AOL FİZİK 3 DERS ÖZETİ 1. ÜNİTE

1. ÜNİTE ELEKTRİK VE MANYETİZMA ÖZET

1. BÖLÜM: ELEKTRİK AKIMI, POTANSİYEL FARKI VE DİRENÇ

1.1.1. Elektrik Akımı, Potansiyel Farkı ve Direnç

Elektrik Akımı
Cisimler sürtünme, dokunma ve etki (tesir) ile elektriklenme sonucunda yüklenir ve yükler cisim üzerine dağılır. Zıt elektrik yükü ile yüklü olan ya da yük miktarları farklı iki cisim birbirine temas ettirildiğinde aralarında yük geçişi olur. Zıt elektrik yüküne sahip iki iletken küre birbirine iletken bir telle bağlandığında küreler arasında yük geçişi meydana gelir. Yük geçişi elektronların yani negatif (-) yüklerin hareketi ile gerçekleşir.

• İletken tel boyunca yük hareketinin (elektron hareketi) oluşabilmesi için telin iki ucu arasındaki yüklerin enerjilerinin farklı olması gerekir.
• Yük hareketi sırasında enerji, telin yüksek enerjili ucundan düşük enerjili ucuna doğru aktarılır. Yük hareketinin sürekli olması için elektrik enerjisi üreten pil, jeneratör, dinamo gibi enerji kaynakları kullanılır. 
• Negatif yüklerin titreşim hareketi sonucunda yükler arasında gerçekleşen bu elektrik enerjisi aktarımına elektrik akımı denir. 
• Elektrik akımı, yüklerin (elektronların) akışı anlamına gelmez. Elektrik akımı, iletken bir teldeki yüklerin titreşim hareketi sonucunda oluşur. Bir iletkenden t sürede geçen yük miktarına akım şiddeti adı verilir ve I sembolü ile gösterilir.
• Akım şiddeti,
  

bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntıda;

I: Amper (A) olarak akım şiddetini,

q: Coulomb (C) olarak yük miktarını,

t: Saniye (s) olarak zamanı ifade eder.

 Ampermetre, üzerinden geçen akım şiddeti ölçülecek iletkene seri olarak bağlanır ve devre şemasında A sembolü ile gösterilir.

Katı, Sıvı, Gaz ve Plazmalarda Elektrik İletimi

Elektrik akımı her maddede aynı değildir. Yapılan deneyler bazı maddelerin elektriği iyi ilettiğini, bazılarının da kolay iletmediğini göstermiştir.

•  Örneğin; metaller iyi bir elektrik iletkenidir.
• Bazı sıvılar iletken, bazıları yalıtkandır. 
• Gazlar elektriği iletmez ancak belirli şartlar sağlandığında iletken hâle gelir.
• Gaz maddenin aşırı ısıtılması ile meydana gelen plazma madde ise yüklü parçacıklardan oluşur ve sistem bütünüyle nötr olarak davranır.
• Plazmalar gaz maddelerden farklı olarak iyi bir elektrik iletkenidir. 

Gümüş, altın, bakır alüminyum gibi elektriği iyi ileten maddelere iletken madde adı verilir.

Cam, plastik, porselen, tahta, ebonit, saf su, kuru hava, iyonlaşmamış gaz gibi elektrik yükünü kolay iletmeyen maddelere de yalıtkan madde adı verilir. 

Potansiyel Fark

Elektrik enerjisi üreten enerji kaynaklarına üreteç adı verilir. Üreteçler elektrik yüklerinin enerji dü- zeylerinin farklı olmasını sağlar. Böylece iletken boyunca sürekli yük akışı sağlanır.

Üreteç, iletkenin elektronlarına kuvvet uygulayarak iki ucu arasında elektrik yüklerinin enerji düzeylerinin farklı olmasını sağlar. Böylece tel boyunca yük akışı oluşur. İşte bir iletkende yük akışını sağlayan enerji farkına potansiyel farkı denir. Potansiyel farkına gerilim adı da verilmektedir. Potansiyel farkı V sembolü ile gösterilir ve birimi volt (V)'tur.

