Akademik Sunum

Sıra	DOSYA ADI	Format	Bağlantı
01.	Akım Ve Direnç	pptx	Sunumu İndir Sunuyu İndir Sunumu İndir

[1]

1Akım ve direnç

[2]

2GirişŞimdiye kadar elektrik kavramı denge yani elektrostatik durumundaki sistemler incelendi. Bu kesimde ise denge durumunda olmayan hareketli elektrik yükleri ile ilgileneceğiz. Bu amaçla bir yüzeyden birim zamanda geçen yük miktarını ifade eden elektrik akımı veya basitçe akım kavramını kullanacağız. Uygulamada birçok yerde elektrik akımından bahsedilir. Örneğin fotograf makinesinin flaşı için bataryanın ürettiği akım gibi. Evlerde kullanılan birçok cihazda alternatif yani değişken akım kullanılır. Tabi elektrik akımı yani yükler bir yerden başka bir yere iletkenler (ucuz ve iyi letken olmasından dolayı genellikle bakır) aracılığı ile taşınır. Yükler sadece iletkenler içinden taşınmaz televizyon tüplerinden katottan çıkan elektronlar anoda boşlukta ulaşırlar. Bu bölüme akımın tanımı ile başlanılacaktır. Mikroskopik anlamda akım tanımı verilecek ve akımın iletken içinde ilerlemesini etkileyen faktörleden bahsedilecektir. Metallerde elektriksel iletimi limitli bir model olan klasik yollardan açıklanacaktır. Yeni bir devre elemanı olan elektriksel dirençten (rezistör) ve bir elektrik devresinde bir cihaza aktarılan veya transfer edilen enerjiden bahsedilecektir.

[3]

3Elektrik akımıBu kesimde malzeme içinde elektrik yüklerinin akışını inceleyeceğiz. Yüklerin akış miktarı malzemenin cinsine ve uçlarına uygulanan potansiyel farkına bağlıdır. Bir yerde yük hareketi varsa orada elektrik akımının varlığından bahsedilir.Su akışı ile elektrik akımı birbirine benzer. Evlerde suyun akışını kontrol etmek veya tasarruflu su kullanmak için çeşitli musluk, musluk başları gibi cihazlardan yararlanılır. Bir nehirdeki su akışını debi olarak isimlendirdiğimiz bir değer ile tanımlarız. Örneğin Niagara şelalesinden saniyede akan su miktarı 1400 m3/s ile 2800 m3/s arasında değişmektedir.Isı iletimi ve elektrik akımı arasında benzerlik kurulabilir. Daha önze ısı iletimi ile ilgili konular işlendi. Enerji (ısı) transferi malzeme üzerindeki sıcaklık farkından belirlenmeye çalışılmıştı.

[4]

4Elektrik akımıA yüzeyinden geçen elektrik yükleri. Yüzeyden birim zamanda geçen yük miktarına akım I diyoruz. Akım yönü pozitif yüklerin hareketi doğrultusundadır.A birim yüzeyinden Δt birim zamanında geçen ΔQ yük miktarı ortalama akımı Iav verir :

[5]

5Elektrik akımı

[6]

6Akımın mikroskopik modeliŞekil 27.2 Düzgün iletkenin A kesiti. Hareketli yükler vd, sürati ile hareket ederler ve x boyunca Δt süresindeΔx = vd Δt kadar yol alırlar. Δt yi zaman aralığı olarak seçersek iletkenin silindir şeklindeki Δx uzunluğundan geçen yük miktarı nAvd Δt, dir. Burada n birim hacimdeki yük taşıyıcılarının sayısıdır.

[7]

7Ortalama akım

[8]

8DirençBölüm 24 de bir iletkenin içindeki elektrik alanının sıfır olduğunu bulmuştuk. Tabiki bu koşul sadece elektrik olarak statik durumdaki iletkenler için geçerlidir. Bu kısımda iletken içinde elektrik olarak bir durağanlık yoksa ne olabilir sorusuna cevap aranacaktır. A kesitli bir iletkenin I akımı taşıdığını kabul edelim. Birim alandan geçen akım olarak tanımlananan J akım yoğunluğu ve akımın I = nqvdA ifadelerini kullanarak aşağıdakileri yazalım:

[9]

