115 Elektrik Akımı Nedir? Elektrik Akımının Yönü André Marie Ampére ( Andre Mari Amper ) A ndré Marie Ampére (Andre Mari Amper), elektrik akımı ile ilgili çalışmalar yapmış bir bilim insanıdır. Marie Ampére, telden geçen akımın yönüne karar veremediği bir anda aklına Benjamin Franklin (Benjamin Fıranklin)’in ortaya attığı görüş geldi. Franklin, elektrik yükleri hakkında kesin bilginin olmadığı zamanlarda, elektrik yüklerini elektriksel bir sıvıya benzetmişti. Franklin’e göre elektrik akımı, elektriksel sıvının fazla olduğu pozitif kutuptan elektriksel sıvının az olduğu negatif kutba doğru akmaktaydı. Ampére de bu görüşü benimsedi ve elektrik akımının yönünün pozitif kutuptan negatif kutba doğru olduğunu kabul ederek çalışmalarını sürdürdü. Ampére’den sonra bu konuda çalışma yapan bilim insanları da elektrik akımıyla yaptıkları araştırmalarda aynı görüşü benimsediler. Bugün elektrik devresindeki negatif yüklerin, enerji kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru hareketli olduğu gerçeği bilinmektedir. Gerçeğe ters olan “Akımın yönü devredeki elektrik enerjisi kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna doğrudur.” görüşü, bugün birçok kuralda kullanıldığı için hâlâ kabul görmektedir. Ampére’in elektrik bilimine katkıları nedeniyle elektrik akımı birimine “Amper” adı verilmiştir. Elektrik akımının ölçülmesinde kullanılan ampermetre aygıtını bulan da Marie Ampére’ dir. Elektrik devresinde elektrik akımının yönünü bulmak için pilin kutuplarına bakarız. Elektrik akımının yönü, pozitif kutuptan negatif kutba doğrudur. Devredeki elektrik enerjisi kaynakları olan pil, akü vb. elektrik akımını sağlar ve ampul, elektrik yüklerinin taşıdığı elektrik enerjisini kullanır. Elektrik devresinde anahtar kapalı iken elektrik yükleri pilin negatif kutbundan titreşim hareketine başlar, sahip oldukları enerjiyi birbirlerine aktararak pilin pozitif kutbuna kadar hareketlerini sürdürür. Bu durumda devre kapalıdır. Elektrik devresindeki anahtar açıksa elektrik yükleri titreşim hareketi yapamaz. Dolayısıyla bu durumda enerji aktarımı olmayacağından ampul ışık vermez. Acaba elektrik devresinden geçen elektrik akımını ölçebilir miyiz? Kıvanç, televizyon izlemek için uzaktan kumanda cihazının düğmesine bastı ancak uzaktan kumanda cihazı televizyonu çalıştırmadı. Kıvanç, uzaktan kumanda cihazında takılı olan pillerin enerjisinin bittiğini düşündü. Pilleri çöpe atmak istemeyen Kıvanç bu pilleri masa saatine takıp değerlendirmek istedi. Pilleri taktığında masa saatinin çalıştığını gördü. Bu durum ona, uzaktan kumanda cihazını çalıştırmak için gerekli akımı sağlamayan pillerin, masa saatini çalıştırmaya yetecek akımı sağladığını düşündürdü. Kıvanç, fen ve teknoloji dersinde elektrik akımını ölçmek için ampermetre adlı bir araç kullanıldığını öğrenmişti. Ampermetre kullanarak bir devre kurup elektrik akımını ölçmek istedi. Ders kitabındaki şeklin (negatif yüklerin akış yönü ile akımın yönünün gösterildiği şekil) öğrenciler tarafından incelenmesi sağlanır. Daha sonra öğrencilerden bir devredeki akımın yönünü bulmak için devredeki pilin kutuplarına bakmaları istenir ve bunun pilin pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru bir akım olacağı ifade edilir. Pilin devredeki sembolünde uzun çizginin pozitif kutbu, kısa çizginin ise negatif kutbu temsil ettiği şekil üzerinde gösterilir. Elektrik akımının yönü E.11 s.67 67 11. Etkinlik : Yaşamımızdaki Elektrik Basit Elektrik Devresi Çizelim • Aşağıdaki devre elemanlarının sembollerini kullanarak basit elektrik devresi çizelim. - pil - kablo - ampul Öğrencilere konunun tarihî gelişimi ile ilgili metin okutulur ve akımın yönünün