Direnç

Elektrikli bütün aletlerin çalışabilmesi için uçları arasında potansiyel farkın oluşması gerekir. Bunun için üreteç kullanılır. Üretecin verdiği enerjiyle (-) kutuptan (+) kutba titreşim hareketi yapan elektronlar, devrede boyunca (+) kutuptan (-) kutba doğru bir elektrik akımı oluşturur. Böylelikle elektrikli aletin çalışması sağlanır. İletken bir maddede elektrik yüklerinin karşılaştığı zorluğa elektriksel direnç adı verilir ve R sembolü ile gösterilir. İletken maddenin direnci az olduğunda akım çok, direnç çok olduğunda akım az olacaktır.

1.1.2. Katı İletkenin Direnci

Bir elektrik devresinde elektrik akımını iletmek için metal tel kullanılır. Metalde hareket eden elektronlar güçlükle yani dirençle karşılaşır. İletkenin direnci kullanılan metalin cinsine göre de değişmektedir. Buna göre bir iletken telin direnci,

• Telin boyu ile doğru orantılıdır.
• Telin kesit alanı ile ters orantılıdır.
• Metalin türüne bağlıdır. 

Yapılan deneylerden elde edilen bu sonuçlara göre bir iletkenin direnci matematiksel olarak 

eşitliği ile verilir.

Maddenin cinsini ifade eden ρ(ro) sabit bir sayıdır ve öz direnç olarak adlandırılır. Öz direnç, boyu ve kesit alanı 1 birim olan telin direncini ifade eder ve maddeler için ayırt edici bir özelliktir. 

2. BÖLÜM ELEKTRİK DEVRELERİ 

1.2.1. Akım, Direnç ve Potansiyel Fark Arasındaki İlişki

• Bir devre elemanın üzerinden geçen akımı ölçmek için kullanılan ampermetre devreye seri olarak bağlanır.
• Ampermetrenin iç direnci, üzerinden akımın kolay geçmesi için, çok küçük tutulur. 
• Devre elemanın uçları arasında oluşan gerilimi ölçmek için kullanılan voltmetre ise devre elemanına paralel olarak bağlanır. 
• Voltmetrenin iç direnci, üzerinden akım geçmesini önlemek için, çok yüksek tutulur.

Ohm Yasası;

olarak ifade edilir. Bu bağıntıda, gerilim; V, akım şiddeti; I, direnç; R simgesi ile gösterilirse Ohm Yasası, 

olarak yazılır. Yazılan bu bağıntıda;

V: Volt (V) olarak gerilimi,

I : Amper (A) olarak akım şiddetini verirse ,

R: Volt / Amper (V/A) olur. 

a) Dirençlerin Seri Bağlanması

İki veya daha fazla sayıda direncin uç uca eklenerek bir üretece bağlanmasıyla oluşturulan devreye seri bağlı devre adı verilir.Seri bağlı devrede elektrik yükünün akabileceği tek bir yol vardır. Üretecin pozitif (+) kutbundan başlayan yük hareketi tüm dirençler üzerinden geçerek negatif (–) kutupta son bulur.

Seri bağlı dirençlerin yaptığı işi tek başına yapan dirence eşdeğer direnç adı verilir ve R eş ile gösterilir.

Dirençlerin seri bağlanmasıyla ilgili yapılan deneylerden aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:

1. Seri bağlı dirençlerden aynı akım geçer. Bu ifade,

I= I1 = I2 = I3 = … = I n  olarak yazılır.

2. Seri bağlı dirençlerin uçları arasında oluşan potansiyel farkların toplamı, üretecin gerilimine eşittir yani eş değer direncin uçları arasında oluşan potansiyel fark üretecin gerilimine eşittir. Bu durum devrede n tane direnç varsa;

V= V1 + V2 + V3 + ... + V n şeklinde yazılır.

3. Seri bağlı dirençlerin eş değeri olan R eş, dirençlerin toplamına eşittir. Buna göre devrede n tane direnç varsa eşdeğer direnç,

R eş = R1 + R2 + R3 + … + Rn  olarak hesaplanır.

