Transcript 4. ünite yaşamımızdaki elektrik

4.ÜNİTE
YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK
Mert yaz tatilinde ailesiyle büyükanne ve büyükbabasının
köyüne gitmişti. Büyükbabası yeni yaptırdığı evin duvarlarını
ördürmüştü, sıra elektrik tesisatının döşenmesine gelmişti.
Mert elektrikçinin çalışmasını dikkatle gözlemlerken
kullanılan kabloların değişik renklerde olduğunu ancak
hepsinin içinde bakır tel bulunduğunu fark etmişti. Şehre
elektrik taşıyan tellerin alüminyumdan yapıldığını biliyordu.
Acaba elektrik enerjisi iletiminde neden alüminyum ve bakır
teller tercih ediliyordu? Mert bunları düşünürken fen ve
teknoloji dersine öğrendikleri aklına geldi. Öğrendiklerine
göre bir devredeki ampulün parlaklığı kullanılan pil ve ampul
sayısına göre değişiyordu. Acaba ampul parlaklığını
değiştiren başka farklı faktörlerde var mıydı?
DİRENÇ NEDİR?
Yaptığımız etkinliklerde de görüldüğü gibi, elektrik
devrelerinde bağlantı kablosu olarak farklı metaller
kullanılabilir. Ancak, kullanılan metal tellerin iletkenlik özelliği
birbirinden farklıdır. Devrelerde bağlantı kablosu olarak
kullanılan telin cinsinin yanında uzunluğunun ve dik kesit alanının
da ampulün parlaklığını etkileye bir faktör olduğunu gördük.
•
Günlük hayatta televizyon arkasında yada radyoda yükselen
incecik bir duman hemen herkesi telaşa düşürür. Bir de
ortalıkta rahtsız edici bir yanık kokusu varsa panik daha da
büyür. Hemen anahtarla açılır, başlar kötü kötü düşünceler.
•
Yükselen duman, üzerinden geçen elektrik enerjisine direnç
göstermeyen bir devre elemanının yanmasından başka bir şey
değildir. Tüm devre elemanları elektrik enerjisinin iletimine
karşı direnç gösterir. Bu yüzden bir elektrikli cihazda
kullanılacak her devre elemanının uygun dirence sahip olması
önelidir.
•
•
Elektrik enerjisini, bazı iletkenler kolay iletirken, bazıları da zor iletir.
Aşağıdaki devrelerde kullanılan nikel-krom bağlantı telinin, elektrik
enerjisi iletimine karşı gösterdiği, bakır telin elektrik enerjisi iletimine
karşı gösterdiği zorluk, bakır telin elektrik enerjisi iletimine karşı
gösterdiği zorluktan daha büyüktür. Bu sebeple nikel-krom bağlantı
telinin kullanıldığı devrelerdeki ampulün parlaklığı daha azdır.
Maddelerin elektrik enerjisinin iletimine karşı gösterdikleri bu zorluk
direnç olarak adlandırılır. Direncin birimi OHM’ dur (om)ve (Ω) ile
gösterilir. Bütün elektrikli aletler belirli bir dirence sahiptir, ancak
bağlantı kablosu olarak kullanılan tellerin direnci çok azdır.
NİKEL-KROM TEL
BAKIR TEL
Bir iletkenin direnci sadece yapıldığı
maddenin cinsine değil aynı zamanda yapısına da
bağlıdır. Direnç, iletkenin boyu ile doğru, dik
kesit alanı ile ters orantılıdır.
Bir elektrikli cihaz yapılırken cihazın
kullanım amacına ve özelliğine göre uygun teller
seçilir. Evlerimize elektrik enerjisi taşıyan
tellerin küçük dirençli olması gerekir. Bunun için
kalın teller tercih edilir. Ütü, saç kurutma
makinesi ve su ısıtıcı gibi cihazlarda kullanılan
direnç tellerinin büyük dirençli olması gerekir.
Bunun için uzun ve ince teller gerekir.
