T.C.

SELÇUK ÜNİVERSİTESİ

FEN FAKÜLTESİ

FİZİK BÖLÜMÜ

GENEL FİZİK LABORATUVARI II

HAZIRLAYANLAR

Yrd. Doç. Dr. Haziret DURMUŞ Yrd.Doç.Dr. Nurettin EREN

Arş.Grv. Nihal BÜYÜKÇİZMECİ Arş.Grv. Berna GÜLVEREN

Arş.Grv. Bekir ÇAKIR Arş.Grv. Mehmet ERDOĞAN

Arş.Grv. Yusuf YAKAR

GENEL FİZİK II LABORATUVARI DENEY ÇİZELGESİ

No Deney Adı Deney Ekipmanı

1 FARADAY KAFESİ Faraday Kafesi, elektrometre ve yük üreteçleri

2 KÜRE YÜZEYİNDE OLUŞTURULAN YÜKLERİN

DAĞILIMI

Elektrometre, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi, güç

kaynağı ve özdeş küreler

3 OHM KANUNU DC güç kaynağı, AVOmetre ve dirençler

4 BİR TUNGSTEN FİTİLLİ LAMBANIN DİRENCİNİN

SICAKLIKLA DEĞİŞİMİNİN GÖZLENMESİ

Güç kaynağı, AVOmetre, Tungsten fitilli lamba,

direnç

5 ALTERNATİF GERİLİM VE ALTERNATİF AKIM Osiloskop, Dalga üreteci, AVOmetre, Direnç,

İletken kablolar

6 OSİLOSKOP İLE DC VE AC GERİLİM ÖLÇÜMLERİ Dalga üreteci, Osiloskop, Direnç

7 DOĞRULTUCU DİYODUN I-V KARAKTERİSTİĞİ VE

UYGULAMALARI DC ve AC güç kaynağı, Osiloskop, Diyot, Direnç

8 RC DEVRELERİ DC güç kaynağı, AVOmetre, Direnç,

Kondansatör,

9 DÜZGÜN BİR MANYETİK ALANDA AKIM

İLMEĞİNE ETKİYEN TORK

N sarımlı halkadan oluşan motor, Ampermetre,

AVOmetre, 30 voltluk DC güç kaynağı

10 TRANSFORMATÖRLER AC güç kaynağı, 300, 600 ve 1200 sarımlı

bobinler, U mıknatıs

1

GİRİŞ

Laboratuvar çalışmalarının amacı, derste öğrenilen fizik prensiplerini örnek bazı doğa

olayları üzerinde gözlemek, ölçümler yapıp onların doğruluğu hakkında kendimizi ikna etmek

ve fiziğin çalışma yöntemlerine ait gerekli bilgi ve alışkanlığı kazandırmaktır.

Her şeyden önce fiziğin, içinde yaşadığımız doğa olaylarını inceleyen, onların neden

ve nasıl olageldiklerini araştıran bir bilim olduğunu unutmamalıyız. Bu, fizikle uğraşanların

deney yaparak ya da teori kurarak yaptıkları çalışmaların sonucu ortaya çıkan bir bilgi

birikimidir.

Laboratuvar çalışmaların bazılarında derslerde öğrendiğimiz fizik prensip ve

kanunlarını, kendi hazırladığımız koşullar içinde doğrulamaya çalışırız. Bulduğumuz sonuçlar

çoğu zaman kitapların verdiğine tam uymaz. Bu bize, yapılan işlerde bir miktar hata olduğunu

gösterir. Hatanın azlığı oranında doğru sonuca yaklaşırız. Hatadan kurtulmanın imkânı

yoktur, ancak azaltma yolları vardır. Bunlardan biri, deneyi yapıp sonucun hatalı olduğunu

gördükten sonra, hatanın nereden gelebileceğini düşünmek, her defasında o noktalara dikkat

edip deneyi yeter sayıda tekrar ederek elde edilen sonuçların ortalamasını almaktır. Bazen

daha ilk ölçmede gayet iyi sonuç alınabilir. Bu, yapılan işlerin hatasız olduğunu göstermez.

Böyle hallerde de deneyi yeteri kadar tekrar edip bulunan sonuç kontrol edilmelidir.

Laboratuvar çalışmalarının dersle paralel gitmesi için, aynı deneyin bütün öğrenci

grupları tarafından aynı zamanda yapılması en doğru yoldur. Ancak bu iş için çok sayıda

deney setine ihtiyaç duyulması ve bu kadar aracın sağlanmasında karşılaşılan ekonomik

güçlükler nedeniyle laboratuvarda deneyler dönüşümlü olarak yapılacaktır.

2

LABORATUAR ÇALIŞMALARINDA DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR

1-) Deney grubundaki her öğrenci her hafta yapacağı deneye önceden hazırlanıp

gelecektir. Deney başlamadan önce görevli öğretim elemanları öğrencinin deneyi yapabilecek

bilgiye sahip olduğunu kontrol etmek için öğrenciye sözlü sorular yöneltecekler başarısız olan

öğrenciler Laboratuvar çalışmasına alınmayacaktır.

2-) Laboratuvara gelirken yanınızda mutlaka hesap makinesi ve grafik kâğıdı gibi

gereçleri bulundurmalısınız.

3-) Laboratuvara girince alet ve cihazlara dokunmayınız. Görevli kişinin iznini ve

tavsiyesini aldıktan sonra, sadece size tanıtılan aletleri kullanınız.

4-) Laboratuvardaki görevliler sınıfa hitap ederken kesinlikle onu dinleyin. Başka bir

şeyle meşgul olmayın.

5-) Aletleri dikkatli bir şekilde kullanın. Dikkatsizlikten ve bilgisizlikten ileri gelecek

bir zararın tarafınızdan ödenmesi gerektiğini unutmayın. Eğer aletlerin siz kullanmadan önce

bozulmuş veya kırılmış olduğunu görürseniz derhal görevliye haber verin.

6-) Masanızdan ayrılarak diğer masalardaki arkadaşlarınızı rahatsız etmeyin.

Laboratuvardaki görevli diğer bir masadaki öğrencilerle ilgilenirken masanızı terk ederek o

masaya gitmeyi. Eğer bir probleminiz varsa ilgili araştırma görevlisinden yardım isteyin.

7-) Deney gruplarında bulunan öğrenciler, karşılıklı yardımlaşmanın yanında ölçüleri

sıra ile alacaklar, hesapları ayrı ayrı yapacaklardır.

8-) Laboratuvar çalışmasını tamamlayan her öğrenci yaptığı deneydeki ölçümlerle ve

hesaplamalarla ilgili deney raporu hazırlanacaktır. Bir sonraki hafta deneye başlamadan önce

hazırladığı raporu görevli öğretim elemanına teslim edecektir.

9-) Deneyi bitirdikten sonra masanızı temizleyin. Görevliden aldığınız deney

gereçlerini geri teslim edin.

10-) Deneyinizi yaptığınıza dair araştırma görevlisinin olurunu almadan laboratuvarı

terk etmeyin.

3

FİZİKSEL NİCELİKLER VE BİRİMLER

Fiziksel nicelik deyimi genel olarak ölçülebilen her şey için kullanılacaktır. Uzunluk,

enerji, ivme, kütle ve maddenin ısı sığası buna örnektir. Bir fiziksel niceliğin ölçülebilmesi

kendi cinsinden birim kabul edilen bir büyüklükle kıyaslanarak oranın bulunması demektir.

Dolayısıyla kabul edilen birim değişirse oran da değişecektir. Bu nedenle ölçülen nicelik

kesinlikle birimiyle verilmelidir. Fizikte bazı nicelikler temel alınarak diğer bütün nicelikler

bu temel nicelikler cinsinden ifade edilebilir. Bunun için uygun temel nicelikler seçilmelidir

ve bunların sayısı mümkün olduğunca az olmalıdır. Fen bilimlerinin gelişme süreci içerisinde

temel nicelikler ve birimler ortaya çıkmıştır. Fizikte yaygın olarak iki birim sistemi kullanılır.

Bunlar CGS ve MKS birim sistemleridir. Bunlarda temel nicelik olarak uzunluk, kütle ve

zaman alınmıştır. Daha sonra MKS birim sistemine akım, sıcaklık, madde miktarı ve ışık

şiddeti de eklenerek SI birim sistemi oluşturulmuştur. Çizelge 1 de kullanacağımız temel

nicelikler ve bazı türetilmiş nicelikler birimleri ile verilmiştir. Çizelge 2 de ise fiziksel

niceliklerde ön çarpan olarak kullanılan öntakılar verilmiştir. Öğrenciler deneylerinde

hesaplamalar yaparken birim sistemine dikkat etmeli ve hangi birim sisteminde çalışıyor ise

fiziksel büyüklüklerin değerlerini o birim sistemine çevirmelidir.

Çoğu zaman 10’un katları çarpan olarak alınmasıyla temel birimlerden kullanışlı

birimler elde edilir. Örneğin km 310 m , ms 310 s gibi.

Çizelge 1: Bazı temel fizik nicelikleri

Fiziksel Nicelik SI Birim Sistemi CGS Birim Sistemi

Uzunluk Metre ( m ) santimetre (cm) 210 m

Kütle Kilogram ( kg ) gram ( g )= 310 kg

Zaman Saniye ( s ) saniye ( s )

Kuvvet Newton (N) 2kg.m s dyn=510 N

Enerji Joule (J) N.m erg 710 joule

Güç Watt ( J s ) erg / s= 710 watt

4

Çizelge 2: Ön çarpanlar

Ön Çarpan Adı Kısa Gösterim Çarpan Değeri Örnekler

tera- T 1210 -

giga- G 910 gigahertz(GHz)

mega- M 610 megawatt(MHz)

kilo- k 310 kilometre (km)

santi- c 210 santimetre (cm)

mili- m 310 milisaniye (ms)

mikro- 610 mikrometre (m)

nano- n 910 nanosaniye (ns)

piko- p 1210 pikosaniye (ps)

Okumada 1. ve 2. şeritlere karşılık gelen sayılar birer rakam 3. şeride karşılık gelen

sayıda çarpan olarak alınır. Tolerans rengine karşılık gelen orandan yararlanılarak hata payı

hesaplanır.

5

ÖRNEKLER:

1.Renk 2.Renk 3.Renk 4.Renk Direncin değeri

Kırmızı Kırmızı Kırmızı Altın

Yeşil Mavi Kırmızı Gümüş

Yeşil Mavi Gümüş Altın

DİKKAT: Renkler uçtan tolerans rengine doğru okunmalıdır. Tolerans rengi yoksa direncin

ucuna yakın olan renkten başlayarak içe doğru okunmalıdır.