4. Dirençlerin her birinde aynı sürede harcanan elektrik enerjisi, uçlarında oluşan potansiyel fark ile doğru orantılıdır.

5. Seri bağlamada eşdeğer direncin değeri devredeki en büyük direnç değerinden daha büyüktür.

b) Dirençlerin Paralel Bağlanması

 Dirençlerin birbirine paralel yerleştirip uçlarını birleştirerek bir üretece bağlanması ile oluşturulan devreye paralel bağlı devre adı verilir.

Dirençlerin paralel bağlanmasıyla ilgili yapılan deneylerden aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:

1. Paralel bağlı dirençlerin uçları arasında oluşan potansiyel farkı eşittir. Paralel bağlı devrede n tane direnç varsa gerilimler arasındaki ilişki;

V= V1 = V2 =V3 = … = Vn olarak yazılır. 

2. Paralel bağlı dirençlerden geçen akım şiddetlerinin toplamı ana koldan geçen akım (üreteçten çıkan akım) şiddetine eşittir. Paralel bağlı devrede n tane direnç için akım şiddeti; 

I= I1 + I2 + I3 + … + In olarak yazılır.

3. Paralel bağlı dirençlerin eş değeri için eğer devrede n tane direnç varsa,

olarak yazılır.

4. Dirençlerin her birinde aynı sürede harcanan elektrik enerjisi, uçlarında oluşan potansiyel fark ile ters orantılıdır.

5. Paralel bağlı dirençlerin eş değeri, devrede paralel bağlı dirençlerin en küçüğünden daha küçüktür.

1.2.2. Üreteçlerin Seri ve Paralel Bağlanması

Üreteç denince akla ilk gelen pildir. Piller 1,5 V; 4,5 V ve 9 V gibi belirli gerilim değerlerine sahiptir. Üreteç olarak pilin kullanıldığı elektrikli araçların bazılarında bir adet pil yeterliyken bazılarının çalışması için iki veya daha fazla pil gereklidir. Birden fazla pilin kullanıldığı elektrikli araçlarda piller istenilen değerde potansiyel fark elde etmek için ya uç uca ya da yan yana getirilerek bağlanır.

 Pil örneğinde olduğu gibi üreteçlerin gerekli potansiyel farkı oluşturmak için uç uca ya da yan yana bağlanmasına üreteçlerin bağlanması adı verilir. 

a) Üreteçlerin Seri Bağlanması

Seri bağlama, iki ya da daha fazla üretecin (+) ve (-) kutuplarının art arda bağlanması ile oluşturulur.

b) Üreteçlerin Paralel Bağlanması

Üreteçler yan yana getirilerek (+) kutupları birbirine, (–) kutupları da birbirlerine gelecek şekilde bağlanmasına üreteçlerin paralel bağlanması adı verilir.  

1.2.3. Elektrik Enerjisi ve Elektriksel Güç

Günümüzde kullanılan birçok araç gerecin çalıştırılmasında elektrik enerjisinden yararlanılır. Örneğin evlerimizde kullandığımız elektrik süpürgesi, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi gibi araçlar elektrik enerjisiyle çalışır. Bu cihazlarda elektrik enerjisinden mekanik enerjinin elde edilmesi için elektrik motorları bulunur. Elektrik motorlarının küçük boyutta üretilebilmesi, istenildiğinde çalıştırılıp durdurulabilmesinin basit bir anahtarla mümkün olması, özel bir bakım gerektirmemesi ve sessiz çalışmaları nedeniyle elektrikli ev cihazlarının yapımında kullanılır. 

 1 C’luk yükün 20 J’lük elektrik enerjisi harcar. Buna göre   enerjiyi E sembolü ile gösterirsek motorda 1 saniyede harcanan enerji;

E = 4 x 20 = 80 joule olur.

Eğer motor 10 dakika süreyle çalışmışsa harcanan enerji, 10 dakika (10 x 60) 600 saniye olduğundan

E = 600 x 80= 4800 joule olur.