negatif yüklerin hareket yönünün tersi olarak kabul edildiği vurgulanır. Daha sonra akım üzerinde ilk olarak çalışmalar yapan bilim insanlarının, elektrik akımının pilin pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olduğunu düşündükleri ancak daha sonra negatif yüklerin bu görüşün aksine pilin negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru hareket ettiği sonucuna ulaştıkları anlatılır. İlk olarak düşünülen bu görüşün birçok bilimsel yasanın temelini oluşturması dolayısıyla bilim insanları tarafından hâlâ akımın yönünün pilin pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olduğunun kabul gördüğü öğrencilere açıklanır. Burada öğrencilere “Akımın yönünü bilmek neden önemlidir?” gibi bir soru sorulabilir. Bu bilginin 8. sınıf “Yaşamımızdaki Elektrik” ünitesi için önemli olduğu vurgulanabilir. Bu açıklamaların ardından öğrenciler, öğrenci çalışma kitabındaki “Basit Elektrik Devresi Çizelim” adlı 11. etkinliğe yönlendirilir. -anahtar • Elektrik akımının yönünü devre üzerinde çizerek gösterelim. • Negatif yüklerin akış yönünü devre üzerinde çizerek gösterelim. elektrik akımının yüklerin akış yönü yönü 11. Etkinlik: Basit Elektrik Devresi Çizelim Notlar›m ve Düflüncelerim .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin bir elektrik devresindeki elektrik akımının yönünü ve negatif yüklerin akış yönünü belirlemelerini sağlamaktır. Öğrencilerden basit elektrik devresi çizerek üzerinde elektrik akımının yönünü ve negatif yüklerin akış yönünü göstermeleri istenir. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksikleri tamamlanır, hatalar düzeltilir. Konuyla ilgili öğrenilen bilgilerin pekiştirilmesi amacıyla “Kim Haklı?” adlı 4. alternatif etkinlik yaptırılabilir. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. 115 www.calisma-kitabi-cevaplari.com Elektrik Akımı Nedir? Amperin 1000 kat küçüğü ise miliamper olarak adlandırılır ve “mA” ile gösterilir. 11 E.12 Çok küçük akımlar mA ile ifade edilir. Farklı elektrikli araçların çalışması için gerekli s.67 Etkinliğin ardından ders kitabındaki ampermetre fotoğrafı inceletilerek öğrencilerin dikkatleri ampermetrenin devre içindeki sembolüne çekilir. akım değerleri birbirinden farklıdır. Elektrik akımı biriminin amper olduğu ve kısaca Gerilimin Ölçülmesi ve Voltmetre “A” ile gösterildiği açıklanır. Amperin 1000 kat küAşağıda verilen düzenekteki suyun hareketini inceleyelim. çüğünün ise miliamper olarak ifade edildiği belirtilir. Evimizde kullandığımız elektrikli aletlerin farklı akım değerleri ile çalıştığı örneklerle açıklanır. Ampermet- Vana renin direnci çok küçük olduğu için devreye seri bağ- Vana lanması gerektiği ifade edilir. Paralel bağlandığı takdirVana açıldığında su akışı su seviyesinin yüksek olduğu koldan düşük olduğu kola doğru su düzeyleri eşitleninceye kadar devam eder. de ampermetreden büyük akım geçeceği ve kısa devre Pompa olacağı vurgulanır. Su seviyeleri farklı olduğu sürece su akışı devam eder. Bu akışın devam etmesi için, düzeneğe bir pompa eklenerek su akışı sürekli hâle getirilebilir. Bu durumun pekiştirilmesi için “Bilgi Damlası” bölümündeki açıklama ve görsel birlikte incelenir. Pompa suyu sürekli iterek kabın kollarındaki su düzeylerinin farklı olmasını sağlar ve kabın kolları arasındaki su akışı devam Bu açıklamaların ardından öğrenciler, öğrenci ça- eder. Elektrik akımı da devrenin iki ucu arasındaki yüklerin enerjileri arasında fark olduğu sürece olur. Bu enerji farkı gerilimin oluşmasına yol açar. Gerilim, devrenin iki ucu arasındaki enerji lışma kitabındaki “Elektrik Akımı” adlı 12. etkinliğe E farkının göstergesidir. yönlendirilir. Elektrik devrelerinde elektrik akımının