Karbon dirençlerin ticari piyasadaki değerleri 10‾²Ω ile 10 Ω arasındaki değerleri

çarpan kabul ederler. 1/ 8, 1/4, 1/2, 1 W olarak yapılırlar. %5, %10 ve %20 toleransla verilen

Elektronik Endüstrisi Derneğinin kabul ettiği direnç değerleri listesi aşağıda çıkarılmıştır.

Bunlar 1/4, 1/2, 1 ve 2 Wattlık olup 10‾² ile 10 arasındaki 10 un kuvvetlerini çarpan kabul

eder

GRAFİK ÇİZME VE GRAFİKTEN YARARLANMA

Deneylerde çoğunlukla bir niceliğin diğer bir niceliğe bağlı olarak nasıl değiştiği

incelenir. Bunun için bağımsız değişken x istenildiği gibi değiştirilir, buna karşılık gelen y

’nin aldığı değerler ölçülerek bir tablo hazırlanır. Grafiklerde genellikle bağımsız değişken x ,

yatay eksene; bağımlı değişken düşey eksene yerleştirilir. Grafik bu iki niceliğin birbirine

nasıl bağlı olduğu hakkında fikir verir.

Çizilen bir grafiğin herkes tarafından anlaşılması için aşağıdaki hususlara dikkat

edilmelidir;

1-) Grafik kağıdının uygun bir yerine grafiğin adı ve tarihi yazılmalıdır.

2-) Eksenlerin hangi niceliklere karşılık geldiği ve birimleri yazılmalıdır.

6

3-) Her türlü yazı ve rakamlar kolayca okunabilmelidir.

4-) Grafik, mümkün olduğunca grafik kağıdını doldurmalıdır. Bunun için:

a) Eksenlerin kesim noktalarının sıfırı göstermesi şart değildir. Verilere uygun

olarak farklı değerlerden başlanabilir.

b) Eksenin başlangıç değeri verilen en küçük değerine en yakın sayıdan

başlamalıdır.

c) Her eksen bağımsız olarak farklı farklı ölçeklendirilebilir. Ancak

ölçeklemelerde bölmeler her birim bölme 2, 5 veya 10 küçük bölmeye kolayca ayrılabilecek

şekilde seçilmelidir.

5-) Eğer değerler çok küçük ya da çok büyükse 10’un kuvvetleri şeklinde gösterilebilir

ve ortak olan üstel kısım birimlerin önüne eklenir. (örnek: x 410 m gibi)

6-) Noktalar, grafikteki yerlerine sivri uçlu bir kalemle işaretlenir ve her nokta etrafına

küçük bir daire çizilir.

7-) Varsa ölçüm hataları, orantılı büyüklükte hata çizgisi ile gösterilmelidir. Çizginin

boyu bir ölçümdeki hata , y ise 2 y kadar olmalıdır.

8-) Noktalara karşılık gelen değerler, ilgili eksen üzerinde ayrıca belirtilmelidir. (Bu

değerler tablodan görülebilir.)

9-) Noktalar kırık çizgilerle birleştirilmemeli noktalara en yakın düzgün bir eğri

çizilmelidir. Öyle ki noktaların bu eğriye olan uzaklıklarının cebirsel toplamı minimum

olmalıdır. Eğrinin üst ve alt kısımlarında mümkün olduğunca eşit sayıda nokta bulunmalıdır.

10-) Diğerlerinden çok ayrı ve hatalı olduğu açıkça görülen noktalar ihmal edilmelidir.

11-) Eğrinin ölçüm sınırları dışında kalan kısımları, çizilmesi gerekli ise kesikli çizgi

ile çizilir.

12-) Grafik, eğrinin biçimine göre değerlendirilir. Örneğin, grafik bir doğru biçiminde

ise grafikten doğrunun eksenleri kestiği değerden ya da doğrunun eğiminden uygun fiziksel

nicelik veya sabit bulunabilir. Bir grafiğin anlamı, her zaman kolay olmayabilir. Bu durumda

deneycinin konu hakkındaki bilgisi ve tecrübesi önemlidir. Bunun yanında deney sonuçlarının

analizinde deneyciye yardımcı olacak bilgisayar teknikleri de kullanılabilir.

7

DENEY RAPORUNUN HAZIRLANMASI

Deney yapan kişi, deney esnasında aldığı deney verilerin, grafiklerin ve yorumların

kolayca anlaşılabilmesi için belirli bir düzen içerisinde vermelidir. Her ne kadar bir deney

raporunun hazırlanması deneyde takip edilen metoda bağlı olmasa da genel olarak bir deney

raporu aşağıdaki gibi hazırlanır.

1. Deney No (deneyin kodlanmış olan numarası yazılacaktır)

2. Deneyin Adı (deneyin kısa ve özlü adı yazılacaktır)

3. Deneyin Amacı (deneyin genel amacı birkaç cümle ile özetlenecektir)

4. Teori (deney kitapçığındaki teori yazılmayacak, gerekirse ilgili tanımlar deneyci tarafından deneyin teorisinde anlatılmayan bağıntılar ve kanunlar yazılacaktır)

5. Deney Verileri (veriler ve bunlardan hesaplanan sonuçlar derli toplu bir şekilde mümkünse Çizelgeler halinde verilmelidir)

6. Grafikler (kitapçığın başında anlatılan kurallara uygun olarak çizilmeli ve rapora düzenli bir şekilde iliştirilmelidir)

7. Sonuç ve Tartışmalar ( Deney raporunun en önemli kısmı sonuç ve tartışma kısmıdır. Bu kısımda deneyci ölçtüğü veya hesapladığı verileri, grafikleri

yorumlar. Deneydeki hatalar, teorik sonuçlar deneysel sonuçlarla uyuşmuyorsa

nedenlerini izah eder ve bu kısımda deneyci öneriler getirir.)

AÇIKLAMALAR: Deney raporu, deney esnasında kurşun kalemle tutulacaktır. Deney

bitiminde ilgili öğretim elemanına teslim edilecektir. Eğer deneyde uzun hesaplamalar ve

grafikler varsa öğrenci bunları evde tamamlayacak ve bir sonraki deneyde ilgili öğretim

elemanına teslim edecektir. Bu deney raporundan alacağınız notlarla deneyle ilgili yapılacak

olan sözlü notlarının ortalaması alınarak yıl içi notlarının verilecektir.

8

Deney No: 1

FARADAY KAFESİ

1.AMAÇ:

Faraday kafesi içerisine yüklü bir cisim sarkıtıldığında kafes üzerinde etki ile (indüklenme)

yük oluşturulabilir. Bu deneyde Faraday kafesi yüzeyi üzerinde indükleme yöntemiyle

oluşturulan yükler ve aralarındaki etkileşmeler incelenecektir.

2.ARAÇLAR:

Faraday kafesi, yük üreteçleri ve elektrometredir.

1-Faraday Kafesi

Şekil l: Faraday Kafesi

Faraday kafesi Şekil-1’de gösterilmiştir. Orijinal olarak Michael Faraday tarafından

tasarlanmış olup, iletken bir yüzey içine yerleştirilen herhangi bir yükün yüzeyin dış tarafında

eşit bir yük oluşturacağı ilkesi üzerinde çalışır. Yük ve yük dağılımlarını örneklemek için

mükemmel bir cihazdır. Bu deneyde kullanılacak olan versiyonu, kalıplanmış plastik bir

tabana takılmış iki tel örgü silindirden ibarettir. Dış silindir, kalkan olarak adlandırılır.

Kafesin içinin tam olarak görülmesini sağlar ve topraklandığında kaçak yükleri ve AC alanları

yok eder. İç silindir gerçek kafestir. İç silindir yalıtkan çubuklara takılmış olup, 10 cm çapa ve

15 cm yüksekliğe sahiptir. Yüklü bir cisim, dokundurulmadan iç silindirin içine

yerleştirildiğinde aynı büyüklükteki yük iç silindir dış kısmında oluşur. İç ve dış silindir

arasına bağlanan bir elektrometre bir potansiyel fark tespit edecektir. Yük ne kadar büyük

olursa, potansiyel fark da o kadar yüksek olur. Bu nedenle elektrometre gerilim okumalarına

vermesine rağmen bu değerleri bağıl yük ölçümleri olarak kullanmak olasıdır.

9

2- Yük Üreticileri

Yük üreticileri bir çubuktan ibaret olup, iletken bir diske, açık renkli ve koyu renkli

malzemeler yapıştırılarak oluşturulmuştur. Yük üreticileri dokunma ile yük üretmek için

kullanılır. Hızlı bir şekilde birbirlerine sürtüldüklerinde pozitif ve negatif yükler üretilir.

Şekil-2’de gösterildiği gibi mavi ve beyaz yüzeyler hızlıca birbirine sürtülürse, beyaz yüzey

pozitif bir yük kazanırken mavi yüzey negatif bir yük kazanacaktır.

Aşağıda hatırlanması gereken yük üreticilerinin düzgün kullanımı ve bakımı için bazı

maddeler bulunmaktadır:

• Eğer, sıfır yük isteniyorsa iletken diskleri yere dokundurarak yük üreteçlerini boşalt. Diskin

tamamıyla boşaldığından emin olmak için, nazikçe çubuktaki yalıtkan boyuna soluk veriniz.

Soluğunuzdaki nem, yükleri uzaklaştıracaktır.

• Normal kullanım esnasında boyun kısmına dokunmayınız. Ellerinizdeki yağ, yüklerin

çubuğa sızmasına neden olacaktır. Çok fazla sızma olursa, beyaz yalıtkan sapları su ve

sabunla yıkayınız ve durulayınız, böylece sızıntı yok olacaktır. Disk yüzeylerini ara sıra alkol

ile temizleyiniz.

• Yük üreteçlerini ilk defa veya yıkamadan sonra kullanırken, yük üreteçleri yükleri hemen

üretmeyebilir. Beyaz yüzeyi kuvvetlice sürtün.

• Yük üreticileri, elektrometre ile kullanılması için tasarlanmıştır. Standart bir elektroskop ile

kullanım için yeterli yük üretmez.

Şekil 2: Yük üreteçleri, taşıyıcıları ve iletken küreler

10

3-Elektrometre

Elektrometre; gerilimin doğrudan, akım ile yükün dolaylı yoldan ölçümü için kullanılan bir

voltmetredir. Yüksek empedansı nedeniyle, elektrostatik deneylerinde özellikle yükü ölçmek

için uygundur. Altın yapraklı standart bir elektroskopa göre oldukça hassastır.