1 saniyede yapılan işe ya da 1 saniyede harcanan enerjiye güç denir ve P sembolü ile gösterilir. Buna göre elektrik enerjisiyle çalışan bir araçta harcanan elektriksel güç,

P = V. I bağıntısıyla hesaplanır.

1.2.4. Elektriğin Oluşturabileceği Tehlikelere Karşı Alınması Gereken Önlemler

Yaşamımızı kolaylaştıran enerji türlerinin hayatımız için tehlike oluşturmaması için bazı önlemler alarak tehlikelerinden korunabiliriz. Bu önlemlerden bazıları şunlardır:

• Tellerde elektrik olup olmadığını gözle göremediğimiz için elektrik taşıyan kablolara temas etmemeye özen göstermeliyiz çünkü vücudumuzun elektrikle teması ölüme yol açabilecek kadar tehlikelidir.
• Elektrikle uğraşmak zorunda kalırsak ayağımıza kalın lastik ya da kauçuk tabanlı ayakkabı giymeliyiz. Elektrikli herhangi bir alete ıslak elle dokunmamalı, banyo ve buna benzer nemli yerlerde elektrikli aletleri kullanmamalıyız.
• Sarkık ya da kopmuş elektrik tellerinden uzak durarak yetkililere hemen haber vermeliyiz.
• Elektrik prizlerinin elektrik fişleri için yapıldığını unutmayarak bu prizlere hiçbir şey sokmamalıyız.
• Yıpranmış kablo ya da kırık fiş kullanmamalı, çevremizde bu tür bir elektrik iletim malzemesi ile karşılaşırsak bunların hemen uzman kişilerce değiştirilmesini sağlamalıyız.
• Elektrik direkleri yakınlarında oyun oynamamalı, elektrik telleri yakınlarında uçurtma uçurtmamalıyız.
• Yağmurlu havalarda ağaç, direk gibi yıldırım çarpma tehlikesi olan yerlerden uzak durmalıyız.
• Elektrikli araçların tamirinin ancak uzman kişilerce yapıldığını dikkate alarak bu tür araçları kendimiz açmamalıyız.
• Elektrik çarpan bir kişiyi gördüğümüzde ona doğrudan müdahale etmemeli, bir başkasından yardım istemeli ya da yalıtkan maddeler yardımı ile elektrik çarpan kişinin elektrik akımı ile ilişkisi kesildikten sonra dokunmalıyız.
• Kablosu yıpranmış elektrikli aracı prize takmamalıyız.

3. BÖLÜM MIKNATIS VE MANYETİK ALAN 

1.3.1. Mıknatısın Oluşturduğu Manyetik Alan ve Özellikleri

Mıknatıs, yoğunluğu 2.7 gr/cm³ olan, manyetik alan üreten nesne veya malzemedir.

Sonradan etkileşim ile değişik şekillerde oluşturulabilen mıknatıslara yapay mıknatıs adı verilir.

Bazı maddeler, doğal mıknatısla etkileşme yapamaz ve mıknatıs özelliği kazanamaz. Bu durumdaki maddelere manyetik olmayan maddeler denir. Bakır, paladyum, manganez ve bizmut maddeleri örnek olarak gösterilebilir.

Bir mıknatısın en fazla çekme özelliği gösterdiği uç bölgelerine mıknatısın kutupları adı verilir.

Mıknatısın kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu (N), güneyi gösteren ucuna güney kutbu (S) adı verilir. 

Bir mıknatısın etkisini gösterdiği alana manyetik alan denir. Bu etki alanı mıknatıstan uzaklaştıkça azalır.

Birbirini çeken demir tozları uç uca eklenerek mıknatısın çevresinde çizgiler oluşturur. Bu çizgilere mıknatısın o bölgedeki manyetik alan kuvvet çizgileri adı verilir.

Manyetik alan kuvvet çizgileri birbirine paralel olabilir. Kuvvet çizgileri birbirine paralel olan manyetik alana düzgün manyetik alan denir.