devamlı olmasını sağlayan elektrik enerjisi kaynakları vardır. Pil, akü, güç kaynağı vb. enerji kaynakları elektrik devrelerinde gerilim oluşturarak elektrik akımının meydana gelmesine sebep olur. 12. Etkinlik: ımı Elektrikli aletlerin hepsi aynı gerilim altında çalışmaz. Çalışabilmeleri için farklı gerilimlere sahip enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Televizyon Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin elektrik devresinin çeşitli noktalarındaki akım ile ilgili yorumlarda bulunmalarını ve bir sonuca varmalarını sağlamaktır. 12. Etkinlik : A ımı Yandaki devrede bulunan ampulün üzerinden geçen akım 3 A’dir. Buna göre aşağıdaki soruları cevaplayalım. II A I • Bataryadan çıkan ve giren akımın değeri kaç amperdir? 3A .................................................................................. • I ve II numaralı ampermetreden okunan değer kaç amperdir? I.................................................................................. 3A II 3A Öğrenciler etkinlikteki sorulara sırasıyla cevap verirler. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksiklikleri tamamlanır, hatalar düzeltilir. Öğrencilere, elektrik devresindeki elektrik enerji kaynağının su tesisatındaki pompaya benzetildiği hatırlatılır. Ders kitabında yer alan resimdeki suyun akışının su seviyesinin yüksek olduğu koldan düşük olduğu Notlar›m ve Düflüncelerim kola doğru olacağı ve bu akışın su seviyeleri eşit olunca duracağı belirtilir. Resimdeki pompanın akışın sürekli .................................................................................................................. .................................................................................................................. olması için bağlandığı, elektrik devresinde ise elektrik akımının sürekli olması için elektrik enerjisi kaynağının bulunduğu belirtilir. Elektrik akımının da devrenin .................................................................................................................. iki ucu arasındaki yüklerin enerjilerinin farklı olması- .................................................................................................................. nın sonucu olacağı özellikle vurgulanır. Bu enerji farkı- .................................................................................................................. nın gerilime sebep olacağı belirtilir. Devredeki elektrik .................................................................................................................. enerjisi kaynaklarının geriliminin sürekli bir elektrik .................................................................................................................. akımı oluşturduğu üzerinde durulur. Bütün elektrikli .................................................................................................................. aletlerin aynı gerilimle çalışmadığı, farklı makine ve .................................................................................................................. cihazların çalışabilmesi için farklı gerilimlere sahip .................................................................................................................. enerji kaynaklarına ihtiyaç olduğu örneklerle açıklanır. 