Kullandığımız bilgisayar, televizyon, radyo gibi
elektronik aletlerde de çok farklı devre elemanları
vardır. Bu devre elemanları, iletken ve yalıtkan
özellik gösteren maddelerden yapıldığından, her
birinin direnci farklıdır. Birer devre elemanı olan
pil, ampul, anahtar, ya da iletken teli
incelediğimizde her birinin iki ucu olduğunu
gözlemleriz. Bu devre elemanları da birbirinden
farklı direnç değerlerine sahiptir. Bir devre
elemanının direncini ölçmek için evlerimizde
tükettiğimiz elektrik enerjisini ölçen sayaçlar gibi
aletler yapılmıştır aşağıda bu amaçla üretilmiş iki
farklı tipte direnç ölçer (ohmmetre) görülmektedir.
Bir devre elemanının direncini ölçmek için uçlarını
direnç ölçerin iki ucuna dokundurmak yeterlidir.
GEORGE SİMON OHM
KİMDİR?
George Simon OHM 1789 yılında Almanya’ da bir çilingirin oğlu olarak
dünyaya gelmiştir. Ohm’ un çocukluğunun büyük bir bölümü erkek kardeşiyle
babalarının çilingir atölyesinde geçmiştir. Böylece Ohmlar küçük yaştan
itibaren tahta, metal ve diğer atölye malzemelerini tanıma fırsatını
bulmuşlardır. Maddi durumları iyi olmamasına rağmen babaları bilimsel
kitaplar almaktan hiç vazgeçmemiştir. Ohm’ un matematik ve fene olan
ilgisini fark eden babası, onun ilk matematik öğretmeni olmuştur. Lise
döneminden sonra matematik ve fizik eğitimi almaya başlamıştır. Fakat
maddi imkansızlıklar sebebi ile eğitimine ara vererek özel öğretmen olarak
İsviçre’ de görev yapmıştır. 5 yıl sonra geri dönen Ohm, eğitimini
tamamlamış, daha sonra 1817 yılında KÖLN LİSESİ’nde öğretmenliğe
başlamıştır.Bu görev sırasında okulun o zamana göre iyi donanımlı
laboratuvar imkanlarını, araştırmaları için kullanmış ve fizik alanındaki
buluşlarına burada başlamıştır. Bugün “ OHM KANUNU” olarak bilinen
çalışmasını 1827 yılında çıkardığı kitabında yayınlamıştır. Bu kitap, bir çok
elektrik olayını açıklamak için matematiksel bağıntılar içeriyordu. O
zamanlar matematik, fen bilimlerini açıklamada pek kullanılmıyordu. Bu
yüzden, Ohm’un kendi zamanına göre araştırma yapma ve araştırmalarının
sonuçlarını açıklamada çok başarılı olduğunu söyleyebiliriz.
Ohm’un adı, kendisini onurlandırmak için, ölümünden yaklaşık 30 yıl sonra
direnç birimi olarak kullanılmaya başlanmıştır.
Bir ampulü yakından incelediniz mi? Eğer incelediyseniz bazı ampullerin
içerisindeki sarmal teli fark etmişinizdir. Ampulde ışık oluşturmak için
kullanılan bu tellere FİLAMAN denir. Filaman çoğunlukla tungsten
metalinden yapılır.Bakır kadar iyi iletken olmayan tungsten metali yüksek
dirence sahiptir. Bu yüksek direnci daha da artırmak için filamanın uzun ve
ince yapıda olduğu dikkatinizi çekti mi?
Evlerde kullandığımız ampuller farklı dirençlere sahiptir. Büyük bir odayı
aydınlatmak için çok ışık veren ampuller kullanırken, küçük odayı
aydınlatmak için daha az ışık veren ampuller tercih edilir. Ampul ne kadar
fazla ışık yayarsa o kadar fazla elektrik enerjisi harcar. Dolayısıyla
elektrik kurumuna ödeyeceğimiz fatura da o kadar fazla oranda artar.
Büyüklerimizden yardım alarak evimizdeki farklı ampullerin filamanlarını
inceyelim. Çok ışık veren bir ampulün filamanı ile az ışık veren bir ampulün
filamanını karşılaştıralım.