Şekil 3: Elektrometre

3.TEORİ:

Elektrik yüklerinin ve bu yüklerin birbirlerine uyguladıkları elektriksel kuvvetin varlığı, saça

sürülen tarağın kağıt parçalarını çekmesi veya bir balonun yün ile ovulduktan sonra odanın

tavanına yapışması ile anlaşılabilir. Elektrik yükleri artı ve eksi olmak üzere iki türlüdür. Aynı

yükler birbirini iter, farklı yükler ise birbirini çekerler. Cisimler birbirlerine değdirildiğinde

yük alış verişi gerçekleşir ve yükün bir bölümü diğer cisme aktarılabilir. 1909 yılında

Amerikalı bilim adamı, Millikan cisimlerdeki toplam yükün temel yük biriminin

(q=1,06.10-19 C) tam katları halinde olduğunu açıkladı. Bunun yanı sıra Fransız fizik kaşifi

Coulomb ise özel bir düzenek yardımıyla elektrik yüklerini nicel olarak ölçerek yüklü iki küre

arasındaki elektrik kuvvetinin, yükler arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğu

sonucuna ulaştı.

11

4. DENEYİN YAPILIŞI:

1. Bölüm: Etki ve dokunma yolu ile yükleme

1. Elektrometre'yi Şekil-4 de gösterildiği gibi Faraday kafesine bağlayınız. Elektrometrenin ve

Faraday kafesinin topraklandığından emin olunuz. Elektrometre topraklandığında sıfırı

göstermelidir ve bu Faraday kafesinde hiç yük olmadığını belirtir. Elektrometreden ve

kafesten tüm yükü tamamıyla uzaklaştırmak için elektrometre üzerindeki “zero” (sıfır)

düğmesine basınız.

2. Her zaman yüksek ayar (100 V) gerilim aralığı ile başlayın ve gerekirse aşağı ayarlayın.

Analog sayaçlar, tam ölçeğin 1/3'ünden 2/3'e kadar olan aralıklarında genellikle en doğrudur.

3. Yük üreteçleri yüklü cisimler olarak kullanılacaktır. Burada üreteçleri yüklerken izlenecek

genel yol şudur:

• Yük üreteçlerinin boyun ve tutacaklarındaki kaçak yükleri, boyun ve tutacakları topraklı

kafese dokundurarak daima uzaklaştırın. Bunu yaparken siz de topraklı olmalısınız. Yük

üretecinin boyun kısmına soluk vermeniz de yardımcı olacaktır, böylelikle soluğunuzdaki

nem boyundaki kalıntı yükleri ortadan kaldırır.

• Yükleri ayırmak için beyaz ve mavi yüzeyleri birbirine sürt.

• Sadece kullanacağınız yük üretecini elinizde tutun. Diğer yük üretecini, kafes yüzeylerinden

herhangi biriyle temastan uzakta bırakın.

• Faraday kafesine yüklü diski yerleştirmeden önce, topraklı kalkana dokunduğunuzdan emin

olunuz.

4. Yük üreteçlerini birbirine bir süre sürtünüz. Bir süre sonra yüklü cisimlerden birini,

dikkatlice iç kafesin içine, kafesin alt yarısına kadar kafese dokunmadan yerleştiriniz.

Elektrometreyi okuyup not ediniz.

5. Cismi uzaklaştırınız ve yeniden elektrometreyi okuyup not ediniz. Eğer üretecin sapı kafese

dokunmadıysa elektrometrede okunacak değer sıfır olmalıdır.

Soru: Yüklü cisim içerdeyken iç kafes ve kalkan arasında neden bir potansiyel fark vardı?

6. Sıfır düğmesine basarak artık yükleri uzaklaştırınız. Yeniden yüklü cismi yerleştirin, ancak

bu kez iç kafese dokundurun. Yüklü diskin iç kafese dokunduğundan emin olunuz.

12

7. Cismi çıkarınız ve elektrometrenin gösterdiği değeri not ediniz.

Soru: İç kafes ve kalkan arasında şimdi neden kalıcı bir potansiyel fark vardır? İç kafesteki

yük nereden gelmiştir?

8. Disk tarafından kaybedilen iç kafes tarafından kazanılan yükü göstermek için, bütün

yükleri uzaklaştırmak için iç kafesi topraklayınız. Yük üretecini tekrar kafese değdiriniz. Yük

üretecinin üzerinde herhangi bir yük kalmış mıdır?

Şekil-4

UYARILAR

(a) Yük üretecini, kafesin içerisine kafes boyunun en az yansına kadar sarkıtınız.

(b) Yük üreteçlerini her kulanım öncesi topraklayınız.

2.Bölüm: Yükün Korunumu

1. Başlangıçta yüksüz yük üreteçleriyle başlayarak, mavi ve beyaz renkli yüzeyleri birbirine

sürtünüz. Yükleme için 1. bölümde listelenen genel prosedürü takip ediniz, bu sefer her iki

yük üretecini yüklemeden sonra hiç bir şeye dokundurmadan tutunuz. (Birbirine veya iç

kafese dokundurmadan elinizde tutunuz.)

2. Faraday kafesini, iç kafese yüklü çubukların her birinin büyüklüğünü ve işaretini (+ veya -)

birer birer sokarak ve elektrometredeki değeri okuyarak kullanın.

13

Soru: Yüklerin büyüklükleri arasındaki ilişki nedir? Yüklerin polariteleri arasındaki ilişki

nedir? Deneyinizde yük korunmuş mudur?

3. Yük üreteçlerini topraklayarak bunlardan tüm yükü tamamıyla uzaklaştırınız Ayrıca yük

üreteçlerinin tutacaklarından ve boyunlarından da kaçak yükleri uzaklaştırmayı unutmayınız.

4. Her iki yük üretecini iç kafese yerleştirip birbirine sürtünüz. Yük üreteçlerini kafese

değdirmeyiniz.

5. Bir yük üretecini dışarı alarak elektrometreyi okuyunuz. Yük üretecini değiştirip diğerini

dışarı alın. Elektrometredeki değeri okuyunuz. Ölçümlerin büyüklüğünü ve işaretini

kullanarak, yükün korunumu hakkında yorum yapınız.

Ekstralar

1. Farklı yüklü çubuk ile 1. bölümdeki süreci tekrarlamaya çalışınız.

2. Beyaz renkli yüklü üreteci, deneme maksadıyla bir yere sürtünüz, sonra da üretilen yüklerin

büyüklüğünü ve işaretini belirleyiniz.

3. Mavi renkli yük üreteci için bir önceki basamaktaki işlemi tekrarlayınız.

14

Deney No: 2

KÜRE YÜZEYİNDE OLUŞTURULAN YÜKLERİN DAGILIMI

1. AMAÇ:

Küre yüzeyi üzerinde etki ile oluşturulan elektrik yüklerinin dağılımının belirlenmesi ve sabit

bir potansiyel ile yüklenen çeşitli geometrilere sahip cisimlerdeki yük dağılımının

incelenmesi.

2. ARAÇLAR:

Elektrometre, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi, güç kaynağı ve özdeş küreler.

İletken Küreler:

İletken küreler, elektrik yükünü depolamak için kullanılır. Bu deneyde kullanılacak olan

küreler, bakır bir tabana sahip, dışı parlak nikel ve son olarak da krom kaplanmış plastik

reçine kalıptan oluşur. Küreler yalıtkan polikarbonat çubuklara tutturularak bir destek

tabanına takılmıştır. Her küre, alt yarısında, bir güç kaynağından bir toprak kablosu veya bir

uç takmak için kullanılabilen başparmak somunu içerir. Küreden yük sızıntısını en aza

indirgemek için küre ve yalıtım çubuklarında kir, yağ ve parmak izlerinden kaçınılmalıdır.

Şekil 1: İletken küreler

15

3. TEORİ

Bir yüzeyin üzerindeki elektrik yükü "yük taşıyıcısı" adı verilen araç yardımı ile yüzeyden

koparılabilir. Yüzeydeki elektrik yük yoğunluğu, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi ve bir

elektrometre yardımıyla ölçülebilir. Elektrik yük dağılımı, yüzeyin geometrik şekline bağlı

olarak değişir. Yük dağılımının ölçülmesinde en önemli nokta toplam elektrik yükünün

korunmasıdır. Yük taşıyıcısı yüzeye temas ettiği anda yüzeydeki yüklerin bir kısmını koparır.

Eğer yük taşıyıcısı her ölçümden sonra toprağa bağlanır ve bu işlem ardışık olarak

tekrarlanırsa yüzeydeki yükler azaltılabilir. Eğer yük taşıyıcısı toprağa bağlanmaz veya

Faraday kafesine dokundurulmaz ise yüzeydeki toplam yük miktarında bir azalma olmaz. Bu

yöntemle yük taşıyıcısının her bir ölçümde koparmış olduğu yüklerin tekrar yüzeye geri

dönmesi sağlanmış olur. Bu deneyi yaparken yüzeydeki düzgün elektrik yük dağılımının

bozulmasını engellemek için yük taşıyıcısını özenle tutmaya çalışınız.

4. DENEYİN YAPILIŞI

l. Bölüm

1. İletken küreleri birbirinden en az 5 cm uzaklığa yerleştiriniz. Kürelerden birini güç

kaynağının yeşil çıkış ucuna bağlayınız ve güç kaynağını 100 VDC konumuna getiriniz. Güç

kaynağının gnd (ground:toprak) çıkışını da toprak hattına bağlayarak kürelerden birini (güç

kaynağının yeşil çıkış ucuna bağlı) 100 VDC'luk bir potansiyelle yükleyiniz.

2-İkinci kürenin üzerindeki yükü boşaltmak üzere küreyi kısa bir süre için toprağa bağlayınız.

3-Daha sonra ikinci küre üzerindeki bazı noktalar için yük yoğunluğu belirleyiniz. Bu

noktalardaki yük yoğunlukları arasındaki farklılıkları belirtiniz ve nedenlerini tartışınız.

4-Aralarındaki uzaklık 1 cm olacak şekilde küreleri birbirine yaklaştırınız ve daha önce tespit

ettiğiniz noktalardaki yük yoğunluklarını tekrar ölçünüz. Ölçtüğünüz değerleri bir önceki

bulduğunuz sonuçlar ile karşılaştırınız.

5-Bir elinizi Faraday kafesinin kenarına, diğer elinizi ikinci küreye dokunarak bu kürenin

topraklanmasını sağlayınız ve daha önce tespit ettiğiniz noktalardaki yük yoğunluklarını

belirleyiniz. Bulduğunuz sonuçları birbirleriyle karşılaştırınız ve farklılıklar var ise

nedenlerini açıklayınız.