117 www.calisma-kitabi-cevaplari.com UWXYZ[\] ^]X _W`XW_Wa] \WX]b]c][ dbefbW^]bWgWği ve bunun için voltmetre adı verilen araçların kullanıldığı belirtilerek öğrencilere ders kitabındaki voltmetre fotoğrafı inceletilir. Voltmetrenin direncinin büyük olması sebebiyle devreye paralel bağlanması gerektiği belirtilir. Voltmetrenin devre içindeki sembolüne dikkat çekilir. Gerilim biriminin volt olduğu ve kısaca “V” ile gösterildiği açıklanır. Yaşamımızdaki Elektrik Bir elektrik devresindeki gerilim “voltmetre” adı verilen araç ile ölçülür. Gerilimin birimi volt olarak ifade edilir ve D ğlarsan beni, Görürsün gerilim değerini. Eğer yanlış bağlarsan, Ölçemezsin gerilimi. Voltmetre, gerilimi ölçülecek noktalar arasına paralel olarak bağlanır ve bağlandığı yerdeki gerilimi ölçer. Voltmetrenin “+” ucu gerilimi ölçülecek devre elemanının “+” ucuna, “-” ucu ise elemanın “-” ucuna bağlanır. Voltmetre; direnci çok büyük olduğundan devreye paralel Voltmetrenin sembolü Öğrencilere “Devredeki gerilim değerini değiştirebilir miyiz?” sorusu yöneltilir. Bu soruya cevap aramak için ders kitabındaki “Gerilimi Ölçelim” adlı 5. etkinlikle derse devam edilir. 5. kısaca “V” ile gösterilir. bağlanır, seri bağlanırsa devreden akım geçmez. Yapacağımız etkinlikle voltmetrenin devreye nasıl bağlandığını ve pillerin kutupları arasındaki gerilimi ölçmeyi öğrenelim. G3456575 8693657 5. B !" #$% &apalım • Devre elemanlarını kullanarak aşağıda verilen devreleri kuralım. II. III. @C hijklkmk nloilkm Başlamak İçin Gerekenler '()*+ ,-/0 2 • voltmetre (Önerilen süre: 20 dk.) • bağlantı kabloları • üç adet pil (1,5 V) Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin voltmetreyi devreye uygun şekilde bağlayarak pillerin kutupları arasındaki gerilim değerini ölçüp bir sonuca varmalarını sağlamaktır. • pil yatağı • Voltmetreyi şekillerdeki gibi devreye bağlayalım. • Voltmetreden gerilim değerlerini okuyalım. Aşağıda verilen çizelgeyi defterimize çizerek kaydedelim. :; <=>?= II. devre III. devre Voltmetreden okunan gerilim değeri Etkinlikte verilen devreler sırasıyla kurulur ve voltmetreden gerilim değerleri öğrencilere ölçtürülüp kaydettirilir. Öğrencilerin dikkati voltmetrenin ibresine ve gösterdiği değere çekilir. Gerilim biriminin ne olduğu sorulur. Sonuca Varalım • Devrelerde okuduğumuz gerilim değerleri neden değişiklik gösterdi? Kısaca açıklayalım. • Voltmetreyi devreye ne şekilde bağladık? Neden? • Voltmetreden okuduğumuz sayısal değerlerin birimi nedir? Etkinlik bittikten sonra “Sonuca Varalım” bölümündeki sorular birlikte cevaplandırılır. Öğrencilerin “devredeki gerilimi ölçebilmek için voltmetrenin devreye paralel bağlanması gerektiği ve pil sayısı arttığında gerilim değerinin de arttığı” sonucuna ulaşmaları sağlanır. E.13 E.14 s.67 s.67 13. Etkinlik : SFHJKJ LMNOHOPMQ Begüm ve Ayberk, ampermetre ve voltmetre kullanarak aşağıdaki devreleri kuruyorlar. Ancak ampermetre ile elektrik akımını, voltmetre ile de gerilim değerini ölçemiyorlar. Ölçüm yapamamalarının sebebini devrelerin yanındaki noktalı kutucuklara yazalım ve sorunu gidermek için neler yapılması gerektiğini kısaca açıklayalım. Konunun daha iyi pekiştirilmesi için öğrenci çalışma kitabındaki “Sorunu Giderelim”, “Eşleştirelim ve Yorumlayalım” adlı 13 ve 14. etkinliklerle derse devam edilir. Begüm’ün devresi Ayberk’in devresi R R Ölçüm yapamaması...................................... T ...................................... Ampermetre ve volt...................................... metrenin yeri değiştirilmeli. ...................................... nın nedeni ampermetre ve ...................................... voltmetreyi yanlış bağlamasıdır. Sorunu gidermek ...................................... için ampermetreyi seri voltmetreyi paralel bağla...................................... ması gerekir. T ...................................... 13. Etkinlik: pqrsts uvwxrxyvz Bu etkinliğin amacı, öğrencilere ampermetrenin ve voltmetrenin devreye ne şekilde bağlandığını göstermektir. Etkinlikte verilen devreler birlikte incelenerek öğrencilerin sorunu tespit etmeleri ve çözümün ne olacağını ifade etmeleri sağlanır. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksikleri tamamlanır, hatalar düzeltilir. 14. Etkinlik: {şleştirelim ve Yorumlayalım Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin konu ile ilgili kavramlar arasında ilişki kurmalarını sağlamaktır. Böylece öğrenmenin anlamlı ve kalıcı olması beklenmektedir. 68 14. Etkinlik : |şleştirelim ve Yorumlayalım Aşağıda I numaralı kutucukta verilen kavramları, II numaralı kutucukta verilen kavramlardan uygun olanı ile eşleştirelim. Eşleştirdiğimiz bu kavramlar arasında nasıl bir ilişki olduğunu örnekte olduğu gibi noktalı yerlere yazalım. '2 ==? ''ğı -; >}+~(=~?= : 2. ampermetre 3. pil 4. direnç 5. elektrik akımı :: b) ohm c) amper ç) akım d) gerilim ........ bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki gerilimi ölçer. : Voltmetre, ........................................................................................................................................ 2-d Devreden geçen akımı ölçer. ........... Elektrik devresine enerji veren kaynaktır. : ........................................................................................................................................ Direnç birimi Ohm’dur. : ........................................................................................................................................ Elektrik akımının birimi Amper’dir. : ........................................................................................................................................ 3-a 4-b 5-c Öğrencilere devredeki akımın ampermetre, gerilimin ise voltmetre ile ölçüldüğü bilgisi hatırlatılır. 118 www.calisma-kitabi-cevaplari.com 15. Etkinlik: Gerilim-Akım Grafiği 120 Yaşamımızdaki Elektrik Etkinlikte de gördüğümüz gibi devre elemanının (ampulün) Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin akım ve gerilim değerleri verilmiş bir telin direncini bulmalarını ve bu dirence ait gerilim-akım grafiğini çizmelerini sağlamaktır. Öğrencilerden etkinlikte verilen tabloyu doldurmaları çizdikleri grafikleri yorumlamaları ve sorulara cevap vermeleri istenir. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek eksikleri varsa tamamlanıp hataları düzeltilir. uçları arasındaki gerilim ile devre üzerinden geçen akım araV sındaki oranın her durumda sabit kaldığı görülür. Bu oran dev- A redeki ampulün direncine eşittir. Buna göre “Bir iletkenin uçları arasındaki gerilimin telin içinden geçen akıma oranı sabittir.” diyebiliriz. Gerilim / akım oranının birimi volt / amper olarak yazılır. Bu değer, direnç birimi olan ohm ile eş değerdir. Direnç birimi olarak volt / amper kullanıldığı gibi ohm ( Ω ) da kullanılır. Bir iletkenin uçları arasındaki gerilim ile üzerinden geçen akım arasındaki ilişkiyi ilk bulan kişi George Simon Ohm (Corç Simon Om) olduğu için bu ilişki Ohm Kanunu olarak adlandırılmıştır. Bir E.15 devredeki direnç, “dirençölçer” adı verilen araçla ölçülür. s.68 Değerlendirme “Kendimizi Değerlendirelim” bölümündeki sorular, öğrencilerin bu konuda verilen kavram ve yapılan uygulamalarla ilgili olarak kendilerini değerlendirmeleri için hazırlanmıştır. Soruları cevaplattıktan sonra öğrencilere cevaplamakta zorlandıkları ya da emin olmadıkları sorular olup olmadığını sorabilirsiniz. Böylelikle eksik kalan kısımlar tespit edilir, eksik kazanımlar belirlenir, yeni konuya geçmeden önce bu noktalar tekrar edilir. Öğrencilerden beklenen cevaplar aşağıda verilmiştir. Değerlendirmenin bitiminde öğrencilerden eksik bilgilerini tamamlamaları, yanlış olanların doğrularını ayrıntılı olarak öğrenmeleri için ders kitabının ilgili sayfalarına tekrar dönmeleri istenir. K e n d i m i z i Değe r l e n d i re l i m Aşağıdaki soruların cevaplarını defterimize yazalım. 