Her maddenin bir direnci olduğunu ve bu dirençlerin elektrik enerjisinin
iletimine karşı zorluk gösterdiklerini öğrendik. Elektrik devrelerinde, devre
üzerinden geçen elektrik enerjisini ayarlamak için özel olarak üretilmiş
DİRENÇ adı verilen devre elemanları da vardır. Mühendisler bir elektrik
devresini tasarlarken devre üzerinden iletilmesi gereken elektrik enerjisini
hesaplar ve gerekli yerlere bu sabit değerli dirençleri monte ederler. Bazen
bu sabit dirençlerin de kullanılması gerekebilir.
Radyonun sesini, hoparlöre iletilen elektrik
enerjisini azaltarak kısarız. Bubun hoparlöre
bağlı bir direncin değerini arttırarak
gerçekleştiririz. Radyonun sesini ayarlamak
istediğimizde ayarlanabilen dirençten
yararlarınız. Benzer şekilde, salon
lambalarının verdiği ışığı ayarlamak için
değişken dirençli anahtarlar kullanırız. Bu
anahtarlar hareket ettirilerek direnç
değiştirilir. Direncin anahtar aracılığıyla
artırılması durumunda devreden iletilen
elektrik enerjisi azalır ve lamba daha az ışık
verir.
Bağlantı kablosunun nikel-krom tel
üzerinde hareket ettirilmesiyle
ampulün parlaklığının değişmesini
nasıl açıklarız?
Bu durumu şöyle açıklayabiliriz;
Telin uzunluğuna göre direnç artar ve
kablo telin kısa yerinden bağlanırsa o
kadar az direnç olur ve ampul parlak
yanar. Kablo ne kadar telin uzun
yerinden bağlanırsa da bu durumun
tersi olur.
Etkinliğimizde, iletkenin direncini iletken uzunluğu ile doğru
orantılı olmasından yararlandık. Nikel-Krom telin uzunluğu
artırıldıkça direncide artar.Bu yüzden devrede daha az
elektrik enerjisi iletilir ve ampul daha az ışık verir.
Elektrik devrelerinde kullanılan direnç ve değişken direncin
(Reosta) sembolleri aşağıdaki gibidir.
Ben bir
iletkenim.
Yalıtkanla
çevriliyim.
Taşıdığım
enerji ile
işinizde
görevliyim
.
Ben bir
yalıtkanım.
İletkeni
sarmalarım.
Eğer beni
kırmazsanız
olur size
yararım.
1. Bir iletkenin direnci hangi faktörlere
bağlıdır?
Bir iletkenin direnci yapıldığı maddenin
cinsine ve yapısına,iletkenin
uzunluğuna ve kalınlığına bağlıdır.
2. Ampullerin içindeki ince teller
(fileman) neden kıvrımlıdır?
Filamanın kıvrımlı olmasının sebebi
kıvrılarak daha az yerde daha çok
telin bir arada bulunmasının
sağlanmasıdır.
3. (Resim kitapta mevcut.)
Resimdeki otoyolun bir bölümü onarım
çalışması yapıldığından çakıllıdır.Bu çakıllı
bölge ile aynı uzunlukta bir asfalt bölgeyi
düşünerek bir benzetme yapalım.Yolun
asfalt ve çakıllı bölgeleri,farklı cins
iletkenleri; yoldaki asfalt ve çakıllar direnci;
ok yönündeki trafik akışı ise aynı yöndeki
elektrik enerjisi iletimini temsil etsin.Buna
göre;
a.Trafik akışı hangi bölgede daha kolay
sağlanır. Bu durumu direnç kavramını
kullanarak nasıl açıklarız?
Trafik akışı asfalt yolda daha kolay
sağlanır.Bunu direnç kavramını
kullanarak yüksek dirençli bir telden
elektriğin geçmesinin zor olduğunu, az
dirençli bir telden ise elektrik
enerjisinin daha kolay bir şekilde
geçeceğini düşünerek açıklayabiliriz.
b. Bizden uzunluğuyla dik kesit alanı
aynı olan bakır ve nikel-krom tellerle bu
yolun asfalt ve çakıllı bölgelerini
eşleştirmemiz istense nasıl bir
eşleştirme yaparız?Neden?