6-100 VDC'luk potansiyelle yüklenmiş küreyi ikinci küreden en az 5 cm uzaklığa yerleştiriniz

ve yeniden aynı noktalar için yük yoğunluklarını bulunuz ve sonuçlan tartışınız.

16

2. Bölüm

Yüklü iletken bir cismin yüzeyindeki tüm noktalar aynı potansiyele sahiptir. Ancak bu,

yüzeydeki tüm bölgelerin aynı yük yoğunluğuna sahip olmalarını gerektirmez. Yük

yoğunluğunun cismin yüzey geometrisine bağımlı olduğunu tespit etmek üzere sabit bir

potansiyelle yüklenmiş farklı geometrilere sahip cisimlerin (koni, silindir gibi) yüzeylerindeki

potansiyel ve yük yoğunlukları incelenecektir. Küresel şekilli cisimler için alüminyum küreler

kullanılacaktır. Diğer şekiller için ise siyah iletken kağıtlar kullanılabilir.

1-Farklı geometrilere sahip cisimleri güç kaynağının pozitif ucuna bağlayınız ve güç

kaynağını 30 VDC konumuna ayarlayınız.

2-Yüzey üzerinde farklı noktalardaki potansiyel değerlerini elektrometre kullanarak

belirleyiniz (elektrometre ve güç kaynağının topraklanmış olmasına dikkat ediniz).

3-Ölçüm yaptığınız noktaların bir kısmını yüzeyin orta bölgelerinde, bir kısmını da

kenarlarında olmasına özen gösteriniz. Yüzey geometrisi ile potansiyel arasında nasıl bir

bağlantı kurulabilir, açıklayınız.

4-Elektrometreyi Faraday kafesine (kırmızı ucu iç, siyah ucu dış yüzeye) bağlayınız ve

tasarladığınız şekli 100 VDC'luk bir potansiyelle yükleyiniz. Değişik noktalar için yük

yoğunluklarını ölçünüz (bir önceki kısımda yük yoğunluğunun nasıl bulunacağı anlatılmıştı).

3. Bölüm

Önceki bölümde aralarında 5 cm mesafe bulunan ve sadece bir tanesi 100 VDC'lik bir

potansiyelle yüklü ve topraklanmış olan iki iletken cismin yüzeyindeki yük dağılımı

incelenmişti. Şimdi ise farklı potansiyeller altında yüklenmiş özdeş iki iletkenin yüzeyindeki

yük dağılımı incelenecektir. Deneyin hazırlanması ve izlenilen adımlar önerilen şekillerin

birbirine ardışık şekilde 1 cm'ye kadar yaklaştırılması dışında bir önceki deneyle aynıdır.

Deney yapılırken şekillerden biri topraklanıp diğeri 100 VDC'a bağlanmalı veya her ikisi de

100 VDC'ta tutulmalıdır.

Bunun yanı sıra farklı geometrilere sahip birbirinden belirli uzaklıkta bulunan iki

cisimden oluşan sistemlerde yük dağılımı incelenecektir. Örneğin iki silindir, bir silindir ve

bir düzlem, bir koni ve düzlem veya bir nokta yük ve düzlem bu deney için kullanılabilir. Bir

tarafı plastikle yalıtılmış yarıçapı 2.8 cm olan bir disk noktasal yük kaynağı gibi

düşünülebilir. Plastik diski iletken kağıt üzerine koyunuz ve güç kaynağının çıkış uçlarını

diskin üst tarafındaki metal uca bağlayınız. Diskin üzerinde çeşitli noktalarda yük

yoğunluklarını belirleyiniz.

17

5. SORULAR

1-Bu deneyin her safhasında yük dağılımına neden olan kaynağı (veya kaynakları) belirtiniz.

2-İkinci küre topraklanmış olmasına rağmen sonraki ölçümlerde neden küre yüzeyi üzerinde

yük miktarı ölçülmektedir, açıklayınız.

3-Yük yoğunluğu ve yüzeyin eğrilik yarıçapı arasında nasıl bir ilişki vardır, belirtiniz.

4-Yük taşıyıcısının yanal yüzeyi veya kenarı ile bir cismin yüzeyi ne dokundurulması ölçümü

nasıl etkiler, belirtiniz.

18

Deney No: 3

OHM KANUNU

TEORİ:

Bir iletkenin iki ucu arasına uygulanan potansiyel farkın, iletkenden geçen akıma oranı

sabittir. Bu oran OHM kanunu olarak bilinir. Bu değerde, o iletkenin direncine eşittir.

RSabitI

V

Diğer taraftan bir iletkenin direnci, o iletkenin özelliklerine bağlı olarak

A

lR

İle tanımlanır. Burada l iletkenin boyu, A kesiti ve ρ özdirencidir (burada ρ; 1 m2 kesit alana

ve 1 m boya sahip iletkenin direncidir).

AVOMETRE (Amper-Volt-Ohm-metre)

AVOmetrenin temel parçası, at nalı biçimli bir mıknatısın kutupları arasına

dönebilecek şekilde yerleştirilmiş bir dikdörtgen akım kangalından meydana gelmiş

d’Arsonval metre denen bölümdür. Kangaldan sabit bir akım geçtiğinde kangalın oluşturduğu

manyetik alan ile at nalı mıknatısın manyetik alanı etkileşir ve kangala üzerinden geçen

akımla orantılı bir dönme momenti etki eder. Helezon biçimli bir yay (saat yayı) kangalın

dönme durumunu ayarlar ve akım kesildiğinde kangalın eski durumuna gelmesini sağlar.

Bunlara, gösterge ve bir ölçek eklemek suretiyle oluşturulan alet akım ölçer hale getirilir.

D’Arsonval metre ile daha büyük akımları ölçmek için bir komütatör aracılığıyla

kangala paralel (şönt) dirençler bağlanır.

Kangal üzerinden geçen akım aynı zamanda bir gerilime karşılık geldiğinden

d’Arsonval metre ile gerilim de ölçülebilir. Bu durumda ölçek, gerilim cinsinden bölmelenir.

Daha büyük gerilimleri ölçmek için kangala seri dirençler bağlanır. Bu dirençler bir

komütatörle (düğme) devreye bağlanabilir veya ayrılabilir hale getirilir.

Akım ve gerilim ölçen bu aletin uygun bölümüne bir pil bağlanarak alet direnç ölçer

hale getirilebilir. Akım-gerilim ve direnç ölçen bu alete AVOmetre denir.

Ampermetre iç direnci çok küçük olan bir ölçüm aracıdır. Ampermetrenin iç direnci

ne kadar küçük olursa akım değeri de o kadar hassas ölçülür.

içrR

VI

(r: Ampermetrenin iç direncidir.)

19

Voltmetre ise iç direnci çok yüksek olan bir ölçüm aletidir. Voltmetrenin iç direnci

büyük olduğundan devreyi dolanan akım voltmetre yerine diğer devre elemanlarından geçer.

Gerilim ve akım ölçerken komütatörün getirildiği kademe aletin o konumda

ölçülebileceği en büyük değeri verir. Örneğin ACV 100 kademesinde ölçülebilecek en büyük

değer AC 100 Volt; DCmA 50 kademesinde ölçülebilecek en büyük değer ise 50mA’dir.

AVOmetre ile ölçüm yaparken dikkat edilecek hususlar;

DC Akım ölçülürken:

- Komutatör DCmA bölgesinde en büyük değere getirilir.

- AVOmetre akım ölçeceğimiz noktaya, AVOmetrenin (+) kutbu devrenin (+)

kutbuna; (-) kutbu da devrenin (-) kutbuna gelecek şekilde seri bağlanır.

- AVOmetrenin skala sapması hassas ölçüm yapılamayacak kadar küçük değeri

gösteriyorsa, AVOmetreyi devreden çıkararak komütatör düğmesi uygun konuma getirilir.

Gerilim ölçülürken:

- DC gerilimi ölçülecekse komütatör DCV bölgesinde en büyük değere getirilir. AC gerilimi ölçülecekse ACV konumuna getirilir.

- AVOmetre, gerilim ölçeceğimiz noktaya AVOmetrenin (+) kutbu devrenin (+) kutbuna; (-) kutbu da devrenin (-) kutbuna gelecek şekilde devreye paralel

bağlanır.

- AVOmetrenin skala sapması hassas ölçüm yapılamayacak kadar küçük değeri gösteriyorsa, AVOmetreyi devreden çıkararak komütatör düğmesi uygun konuma

getirilir.

Direnç ölçülürken:

- AVOmetrenin komütatör düğmesi Ω (ohm) konumuna getirilir. Direnç ölçümü yapılırken komütatörün getirildiği her kademe için sıfır ayarı yapılır.

- AVOmetremizin skalasının altında ayna bulunuyorsa skalaya 900 açı ile yani aynadan skalanın görüntüsünü görmeyecek şekilde bakılmalıdır.

- Skalamız hassas ölçüm yapamayacak kadar az sapmış ise komütatör x10Ω konumuna getirilir. Bu işlem hassas ölçüm yapana kadar artırılır.

- AVOmetre ile daha hassas ölçüm yapmak için ibre tam ölçek sapmasının 1/3’ü ile 2/3’ü arasında olmalıdır.

20

DENEY:

1) Yukarıdaki devreyi kurunuz. 2) Ayarlanır güç kaynağının gerilimini önce 2 Volta ayarlayın. 3) R direncinin uçlarındaki gerilimi Voltmetre ile okuyun ve tabloya kaydedin. 4) Devreden geçen akımı ampermetre ile ölçün ve tabloya kaydedin. 5) Milimetrik kağıda (Vx-I) grafiğini çizin. 6) Bu grafikten faydalanıp Rx direncini hesaplayın.

V VR I=VR/R(150Ω) VX=V-VR RX=VX/I

2

4

6

8

10

12

14

21

Deney No: 4

BİR TUNGSTEN FİTİLLİ LAMBANIN DİRENCİNİN SICAKLIKLA DEĞİŞİMİNİN

GÖZLENMESİ

TEORİ:

Ohm kanununa göre bir iletkenin uçları arasına uygulanan potansiyel farkının geçen

akım şiddetine oranı o iletken parçası için sabittir. R ile belirlenen bu sabit orana, o iletkenin

direnci adı verilir. V voltluk gerilim uygulandığında geçen akım şiddeti I ise iletkenin direnci,

𝑅 =𝑉

𝐼

ohm'dur.

Bütün cisimlerin elektriksel dirençlerinde sıcaklıkla az veya çok bir değişme gözlenir.