Demir gibi manyetik alan kuvvet çizgilerini çok fazla sıklaştıran maddelere ferromanyetik maddeler adı verilir. 

Alüminyum gibi manyetik alan kuvvet çizgilerini biraz sıklaştıran maddelere paramanyetik maddeler adı verilir.

Bakır gibi manyetik alan kuvvet çizgilerini seyrekleştiren maddelere diyamanyetik maddeler adı verilir. 

4. BÖLÜM AKIM VE MANYETİK ALAN  

1.4.1. Üzerinden Akım Geçen Düz Bir Telin Oluşturduğu Manyetik Alanı

Elektrik akımı ve manyetik alan arasındaki ilişkiyi keşfeden bilim insanı Danimarkalı fizikçi ve kimyacı Hans Oersted'dir. 

Elektrik akımının çevresinde bir manyetik alan oluşturması elektromıknatıslık olay olarak tanımlanmaktadır.Bir telden geçen geçen elektrik akımı, telin çevresinde bir manyetik alan oluşturur. Böylelikle tel bir mıknatıs gibi davranarak oluşturduğu manyetik alanla çevresinde manyetik etkiler meydana getirir.

İçinden akım geçen bir telin etrafında manyetik alan oluşmasına, akımın manyetik etkisi denir. Günlük hayatta kullandığımız teknolojik araçların birçoğu akımın manyetik etkisinden yararlanarak yapılmıştır.

Yüksek gerilim hatlarından yayılan elektromanyetik radyasyon sonucu ortaya çıkan manyetik kirlilik, insanları olduğu kadar bitkileri de olumsuz etkilemektedir. 

Günlük yaşamda birçok problem manyetik alan yardımıyla çözüm bulmaktadır. Örneğin elektrikler kesildiğinde devreye giren jeneratörler manyetik alan yardımıyla elektrik üretirler. Pek çok hastalığın teşhisinde kullanılan cihazları, kaybolan metal bir eşyayı bulmak için kullanılan dedektörler manyetik alan etkisiyle çalışmaktadır.

1.4.2. Dünya’nın Oluşturduğu Manyetik Alanın Sebepleri ve Sonuçları

Bir çubuk mıknatıs veya bir pusula iğnesi ortasından bir iple serbestçe hareket edecek şekilde asıldığında Dünya’nın kuzey-güney doğrultusunu gösterecek şekilde dengeye gelir. Bu durum, mıknatısa bir manyetik alan etkidiğini gösterir. İşte bu alan Dünya’nın manyetik alanıdır. 

Dünya’nın doğal manyetik alanı ile Güneş’ten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonucunda meydana gelen kutup ışıkları (auroralar) gökyüzünde görsel bir şölen oluşturmaktadır. Kutup ışıkları Dünya’nın kutup bölgelerinde görülen doğal ışımalardır.

Peki, yön bulmak için pusula nasıl kullanılmalıdır?

Yönümüzü bulmak için kullanılan pusulanın yerin manyatik alanına aynı doğrultuda ve zıt yönde yönelmiş bir göstergesi vardır. Bu ibrenin renkli ucu daima manyetik kuzeyi gösterir. Pusulada genellikle yönler İngilizce’de bu anlamdaki kelimelerin baş harfleriyle belirtilir: Kuzey – N (North ), Güney – S (South ), Doğu -E (East) ve Batı – W (West). Kuzeyinin nerede olduğunu belirledikten sonra, hangi yöne gideceksek o yönde yer alan bir cismi (örneğin ağaç, iri kayalar gibi) hedef alıp oraya kadar gitmek ve o noktada gitmek istediğimiz yönde yeni bir cisim saptamak gerekir. Bu yöntemle mümkün olduğu kadar düz bir çizgide yol alınmalıdır.

Kaynak: http://aok.meb.gov.tr/kitap/aol-kitap/Fizik/fizik-3/fizik_3.pdf

1. ÜNİTE BİTTİ :)) 

ÇIKMIŞ SORULAR ÜZERİNDEN TESTLERİ ÇÖZMEYİ İHMAL ETMEYİNİZ...