Delta t$ . Birimi amperdir, $\displaystyle 1\,\mathrm A=1\,\mathrm{C/s}$ . Geleneksel akım yönü dış devrede pilin pozitif ucundan negatif ucuna doğrudur; metallerde elektronların sürüklenme yönü bunun tersidir.

Kapalı devrede geleneksel akım dışarıda pilin + ucundan − ucuna gider; elektronların yönü terstir.

Potansiyel farkı ve direnç neyi söyler?

Potansiyel farkı ya da gerilim, iki nokta arasında birim yüke düşen enerji değişimiyle ilişkilidir; birimi volt, $\displaystyle 1\,\mathrm V=1\,\mathrm{J/C}$ ’dur. Direnç akıma karşı iletkenin gösterdiği etkiyi nicelleştirir; birimi ohm (Ω) olur. Gerilim akım değildir; biri enerji/yük, diğeri yük/zaman ilişkisidir.

Metallerde hareketli taşıyıcılar elektronlardır. Elektrolit sıvılarda pozitif ve negatif iyonlar, iyonlaşmış gaz ve plazmalarda elektronlar ile iyonlar akıma katkı verebilir. Her sıvı iyi iletken değildir; iletim için hareket edebilen yüklü taşıyıcıların bulunması gerekir.

Telin direnci hangi özelliklere bağlıdır?

Homojen bir tel için $\displaystyle R=\rho\ell/A$ modeli kullanılır. Özdirenç ρ maddenin özelliği, ℓ telin uzunluğu, A kesit alanıdır. Aynı malzeme ve koşullarda daha uzun tel daha büyük, daha geniş kesitli tel daha küçük direnç gösterir. Dar bir yoldan geçiş benzetmesi bu iki etkiyi ayırmayı kolaylaştırır.

Yalnız “kalın tel” demek yeterli değildir; karşılaştırmada madde ve uzunluk aynı tutulmalıdır. Aynı hacimde yeniden biçimlendirilen telin uzunluğu artarken kesiti azalabilir; iki etki birlikte direnci büyütür. Burada modeli değişkenlerin etkisini yorumlamak için kullanırız; özdirenç ile toplam direnci birbirine karıştırmayız.

Aynı maddede tel uzadıkça direnç artar; aynı uzunlukta kesit alanı büyüdükçe direnç azalır.

Ohm yasası ve ölçü aletleri

Sıcaklık gibi fiziksel koşulları sabit tutulan ohmik bir iletkende gerilim akımla doğru orantılıdır: $\displaystyle V=IR$ . Gerilim–akım grafiğinde eğim R’yi verir. 6 V altında 0,5 A akım geçen direnç 12 Ω’dur. Bu orantıyı her elektronik elemana koşulsuz uygulamayız.

Ampermetre akımını ölçeceği kola seri bağlanır; ideal direnci sıfıra yakındır. Voltmetre iki nokta arasına paralel bağlanır; ideal direnci çok büyüktür. Ampermetreyi doğrudan pilin uçlarına bağlamak kısa devreye yol açabilir. Ölçü aletlerinin konumu, hangi niceliği ölçtükleriyle birlikte düşünülmelidir.

Ampermetre dirençle seri, voltmetre direncin iki ucuna paralel bağlanır; bağlantılar farklı görevlerden doğar.

$\displaystyle I=\Delta q/\Delta t$ , ohmik dirençte $\displaystyle V=IR$ . Ampermetre seri, voltmetre paralel bağlanır; akım devrede tüketilmez.

Dikkat: Pil akım depolayan bir kutu değildir. Potansiyel farkını sağlayan üreteçtir; devredeki akım bağlanan düzeneğe de bağlıdır.

Bu bölümün kazanımları

MEB 10.1.1.1Elektrik akımı, direnç ve potansiyel farkı kavramlarını açıklar.
MEB 10.1.1.2Katı bir iletkenin direncinin bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.
MEB 10.1.2.1Elektrik Akımı, direnç ve potansiyel farkı arasındaki ilişkiyi analiz eder.
Akım, gerilim ve direnci ayırt eder; Ohm yasasını ve ölçü aletlerinin bağlanmasını açıklar.