Saf metallerin ve bir çok alaşımların dirençleri sıcaklıkla arttığı halde karbon ve cam

elektrolitlerin dirençleri sıcaklıkla azalır. Manganın ve konstantan gibi özel alaşımların

dirençleri ise sıcaklıkla hemen hemen değişmez.

00C'daki direnci Ro olan bir iletken parçasının T sıcaklığındaki direnci R olsun. Pek

geniş olmayan bir sıcaklık aralığında ∆R=R-R0 direnç değişimi, ∆T=T-0=T sıcaklık değişimi

ile orantılıdır.

∆R=αR0∆T

burada, α, iletkenin direncinin sıcaklık katsayısı olup saf metaller için değeri yaklaşık olarak

1/273 o C-1 'dir. Yukarıdaki bağıntıyı

R=R0+αR0∆T

şeklinde tekrar yazabiliriz. Direnci R olan bir iletken üzerinden I akımı t saniye süre ile geçer

ise direnç üzerinden açığa çıkan Joule ısısı,

Q=R.I2. t (Joule)

olur. Diğer taraftan bu ısı direnç tarafından, Q=m.c.∆T (cal.) şeklinde alınır.

22

DENEY

1- Şekildeki devreyi kurunuz. Devreye V gerilimi uygulamadan önce görevli öğretim

elemanına kontrol ettiriniz.

2- Tungsten fitilli lambayı şekilde görüldüğü gibi bir R direncine seri bağlayınız. R direnci

üzerinden geçen I akımı

I=𝑉1−𝑉2

𝑅

olacaktır.

3- Devreye aşağıda tabloda görüldüğü gibi V1 gerilimini adım adım uygulayarak V2

gerilimine AVO metre yardımıyla ölçerek tabloya kayıt ediniz.

DENEY

NO

V1 (Volt) V2 (Volt) I (Amper)

1 1 2 2

3 4

4 6

5 8

6 10

7 12

8 14

9 16

23

SORULAR:

1- V2 gerilimi düşey eksen hesapladığınız I akımı yatay eksen olmak üzere (V2 - I) grafiğini

çiziniz. Grafikten, tungsten fitilli lambanın direncinin ohm kanununa uyup uymadığını

söyleyebilir misiniz?

2- Çizdiğiniz grafikten lambanın uçlarına uyguladığınız V2 gerilimini I ile değişimi için teorik

bir ifade türetiniz.

3- Türettiğiniz bu ifade de direncin genel tanımı olan 𝑅 =𝑑𝑉

𝑑𝐼 bağıntısını kullanarak lamba

direncinin akımla değişimini bulunuz.

4- Bulduğunuz bu değişimden yararlanarak, I=40 ve 60 miliamper değerleri için deneyle

uyumun olup olmadığını kontrol ediniz.

24

Deney No: 5

ALTERNATİF GERİLİM ve ALTERNATİF AKIM

Teori

Yönü ve büyüklüğü düzenli bir biçimde değişen dalgalı gerilimlere alternatif gerilim

(AC), akımlara ise alternatif akım denir. Daha önceki deneylerde büyüklükleri ve yönü

zamanla değişmeyen (DC) gerilim ve akımlar ile ölçümler yapmıştık. Bu deneyde (AC) akım

ve gerilimi inceleyeceğiz.

Genelde alternatif gerilim ve akım alternatif güç kaynaklarından (Nükleer,

hidroelektrik, termik santraller v.s) elde edilerek, evlerde ve işyerlerinde kullanılır ve zamanın

sinüs ve cosinüs fonksiyonu olarak değişir. Alternatif gerilim,

)2()( 0 ftSinVtV (1)

denklemi ile tanımlanabilir. Bu denklemde V0, sinüsün tanım aralığı [1, -1] olduğundan

V(t)’nin maksimum değeridir. Burada, f gerilimin çizgisel frekansıdır. Periyot T

f.T=1

ifadesi ile birbirine bağlıdır. V(t) fonksiyonu, kendini periyodun tam katlarında tekrarlar. Bu,

herhangi bir V(t) fonksiyonu için aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekil 1: Sinüzodal olarak değişen alternatif gerilim

Alternatif gerilimin büyüklüğü, V0 genliği ile belirtilir ancak pratikte kare ortalaması

kare kökü (kok) gerilimi ile belirtilir. Kok gerilimi V2’nin ortalamasının kare köküdür ve bir

tam peryot üzerinden alınır. Bir R direncinin uçlarına uygulanan gerilimin değeri anlık I akımı

oluşturan ve P ile verilen anlık bir güç harcanmasına yol açar:

R

VVIP

2

(2)

25

Gerilim zamanla değişirse, ortalama güç Port 1/R ile V2’nin zamanla ortalaması

olan Vkok değerinin çarpımıyla verilir. Vkok gerilimi,

2/1

0

21

T

kok dtVT

V (3)

denklemi ile tanımlıdır. Sinüsel bir gerilim için bu integral kolayca hesaplanabilir.

2

2sin1 0

2/1

0

22

0

VftdtV

TV

T

kok

(4)

Alternatif gerilim değeri 220 volt ise ifade edilen kok gerilimidir. Örnek olarak; 100 wattlık

bir ampul ortalama Port=100 wattlık bir güç harcar. Bu güç Vkok’a

R

VP ortkok

2

(5)

eşitliği ile bağlıdır. Burada R, ampulün yanma sıcaklığındaki direnci olup bu ampul için;

484100

)220( 2R

bulunur.

Alternatif gerilim nasıl ölçülür? Doğru gerilim ölçmek için kullanılan aletler alternatif

gerilimler için kullanılmaz. Çünkü bu ölçüm aletinin ibresi alternatif bir akımda T

periyodunun yarısında bir yönde, diğer yarısında zıt yönde hareket edecektir. Eğer gerilim

değişimlerinin frekansı birkaç Hertz’den daha büyükse alet bu değişimi izleyemez. Bunun

yerine geçirdiği akımın ortalama değerini gösterir. Sinüsel bir akım için ortalama sıfırdır.

Çünkü T periyodunun yarısında (+), diğer yarısında (-) değerlidir. Dolayısıyla ibre sıfır

değerini gösterir. Bu nedenle alternatif gerilimin ölçülebilmesi için AVOmetrenin anahtarı

AC konumuna getirerek ölçüm yapılmalıdır. Bu alternatif akım için de geçerlidir.

Alternatif gerilimlerin ürettiği akım, güç dağılım sistemlerinde, uzay

haberleşmelerinde, radyo ve televizyonlarda, bilgisayarlarda ve modern hayatın tüm

araçlarında kullanılan önemli bir niceliktir.

Alternatif gerilim kaynağı ve bir dirençten oluşan şekil 2a’daki gibi bir devrede

potansiyel farkı (1) denklemi ile verilir. Direncin tanımından alternatif akım,

26

Şekil 2-a

wtİwtR

V

R

Vİ Rm

mRRR sinsin (6)

olarak yazılabilir. Dirençten geçen akım ile direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı aynı

fazdadır. Zamanın bir fonksiyonu olan alternatif akım ve gerilim şekil 2b’deki gibidir.

Şekilden de görülebileceği gibi her iki büyüklükte maksimum değerleri aynı anda alırlar.

Şekil 2-b

DENEY

Bu Deneyde Kullanılacak Araçlar:

-Osiloskop -Avometre

-Direnç -İletken kablolar

a. AC Gerilim Ölçümleri

1. Alternatif gerilim ölçmek için şekil 2a’daki devreyi kurun. 2. Devredeki direncin değerini AVOmetre ile ölçün ve kaydedin. 3. Osiloskobu açın. AC konumuna getirin.

27

4. Osiloskop ekranında işaretin düşey doğrultudaki bütün noktalarının görülebileceği bir kademeyi (işaretin uygulandığı kanalın Volt/div komütatöründen) seçerek

genliği (yani gerilimi) ölçün. Değerlerinizi kaydediniz.

5. Devreye bir AVOmetre bağlayarak direnç üzerindeki alternatif gerilimi ölçün ve değerlerinizi kaydedin.

6. (1) denkleminden yararlanarak gerilim değerinizi belirleyiniz.

b. AC Akım Ölçümleri

1. Şekil 2a’daki devreyi kurun. 2. Devreye bağladığınız direncin değerini AVOmetre ile ölçün ve kaydedin. 3. Osiloskobu açın. Ac konumuna getirin. 4. Osiloskop ekranında işaretin düşey doğrultudaki bütün noktalarının görülebileceği

bir kademeyi (işaretin uygulandığı kanalın Volt/div komütatöründen) seçerek

genliği (yani gerilimi) ölçün. Değerlerinizi kaydediniz.

5. Genliğin peryodunu ve frekansını belirleyin ve kaydedin. 6. (6) eşitliğinden yararlanarak alternatif akım değerlerini belirleyin. 7. Değişik gerilim değerleri için akımı okuyarak tabloya kaydediniz.

Direnç(Ohm) Gerilim(Volt) Akım(Amper)

SORULAR

1) Osiloskop ile ölçülen alternatif gerilim değeri ile AVOmetre ile ölçülen alternatif gerilim değerini karşılaştırınız. Farklılık varsa nedenini tartışınız.

2) Alternatif gerilim ile akım arasında faz farkı oluşturulabilir mi? Aynı alternatif gerilimin uygulandığı bir devreye farklı dirençler bağlarsak alternatif

akımın değeri değişir mi?

28

Deney No: 6

OSİLOSKOP İLE D.C ve A.C. GERİLİM ÖLÇÜMLERİ

TEORİ:

AVOmetre kullanarak doğru gerilimin ya da akımın ortalama değeri ve alternatif

gerilmin etkin değeri ölçülebilir. Dalga biçimi bilinse bile, bu bilgi frekansı bulmaya

yetmez. Eğer gerili m çok yavaş değişirse (saniyeler ya da dakikalar ölçüsü nde) bir DC

gerilim ölçeri kullanılabilir ve gerilimi zamanın fonksiyonu olarak ölçebiliriz. Bu tip

aygıtlar bi rçok yerde kullanılabilir. Örneğin güç değişim izleyici, sismograf, takoğraf vs.

Gerilim değişikliği saniyenin çok altında bir sıklıkla olursa bu duruma yukarıdaki gibi

sistemler cevap veremez ve değişimi izlenemez. Hızlı değişen gerilimlerin dalga biçimini

görmek için çok daha çabuk tepki gösteren bir düzenek gerekecektir. Elektron ışınlı

osiloskop bu tür bir aygıttır. Osiloskop fiziksel bili mlerde olduğu kadar tıp ve biyolojide

de çok kullanılır. Osiloskop elektronik devrelerin çizgisel olmayan davranışlarının

incelenmesinde çok büyük kolaylıklar sağlar.