9Akım yoğunluğuAkım yoğunluğu J ve elektrik alanı E, iletkenlerde iki farklı nokta arasında oluşan potansiyel farkı içinde yük hareketini temsil eder. Akım yoğunluğu elektrik alanı ile doğru orantılıdır : J = σEDenklemdeki orantı sabiti σ iletkenin iletkenlik sabitidir. Bu denkleme uyan malzemelere Ohm yasasına uyan malzemeler denir. Georg Simon Ohm u (1789–1854) bu çalışmalarından dolayı hatırlamak için direnç birimi olarak Ohm kullanılmaktadır. Birçok malzeme için (metallerin çoğu) akım yoğunluğunun elektrik alanına oranı sabittir, σ akımı oluşturan elektrik alanından bağımsızdır.

[10]

10DirençBir önceki slayttaki iletkenin uçları arasındaki elektrik alanının düzgün olduğunu kabul ederek aşağıdakileri yazabiliriz:Yukarıdaki R = l/σA iletkenin direnci olarak isimlendirilir. Yani direnç bir iletkenden geçen akım başına gerekli olan potansiyel farkı şeklinde açıklanabilir.

[11]

11Direncin birimiYukarıdaki bağıntı ile iletkenin uçları arasındaki potansiyel farkı 1 V ve bu durumda iletkenden geçen akım 1 A ise iletkenin gösterdiği direnç 1 Ω dur. Örneğin bir direnç 120-V luk kaynağa bağlanınca içinden 6 A lik akım geçiriyorsa akıma karşı gösterdiği direnç değeri 20 Ω dur.

[12]

12İletkenlik ve direnç

[13]

13Elektriksel güçBir batarya kullanılmaya başladığı anda pil içindeki kimyasal enerji elektronların kinetik enerjisine dönüşür ve sıcaklığı artmaya başlayan iletkendeki elektrik akımının oluşmasını sağlar. Tipik bir elektrik devresinde enerji bataryadan örneğin lambaya veya radyoya aktarılır. Bu aktarım esnasında iletken tellerde ve enerjinin aktarıldığı cihazlarda ısınma oluşur. Yani enerjinin bir kısmı ısı olarak harcanır. Bu ısınmanın olduğu yerlerden biriside dirençlerdir. Devre elemanı olarak bir direnç aşağıdaki simge ile gösterilir:

[14]

14Direnç ve bataryadan oluşan devreŞekil 27.13 R direnci ve uçları arasındaki potansiyel farkı ΔV olan bir bataryadan oluşan bir elektrik devresi. Pozitif yükler saat ibrelerinin ilerleme doğrultusundadır.

[15]

15Direnç ve bataryadan oluşan devreYük batarya içinde a dan b ye doğru hareket ederse sistemin elektrik potansiyel enerjisi artar QΔV kadar artar. Buna karşın batarya içindeki kimyasal enerji azalır. (ΔU = q ΔV denklemini hatırlayınız). Yük c den d ye hareket ettiğinde ise sistemin potansiyel enerjisinde elektronların direnç içindeki atomlarla çarpışmalarından dolayı azalma olur. Bu işlemde enerji direnç içindeki atomların vibrasyonundan dolayı iç enerji şekline dönüşür. İletkenlerin dirençlerinin olmadığını yani buralarda herhangi bir şekilde enerji kaybının olmadığını kabul ediyoruz. bc ve da arasında enerji dönüşümü olmamaktadır. Yüklerin bir kısmı direnç üzerinde kullanıldığından bataryaya gelen yüklerin sayısı başlangıçtakine yani bataryadan çıktıkları sayıya göre azalmıştır. Enerjinin bir kısmı direnç üzerinde buradaki moleküllerin vibrasyonu için kullanılmıştır. Direnç belirli bir sıcaklığa kadar ısınır ve daha sonra üzerindeki ısı havaya yayılacağı için sabit değerde kalır. Bazen dirençleri soğutmak için levhalar, fanlar kullanılır.

[16]

16Dirençte harcanan enerji ve güç

[17]

Kaynaklar1. Temel Fizik Cilt 1, Fishbane, Gasiorowicz, Thornton. Arkadaş yayınevi2. Fen ve Mühendislik için Fizik 1, Serway, Palme yayıncılık.3. Üniversiteler için Fizik, Bekir Karaoğlu, Seçkin Yayıncılık17

Transkript

Akım Ve Direnç

Anahtar Kelimeler