Eğer böyle bir eşleştirme yapmamız istenseydi çakıllı
yol nikel-krom teli, asfalt yol ise bakır teli temsil
ederdi.Çünkü çakıllı yoldan trafik akışının geçmesi zor
olur ve bu da daha çok dirençli olduğunu gösterir
öyleyse çakıllı yol nikel-krom teli temsil eder. Asfalt
yolda ise trafik akışının sağlanması daha kolaydır.Bu da
daha az bir direnç gösterdiğini ispat eder.Öyleyse
asfalt yolda bakır teli temsil eder.
c. Bu benzetmeye göre bir iletkenin
cinsi değiştiğinde o iletkenin direnci de
değişir mi?Neden?
Evet.Bu benzetmeye göre bir iletkenin
cinsi değişirse gösterdiği dirençte de bir
değişiklik gözlemlenir.Çünkü farklı
maddeler farklı direnç gösterirler.
Hayatımızın Neresinde?
Nereden Nereye?
Elektrik enerjisi; ısı,ışık,ses ve hareket enerjisi
olarak hayatımızı kolaylaştırırken aynı zamanda
bilginin taşınmasında da kullanılır.Bu enerji sayesinde
rakamlar,kelimeler,sesler ve resimler elektronik
aletler yardımıyla anlamlı hale gelir.
Son 20-30 yılda elektronik teknolojisinde yapılan
önemli atılımlarla hesap makineleri,cep
telefonları,bilgisayarlar ve İnternet hayatımızın
vazgeçilmez unsurları haline gelmiştir.
Geçen yüzyılın belki de en önemli buluşu olan bilgisayarların ilk
örneklerinden birini yukarıdaki resimde
görüyorsunuz.Bilgisayarın büyüklüğü kullanılan kabloların
kalınlığı ve karışıklığı dikkatinizi çekti mi?Günümüzde aynı
boyutlardaki bilgisayarların kullanılıyor olduğunu varsayarsak
heralde çalışma odalarımızın adım atacak yeri olmazdı.
Kocaman bilgisayarlar 1970’li yıllarda geliştirilen
mikroelektronik ve mikroçip sayesinde yerini,giderek küçülen
bilgisayarlara bırakmıştır.Bu küçülme özellikle 1980’li yılların
ortalarından beri daha da hızlanmış,milyonlarca devreden
oluşan mikroçiplerin kullanılmasıyla da avuç içine sığacak kadar
küçük boyutlara ulaşmıştır.
Bugün benzer çalışmaların makinelerinde
küçültülmesine dönük yapılması
sonucunda,kısaca MEMS (Mikro Elektro
Mekanik Sistem) denilen teknoloji ortaya
çıkmıştır.MEMS teknolojisi sayesinde
mikroçipler üzerinde sadece çok küçük devreler
oluşturulmakla kalınmamış,aynı zamanda da çok
küçük makineler yapılabilmiştir.
Bugün MEMS teknolojisinden otomotiv sanayinin
yanında tıptan gıda teknolojisine,ziraatten kimya ve
endüstriyel ürünlere kadar birçok alanda
yararlanılmaktadır.
Ülkemizde MEMS teknolojisi üzerinde yürütülen
bazı çalışmalar vardır:Bu çalışmalardan biri de Orta
Doğu Teknik Üniversitesinden bir ekip tarafından
yürütülmektedir.Ekibin yaptığı çalışmalar birçok
uluslar arası yarışmada ödül kazanmıştır.Son
derece gelişmiş araştırma tesislerinde yürütülen
çalışmalarla,ülkemiz gelecekte bu teknolojide söz
sahibi olmaya adaydır.
Eleştiriyel Düşünme
• Bundan 50-60 yıl önce kullanılan radyolar
günümüzde kullanılanlardan çok daha
büyüktü.Acaba bugün ilk icat edildiği
zamanki boyutlarından daha küçük olan
başka hangi elektrikli aletler vardır?
Bilgisayar,telefon,televizyon
vb.
Bu makinelerin küçük olmasının
avantajları neler olabilir?
Bu makinelerin ilk icat edildiği
zamandan bu yana küçülmüş
olmasının avantajları daha
rahat taşınabilme gibi
faktörlerdir.
5.GRUP
Ahmet Emin Kızılkaya
Tevfik Emre Çalışkan
Cengiz Elen
Muhammed Enes Şen