Osiloskobun en önemli parçası Katot Işınlı Tüp (KIT) tür. Bu tüp radar sistemleri,

televizyon ve bilgisayar gibi uygulamalarda elektronik bilginin ekranda

görüntülenmesinde kullanılmaktadır. KIT içinde elektron yayımlayan bir katot, elektronları

hızlandıran hızlandırıcılar, odaklayıcılar, saptırıcı levhalar, anod ve ekran vardır. Katodun

ısıtılmasıyla elektronlar fırlatılır ve ekrana doğru hızlandırılır. Hızlandırılan ve odaklanan

elektron demetine hiçbir kuvvet etki etmez ise ekrana kadar uçarak ekran üzerinde

sürülen ve elektron çarpmasıyla görünür ışık yayan fosfor tabakaya çarpar. Elektron demeti

odaklandığı için küçük bir nokta görünür. Elektron demeti hızla ekrana giderken yatay ve

düşey saptırıcı denilen paralel levhalar arasından geçer. Saptırıcı levhalara uygulanan

gerilim levhalar arasında bir elektrik alan oluşturur ve bu alanın etkisiyle elektronlara F=qE

büyüklüğünde bir kuvvet etki eder. Bu kuvvetin yönü ve büyüklüğü değiştirilerek elektron

demeti istenilen noktaya yönlendirilebilir.

Saptırıcıların boyu yaklaşık 2 cm, demetin toplam yolu 30 cm civarındadır. Buna göre

elektronların saptırıcı levhalara geçme süresi 2x109 s, toplam yolu alma süresi 30x109 s

kadardır. O halde bu aygıt gerilim değişikliklerine aşırı derecede çabuk uyum sağlama

yeteneğindedir. 100 MHz civarındaki değişiklikleri algılayabilir.

Yatay saptırıcılara uygulanan gerilim –V den +V değerine kadar değiştirildiğinde

beneğin ekranın solundan sağına doğru hareket ettiği gözlenir. Beneğin, gözün

algılayamayacağı kadar hızlı sola hareketi +V den –V ye değişimin hızına bağlıdır. Böyle bir

29

hareketin sürekliliği beneğin ekranı sürekli taramasını sağlar. Taramanın hızı arttırıldığında

gözümüz yatay bir çizgi görür. Bu işlem için testere dişli bir gerilim yatay saptırıcı levhalara

uygulanır. Bu gerilime süpürme gerilimi denir. Süpürme gerilimi osiloskop içindeki bir

devre yardımıyla sağlanır. Bu gerilimin frekansı osiloskop üzerinden kolayca değiştirilebilir.

Ekranda herhangi bir değişken işaretin durgun ve ölçü alınabilecek şekilde gözlenebilmesi

için süpürme geriliminin frekansı, bu işaretin frekansına yakın seçilmelidir. Düşey

saptırıcılara ise gözlenmek istenen işaret uygulanır. Bu işaret kazancı, osiloskop üzerinden

kolayca ayarlanabilen bir yükselteçten geçirilerek düşey saptırıcılara uygulanır. Düşey

saptırıcılara uygulanan gerilim beneğin düşey hareketini sağlayacaktır. Süpürme gerilimi ile

yatay hareket yapan benek izlenecektir ve gerilimin şekli ekranda oluşacaktır. Kazancın

değiştirilmesi, ekrandaki görüntünün yüksekliğini değiştirir. Böylece daha kolay ve hassas

genlik ölçümü yapılmış olur.

Osiloskobun Kullanımı:

Osiloskoplar periyodik veya periyodik olmayan elektriksel işaretlerin ölçülmesi ve

gözlenmesini sağlayan çok yönlü bir ölçü cihazıdır. Osiloskopta iki boyutlu görüntü elde

edilir. Osiloskoplar daha çok ölçülecek işaretin zamana göre değişimini ölçmek amacı ile

kullanılır.

Laboratuvarlarda birçok marka osiloskop olmasına karşın temelde ölçüm işlemleri

hepsinde aynı şekilde yapılır. Fark ayrıntılı kullanım düzeneklerinde, özel kullanım

kontrollerinde ve kontrol ve ayar düğmelerinin yerlerindedir.

Değişken gerilimlerin gözlenmesinde kullanılan osiloskop ile periyodik gerilimlerin

iki parametresi ölçülür:

Genlik Ölçümü ve Periyot ölçümü

Bu ölçümlere geçmeden osiloskop üzerinde bulunan temel kontrol komütatörleri

tanıyalım. Osiloskopla ölçümün temelinde ekran üzerindeki bölmeler yatar. Bölmelerin

yatay ve düşeydeki sayıları ölçüm için gerekli ilk parametrelerdir.

Volt/div : Düşeydeki her bir böl menin geril im değerlerini gösterir.

Time/div: Ekrandaki yatay bölmeleri n zaman değeri ni, veya beneğin yatayda bir bölmeyi

geçmesi için geçen zamanı gösterir.

Intensity: Işık şiddetini ayarlar.

Focus: Ekrandaki beneğin (çizginin) kalınlığını ayarlar.

30

Vertical Posi tion: Görüntüyü komple yatayda hareket ettiri r.

Horizontal Position: Görüntünün komple düşeyde hareket ettirir.

Katot ışınlı tüpün ekranı ve yapısı

Ekranı

Osiloskop tüpünün ekranı aşağıdaki şekildeki gibi yatay ve düşey çizgilerle

ölçeklendirilmiştir. Bu ölçekler osiloskobun kazanç ve zamanlama anahtarları ile ayarlanır. Bu

ölçeklerden yararlanarak işaretin genliği ve periyodu doğru olarak ölçülebilir.

Genelde osiloskop ekranı 10 yatay ve 8 düşey aralık olmak üzere ölçeklendirilmiştir.

Şekli aşağıdaki gibidir:

Yapısı

Katot ışınlı tüp osiloskobun en önemli parçasıdır. Kısaca CRT (Cathode Ray Tube)

şeklinde ifade edilir. Aşağıda gösterilen CRT elektron üreten flaman ile elektron demetini

ekrana doğru odaklayıp hızlandıran düzenlerden meydana gelmektedir. Burada odaklama

ve hızlandırma elektrostatiktir.

31

Kalibrasyon:

Osiloskobun her ölçmeden önce kesinlikle kalibrasyon ayarlarının yapılmış olması

gerekmektedir. Aksi taktirde ölçme doğru olmayabilir.

Kalibrasyon yapılırken bir referans noktası gerekmektedir. Bunu osiloskop kendi içinde

sağlamıştır. Cal adındaki bölüm bize istediğimiz kalibrasyon için gerekli referansı

vermektedir. Buraya bağlanan prop ve ekranda ölçülen kare dalgalı bir gerilim standarttır

ve 1volt ,1KHz dir. Bu kare dalgaya göre, volt/div kademesi 1volt ve time/div kademesi

1KHz de iken, kare dalga ekranda, 1 kare y bir kare x ekseninde görülmesi gerekir. Değilse

gerekli pozisyon ve variable ayarları yapılır.

Ayrıca kablo endüktansını kompanze edecek olan kapasitör prob üzerinden ayarlanmalıdır.

Osiloskop ile DC gerilim ölçümü

Tam DC gerilim, ekranda düz bir çizgi şeklinde görülür.

32

Ekranda görünen DC gerilimin gerçek değerini bulmak için :

V = prop çarpanı x kare sayısı (düşey) x Volt / div değeri

formülü kullanılır.

Osiloskop ile AC gerilim ölçümü

Sinüzoidal şekilli bir AC gerilimi ekranda yukarıdaki şekildeki gibi görülür.

Görülen AC gerilim değerini bulmak için tepeden tepeye uzunlukla gerekli

çarpanlar çarpılır.

V = prop çarpanı x kare sayısı/2 (tepe noktaları) x volt / div. x 0,707 etkin

Veya x 0,636 ortalama değer

Osiloskop ile frekans ve gerilim ölçümü

T = period

T = prop çarpanı x kare sayısı (yatay) x time / div değeri

Frekans = 1 / T

33

Deneyde alınan değerler :

Aşağıdaki boşlukları aldığınız değerlere göre doldurunuz.

Prop çarpanı x kare sayısı (yatay) x time / division = period frekans (hz)

x x =

Prop çarpanı x kare sayısı (düşey) / 2 x Volts / division = DC Volts

x x =

Prop çarpanı x kare sayısı (düşey)/2 x Volts / division = AC Volts

x x =

Prop çarpanı x kare sayısı (yatay) x Volts / division = AC Volts

x x =

Aşağıdaki osiloskop ekranlarına deneyde gözlediğiniz şekilleri çiziniz.

DC gerilimleri gösteriniz AC gerilimleri gösteriniz AC frekansı gösteriniz

Lissajous Yöntemi

Reaktanslı devrelerde iki kanallı osiloskop ile faz açısı ölçebilmek için osiloskop üzerindeki

x-y butonuna basılarak aşağıdaki daire veya elips şekilleri elde edilir.

34

Faz açısı:

)/(1 mYYSin

Y eksenindeki kesişme noktaları arasındaki kare sayısı

Ym: Daire (elips) dış çap genişliği kare sayısı

Deneyde alınan değerler

Deneyde aldığınız eğrileri ve daire (elips) şeklini

aşağıdaki ekranlara çiziniz.

Faz açısı hesabı:

Osiloskopla alternatif bir gerilimin genlik ve periyod ölçümü:

1. Yanda görülen devreyi kurunuz.

2. Osiloskopu ve dalga üretecini

açarak yukarıda örnek ekrandaki

işarete benzer bir görüntü

oluşturunuz.

Y YmY Ym

35

İşaretin genlik ve periyodu nu ölçmek için aşağıdaki işlemleri yapınız.

Ekranda sinüzoidal gerilimin bir periyodu görünecek şekilde bir Time/div komütatörü

kademesi seçin. Volt/div komütatörü ile düşeyde en büyük şekli oluşturun.

İşareti ekran üzerinden karelerin sayı labilmesi için pozisyon ayarları ile karelere

çakıştın . Düşeyde tepeden tepeye bölmeleri sayın. Simetriden dolayı ikiye bölün.

(örnek 6/2=3)

Yatayda bi r periyot için bölme sayın. Bunun için en uygu nu yatayda iki tepe arasıdır.

(örnek 4)

yo= Volt/div x Bölme sayısı = 5 x 3 =15 volt

T = Time/div x Yatay bölme sayısı = 5x 103 x 4 = 20x 103 s

f = l / T = I / (20x 103) = 50 sn-1 veya 50 Hz

Bu örnek işaret zamanın fonksiyonu olarak

V(t)=Vo sin (wt) şeklinde yazılabilir.

DC ölçümü: Osi loskopla DC geri l i ml erde ölçü lebi l i r. Bu işlem içi n girişlerin AC-

GND-DC komütatöründen faydalanılır.1- Yandaki devreyi ku ru nuz.

2- DC güç kaynağını 2-10 V arası bir gerilime

ayarlayınız.

3- Osiloskop girişini GND konu muna ve

Time/div komütatörünü µs bölgel erine

alarak ekranda düz çizgi elde edin.

4- Bu çizgiyi düşey pozisyon düğmesi ile

referans çizgisine çakıştırın.

5- Girişi DC kısmına alın.

6- Çizginin yukarı veya aşağı kayması

kutupların doğru yada ters olmasına

karşılık gelir.

7- Kayma miktarı sayılıp Volt/div değeri

ile çarpılarak DC gerilimin değeri bulunur.

yılıp Volt Deney NO: 7

36

Deney No: 7

DOĞRULTUCU DİYODUN (I-V) KARAKTERİSTİĞİ VE UYGULAMALARI

TEORİ:

Yarıiletken diyot, p tipi bir yarıiletkenle n tipi bir yarıiletkenin uygun şartlar altında

eklem yapılması ile meydana getirilen aygıtlardır. Diyot, eklemlerine uygulanan gerilimin

yönüne göre farklı dirençler gösterir.

Diyotlar p ve n uçlarından birer bacak çıkarılarak genellikle silindir biçiminde imal

edilirler. Diyotun devre gösterimi, iç yapısı ve fiziksel şekli aşağıdaki gibidir.

Bir doğrultucu diyotun uçlarına uygulanan gerilime göre doğru ve ters beslem

durumları ile ideal bir diyotun akım-gerilim karakteristiği aşağıda gösterilmiştir.

İdeal bir diyotun doğru beslem direnci sıfır, ters beslem direnci ise sonsuzdur. Ancak

hiçbir fiziksel yapı bu ideal durumu sağlayamayacağından, pratikte ideallikten sapmalar

olacaktır. Doğru beslemde diyot çok küçük direnç göstereceğinden, R direnci üzerinden bir

37

akım geçmesine izin verir. Ters beslem de ise diyot çok büyük dirence sahip olacağından bu

durumda üzerinden çok çok küçük önemsenmeyecek bir akım geçer (pikoamper). Pratikte bir

diyotun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki gibi olur.

Pratikteki bir diyotun I-V grafiği

DENEY

1) DOĞRULTUCU DİYOTUN AKIM-GERİLİM EĞRİSİNİN ELDE EDİLMESİ

Bir diyotun akım-gerilim değişimini inceleyebilmek için her iki yönde de farklı

gerilimlere karşılık diyottan geçen akımların ölçülmesi gerekir. Bu amaçla aşağıda ki devreyi

kurunuz.

- V gerilimine diyotun doğru ve ters beslem durumları için ayrı ayrı 0-14volt arsında

değiştirerek, R direnci üzerinde ki gerilimleri okuyup aşağıdaki tabloyu oluşturunuz.

38

DOĞRU BESLEM TERS BESLEM

V1 (Volt) VR VD =V- VR I= VR / R V1 (Volt) VR VD =V- VR I= VR / R

2 2

4 4

6 6

8 8

10 10

12 12

14 14

- Seri devrede R direnci üzerinden geçen akım aynı zaman da diyot üzerinden de geçer. Diyot

dan geçen I akımını VD gerilimine göre milimetrik kağıda çizin. Bu ekseni yaparken yatay

eksen VD 'yi ve I akımını ters beslem için negatif bölgelerde almayı unutmayın.

2) DOĞRULTUCULAR

Yarım Dalga Doğrultucusu

Diyotun ters yönde akım geçirmeme özelliğinden yaralanılarak doğrultucu olarak

kullanılmasına gidilebilir. Girişe verilen sinüs dalgasının negatif yarı dönülerini diyot

geçirmeyecektir. Dolayısıyla doğrultma işlemi yapılmış olacaktır.

-Yukarıdaki devreyi kurunuz.

- Giriş gerilimini ve yarım dalga doğrultucusunun çıkış gerilimine R direnci üzerinden alarak

şeklini çiziniz.

39

Deney No: 8

RC DEVRELERİ

Şekil 1 de verilen devredeki S anahtarı a durumunda bulunsun. Bir dt zamanı

içinde devrenin herhangi bir kesitinden geçen yük dq=i.dt olur. Devreyi

besleyen emk tarafından bu zaman süresinde yapılan iş W=V.dq olur.

Dirençte joule enerjisi olarak açığa çıkan enerji W=i2.R.dt ile kondansatörde

depolanan potansiyel enerjinin dU=d(q2/2C) toplamına eşittir.

Şekil 1: RC devresi

Şekil 2: Vc-t ve VR-t grafikleri

Enerjinin korunumu ilkesine göre

C2

qddt.R.idq.V

22

(1)

buradan

40

dt

dq

C

qR.i

dt

dq.V 2 (2)

Burada

dt

dqi (3)

Olduğundan

C

qR.iV (4)

elde edilir. Devrenin x noktasından başlayarak, saat ibresi yönünde

dönüldüğünde, emk yı geçerken bir potansiyel artması, direnç ve

kondansatörü geçerken bir potansiyel azalması gözlenir.

Denk. (4) de, iki değişken q ve i olduğundan çözülemez. Ancak bu iki

değişken arasında Denk. (3) de olduğu gibi bir bağıntı vardır. Bunu Denk. (4)

de yerine koyarsak,

C

q

dt

dq.R

dt

dq.V (5)

Elde edilir. Bu diferansiyel denklemin çözümü

C.R

t

e1V.Cq (6)

Dir. Denk. (6) yı Denk. (3) de yerine koyarsak

C.Rt

e.R

Vi

(7)

Şekil 2 de yükleme sırasında kondansatörün iki ucu arasındaki

potansiyel farkı Vc ile direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı VR nin

zamanla değişmeleri gösterilmiştir. Denk. (6) ve (7) de ortaya çıkan R.C

çarpımı zaman boyutunda olup, buna kondansatörün zaman sabiti denir.

Kondansatörde denge durumunda bulunması gereken yük miktarının 1e1

kadarı %63 kondansatörün dolması için geçen zamandır. Bunu göstermek için

t=R.C alırsak

V.C).63.0(e1V.Cq 1 (8)

Elde edilir. Burada C.V, t yaklaşıklığında kondansatörün taşıyacağı yükü

gösterir.

41

Şekil 2 de anahtar b konumunda iken devreye uygulanmış bir yük yoktur.

Denk. (4) de V=0 alırsak

0C

qR.i (9)

Elde ederiz. Akımın yerine Denk. (3) deki değeri konulduğunda devrenin

sağladığı diferansiyel denklem

0C

q

dt

dqR (10)

olur. Bu denklemin çözümü

C.Rt

o e.qq

(11)

İle verilir. Burada qo kondansatörün başlangıçtaki yük miktarıdır. RC

kondansatörün zaman sabiti olmak üzere, t=R.C olduğunda yük, başlangıçtaki

yükün 1o e.q kadar altına düşmüştür. Bu ise başlangıçtaki yükün %37 sidir.

Kondansatörün boşalması sırasında akımın değeri

dt

dqi = C.R

to e.C.R

q (12)

Olur. Buradaki eksi işareti, akımın başlangıçtaki akıma ters yönde olduğunu

gösterir. Diğer taraftan V.Cqo olduğundan akımın değeri

C.Rt

eR

Vi

(13)

Olur. Burada R

V akımın başlangıçtaki değeridir.

DENEY

Şekil 3 deki RC devresini kurun. AVOmetrenin komütatörünü DCV

bölgesinde 30 konumuna getirerek şekildeki gibi kondansatörün iki ucuna

parelel olacak şekilde bağlayın. Güç kaynağından devreye 15 V luk DC

gerilim uygulayın. Anahtarı a konumuna getirir getirmez kronometreyi

çalıştırarak, her 2 saniyede kondansatörün uçları arasındaki gerilimi

AVOmetreden okuyarak Tablo 1 e kaydedin. Bu işlemi kondansatör tamamen

doluncaya kadar (AVOmetrenin ibresi sabit kalıncaya kadar) devam edin.

Kondansatör doluncaya kadar geçen toplam süreyi bulun.

42

Şekil 3: Kondansatörün yüklenmesi ve boşaltılması deneyi için RC devresi

Şimdi anahtarı b konumuna getirerek, kondansatörün iki ucu arasındaki

potansiyel farkını AVOmetreden her 2 saniyede okuyarak Tablo 2 ye

kaydedin. Bu işlemi kondansatör tamamen boşalıncaya kadar devam ettirin.

Kondansatör tamamen boşalıncaya kadar geçen toplam süreyi bularak,

doluncaya kadar geçen toplam süre ile karşılaştırın.

Tablo 1 ve 2 den yararlanarak Vc-t grafiklerini çizerek, Şekil 2 deki grafikle

karşılaştırınız. Grafikten yararlanarak R.C zaman sabitini hesaplayın ve

teori ile karşılaştırarak sonuçları yorumlayınız.

Tablo 1: Kondansatörün yüklenmesi

Tablo 2. Kondansatörün boşalması

t (s)

Vc (Volt)

t (s)

Vc (Volt)

43

Deney No: 9

DÜZGÜN BİR MANYETİK ALANDA AKIM İLMEĞİNE ETKİYEN

TORK

Teori:

Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinin teorisi , Michael Faraday

tarafından geliştirilmiştir ve O’nun adına itafen Faraday yasası olarak anılmaktadır.

Günümüzde tüm elektrik motorlarının çalışma prensibi Faraday yasasına dayanır. Mekanik

enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlara dinamo denir. Elektrik enerjisini mekanik

enerjiye çeviren aygıtlar ise elektrik motorları olarak adlandırılır. Bu aygıtların temel

çalışma ilkeleri bir manyetik alanda dönen iletken bir çerçeve incelenilerek anlaşılabilir.

Faraday yasasını elde etmek için sabit bir B

manyetik alanı içerisinde simetri ekseni etrafında

dönen dikdörtgen şeklindeki bir iletken tel çerçeveyi gözönüne alınsın (Şekil 1).

Şekil 1: Düzgün bir manyetik alan içerisinde simetri ekseni etrafında dönen iletken tel çerçeve.

Şekil 2: Herhangi bir t anında B

ve S

vektörlerinin kesitten görünüşü.

Vo

ltm

etre

fırçalar

elektrotlar

θ

44

sd

, ilmek yüzeyinin normali doğrultusunda diferansiyel yüzey elemanı vektörü olmak üzere

ilmek yüzeyinden geçen manyetik akı,

cosBSsdBS

m

(1)

ile verilir. Burada S ilmeğin yüzey alanıdır ve manyetik alan vektörü ile ilmeğin yüzey alan

vektörü arasındaki açıdır. İlmeğin simetri ekseni etrafındaki sabit açısal hızı olmak üzere

t dir. Buna göre ilmek yüzeyinden herhangi bir t anında geçen manyetik akı,

)cos( tBSm (2)

olur. Bu durumda Faraday yasasına göre indüksiyon elektromotor kuvveti (emk),

)sin( tBSdt

dE m

(3)

olarak elde edilir. Bu sonuç yalnızca bir ilmek için elde edilmiştir ve ilmeğin şeklinden bağımsızdır.

Aynı şekilli N tane ilmeğin oluşturduğu bir kangalın indüksiyon emk sı ise

)sin( tNBSEkangal (4)

biçimindedir.

Denk.(4) den görüldüğü gibi sabit B

manyetik alanı içerisinde sabit açısal hızı ile

döndürülen bir kangalın oluşturduğu emk, zamanla sinüzoidal olarak değişmektedir. Buna göre sinüs

fonksiyonu -1 ile +1 arasında değerler alabildiği için indüksiyon emk sı da bir periyot boyunca

NBS ile NBS arasında sinüzoidal olarak değişir. Kangaldan geçen akım da aynı frekansa

sahiptir dolayısıyla yarım periyot boyunca saat yönünde akıyorsa kalan yarım periyotda da saatin

tersi yönde akar. Böyle bir akım ise alternatif akım (AC) olarak adlandırılır. Bu şekilde döndürülen bir

akım kangalından güç çekmek için ise Şekil 1 deki voltmetre yerine dış devre uygun şekilde

bağlanmalıdır.

Şekil 2: Ayrık halkalı sıra değiştirici elektroda bağlı iletken çerçevenin sabit manyetik alan içinde döndürülmesi.

i

fırçalar

Vo

ltm

etre

45

Şekil 2’de farklı bir döner halka bağlantı biçimi görülmektedir. Burada her bir fırça bir

halkanın ayrık iki parçasının oluşturduğu iki elektroda değmektedir. Dönüşün yarım

periyotluk kısmında üstteki elektrot üstteki fırçaya değerken, akımın yön değiştirdiği diğer

yarım periyotta artık üste çıktığı için şekildeki alttaki elektrot üstteki fırçaya değer. Böylece

fırçaların ucundaki çıkış gerilimi daima aynı kutuplu olur. Dolayısıyla akımın yönü daima

aynı kalır. Bir halkanın iki yarısını iki elektrot şeklinde kullanarak çıkış akımının yönünü

koruyan böyle bir üretece doğru akım (DC) üreteci denir. İletken çerçevede indüklenen

akımın yönünü Lenz yasası belirler. Şekil 2 ‘de indüklenen akımın yönü

900

aralığında artmaktadır. Bu sırada manyetik akı ( )cos( tBSm )azalırken indüklenen akım

bu azalmaya karşı koyar. Bu sonuç, indüklenme akım i nin geçtiği ilmeğe manyetik alanın

uyguladığı dönme momenti (tork) ile de açılanabilir. Üzerinden i akımı geçen bir ilmeğin

manyetik momenti S

i ile verilir ve böyle bir ilmeğe B

manyetik alanının uyguladığı

dönme momenti

B

(5)

İle verilir. Bu dönme momenti, Şekil 2 deki akım ilmeğinin dönmesini durduracak yönde

etkir. Yani manyetik dönme momenti ilmeğin dönmesini sağlayan dış dönme momentine

karşı koyar. Buna göre dış kuvvetin hep aynı sabit açısal hızı sağlayabilmesi için yaptığı iş

ilmekte üretilen elektrik enerjisinin kaynağını oluşturur.

DENEYİN YAPILIŞI:

Deneyde Kullanılacak Araç ve Gereçler

- N sarımlı kangaldan oluşan bir motor

- 30 voltluk DC güç kaynağı

- Ampermetre ve voltmetre

1- Şekil 1 deki düzeneği kurun. Motorun kolunu önce yavaşça sonra da biraz daha hızlı

döndürerek voltmetredeki değişimleri gözlemleyerek sonuçları yorumlayın.

46

2- Şekil 2 deki düzeneği kurun. Önce motor kolunu yavaşça çevirerek bağlantı kutuplarını

voltmetrenin ibresi saat yönünde sapacak şekilde ayarlayın. Daha sonra motorun kolunu hızlı

bir şekilde çevirin. Voltmetredeki değişimi gözleyerek yorumlayın. Bu olayı farklı çevirme

hızları için yineleyerek sonucu yorumlayın.

3- Aynı düzeneği voltmetre yerine 30 voltluk DC güç kaynağını bağlayarak kurun. Güç

kaynağını açmadan önce en düşük gerilime ayarlayın. Motorda dönme hareketi başlayıncaya

kadar güç kaynağındaki gerilimi yavaşça arttırarak olayı yorumlayın.

Uyarı 1: Motorun dönme esnasında bağlı bulunduğu vida tarafından sıktırılmaması için

bağlantı kutuplarını dönme yönüne kadar ayarlayın.

Uyarı 2: Fırçaların elektrotlara tam olarak temas etmesine dikkat edin.

SORULAR:

1- Şekil 1 için 900 olduğunda indüksiyon akımının yönünün nasıl olacağını

yorumlayınız.

2- Motordaki iki sarıma dik olacak şekilde iki sarım daha yerleştirilseydi sonucun nasıl

olacağını yorumlayınız.

47

Deney No: 10

TRANSFORMATÖRLER

2.1 Deneyin Amacı:

Transformatörün çalışma prensibinin incelenmesi.

Teori:

Elektrik gücü uzak mesafelere iletileceğinde, iletim hatlarındaki I2R ısı kaybını en aza

indirmek için yüksek voltaj ve düşük akım kullanılması gerekir. Bu nedenle, genellikle 350

kV’luk hatlar kullanılmakla birlikte bir çok alanda daha yüksek voltajlı hatlar (765kV)

kullanılmaktadır. Bu şekildeki yüksek-voltaj iletim sistemleri, neden oldukları güvenlik ve

çevre sorunlarından dolayı halkın tepkisi ile karşılaşırlar. Bu hatların alıcı ucundaki tüketici,

cihaz, motorlu makinaları ve benzeri aygıtları çalıştırmak için alçak voltaj ve yüksek

akımdaki güce gereksinim duyulur. Bu nedenle IV çarpımında önemli bir değişmeye sebep

olmadan Vac voltajını düşürüp Iac akımını arttıracak bir dönüştürücüye ihtiyaç vardır. AC

transformatörleri bu amaçla kullanılan aygıtlardır.

Transformatörler, bir AC gerilimi yükseltmek yada düşürmek için kullaılan aygıtladır.

Elektrik enerjisinin bir AC kablodan diğerine, direk etkileşim olamadan aktarılmasını sağlar.

Basit şekli aşağıdaki gibidir;

Şekil 1: Transformatörlerde gerilim-akım değişimi

Birincil bobine (V1) AC giriş gerilimi uygulandığında, ikincil bobinin uçları arasında

Faradayın indüksiyon yasasına göre,

48

dt

dNV m22

(1)

şeklinde V2 gerilimi oluşur. Burada , m her bir sarımdan geçen manyetik akıdır. Eğer birincil

bobin ile ikincil bobinin sarıldığı çekirdekte herhangi bir akı kaçağı yoksa, o zaman birincil

ve ikincil bobinlerin her bir sarımından geçen manyetik akılar eşit olur. Bu nedenle birincil

bobinin uçlarındaki gerilim de,

dt

dNV m11

(2)

olacaktır. Bu iki eşitlikte

dt

d m ’ler ortak olduğundan,

11

22 V

N

NV (3)

bulunur. İkincil devredeki I2 akımı saf bir R1 direnci üzerinden geçerse indükleme gerilimi ile

aynı fazda olacaktır. İkincil devreyi besleyen güç, birincil devreye bağlı olan AC üreteci ile

sağlanır. İdeal bir transformatörde üretecin sağladığı I1V1 gücü, ikincil I2V2 gücüne eşittir.

2211 VIVI (4)

RVI 22 olduğundan ikincil devredeki akımın değerini R yük direnci belirler.

Bununla birlikte birinci devredeki akım, eş11 RVI olmalıdır. Burada Reş birincil taraftan

bakıldığında R yük direncinin eş değeri olup

RN

NR

2

2

1eş

(5)

ile verilir.

49

DENEY:

a-

1) 600 sarımlı bobini yüzeye yatay olarak yerleştirin ve 10 volt ac güç kaynağına

bağlayın pusulayı bobinden 5 cm uzağa yerleştirin ne gözlemliyorsunuz? İşlemi 10, 15, 20 cm

uzaklıklar için tekrarlayın.

2) Şimdi pusulayı bobin çevresinde hareket ettirin. Ok yönündeki sapmaları

defterinize işaretleyin.

3) 1600 sarımlı bobin için 1. adımı tekrarlayın. Sarım sayısının değişmesi

sonuçlarınızı nasıl etkilemiştir?

b-

1) 600 sarımlı bobine 0-10 DC voltluk gerilime bağlayın. İkinci bobini ilki ile yüz

yüze gelecek biçimde yerleştirin. Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin ve ikinci

bobini sabit bırakın. İki bobin sabit kaldığında gerilim üretiliyor mu? Bobini ilk bobine

yaklaştırın ve uzaklaştırın. Avometrede gerilim okuyabiliyor musunuz?

2) 600 sarımlı bobini masa üzerine, ekseni yatay olacak biçimde yerleştirin. Diğer 600

sarımlı bobine 0-10 AC voltluk gerilime bağlayın. İkinci bobini ilki ile yüz yüze gelecek

biçimde yerleştirin. Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin ve ikinci bobini sabit

bırakın. Gerilim okuyabiliyor musunuz? Tartışınız.

3)600 sarımlı bobini birincil, 600 ve1600 sarımlı bobinleri ikincil olarak kullanın.

Birincili AC değişkenli güç kaynağına (0-10 volt) ve ikincili avometreye bağlayın.

Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin. Çıkış gerilimine karşılık gelen giriş gerilimini

Çizelge 1’e kaydedin. Bu işlemi 1600 sarımlı ikincil devreler için tekrarlayın.

Çizelge 1: Veri tablosu

N2 600 1600

N2/N1

V2(Volt)

V1(Volt)

V2/V1