1. Bir elektrik devresini kombi tesisatına benzetebiliriz. Buna göre devre elemanlarını uygun şekilde eşleştirelim. 1. kombi a. anahtar 2. vana b. negatif yükler 3. kıvrımlı boru c. elektrik kablosu 4. boru ç. pil 5. su d. direnç Kombi 2. Bir elektrik devresindeki yüklerin enerjilerinin aktarılmasına ne denir? 3. Bir pil, ampul ve anahtardan oluşan basit bir elektrik devresi çizelim. Bu devredeki elektrik akımının yönü ile negatif yüklerin yönünü çizerek gösterelim. 4. Bir elektrik devresinden geçen elektrik akımını ve gerilimi ölçmek için hangi araçları kullanırız? Gerilim, akım ve direnç birimleri nelerdir? 5. Elektrik devresine voltmetre ve ampermetre ne şekilde bağlanır? Neden? 6. Şekildeki elektrik devresinde 4 Ω’luk direnç üzerinden geçen ampermetrenin gösterdiği değer 3 A’dir. Buna göre voltmetrenin gösterdiği değer kaç volttur? 4Ω “Kendimizi Değerlendirelim” Sorularının Cevapları ç. pil 1. 1. Kombi 15. Etkinlik : 2. Vana a. anahtar 3. Kıvrımlı boru d. direnç 4. Boru c. elektrik kablosu 5. Su b. negatif yükler 2. Elektrik akımı denir. 3. elektrik akımının yönü Gerilim - Akım Grafiği Sedef; iletken telin uçlarına, pil sayısını arttırarak farklı gerilimler uyguluyor ve yaptığı ölçümler sonucunda aşağıdaki sonuçları elde ediyor. negatif yüklerdeki enerjinin akış yönü A A A 0,5 A 1A 2A V V V 2V 4V 8V I III a) Gerilim - akım tablosunu doldurarak telin direncini bulalım. III b) Gerilim - akım grafiğini çizelim. GerilimGerilim (V) Gerilim (V) Akım (A) Direnç (ohm) 1 2V ................ 0,5 A ................ Direnç=2/0,5=4Ω ............................. 4 2 4V ................ 1A ................ Direnç=4/1=4Ω ............................. 2 3 8V ................ 2A ................ Direnç=8/2=4Ω ............................. 8 Akım (A) 0,5 1 2 Akım c) Devredeki pil sayısı ile iletkenin direnci arasında nasıl bir ilişki vardır? Açıklayalım. Pil sayısı artsa da, iletkenin direnci sabittir, değişmez. ...................................................................................................................................... ç) Devrelerdeki gerilim ile akım arasında nasıl bir ilişki vardır? Açıklayalım. Devredeki gerilim arttıkça, akım şiddeti de doğru orantılı olarak artar. ...................................................................................................................................... d) Devrelerdeki bağımlı, bağımsız ve sabit tutulan değişkenler nelerdir? Bağımsız Değişk e n 4. Elektrik akımını ampermetre ile gerilimi ise voltmetre ile ölçeriz. Elektrik akımının birimi amper, gerilimin birimi volt, direnç birimi ise Ohm’dur. 5. Voltmetre paralel, ampermetre seri bağlanır.Ampermetre iç direnci küçük olduğundan seri bağlanır, aksi taktirde kısa devreye sebep olur. Voltmetre ise iç direnci büyük olduğundan paralel bağlanır. 6. Akım=3A Direnç=4 Ω 120 Gerilim= 3x4=12V Pil Sayısı .................................. Bağım lı Değişk e n İletkenin Direnci .................................. S a b i t Tu t u l a n Değişk e n İletkenin Boyu .................................. Konu Biterken • Konu işlendikten sonra anahtar kavramlara tekrar dönülür. Öğrencilerden buraya kadar edindikleri bilgileri kullanarak konuda geçen kavramlarla ilgili cümleler yazmaları istenir. Daha sonra bu kavramların sınıfça tartışılması için öğrencilere kısa bir süre verilir. Bu sırada öğrencilerin durumları gözlemlenir. Eksik kısımlar varsa tamamlanır, tespit edilen hatalar düzeltilir. • Öğrencilere “Bu derste ilgimizi çeken ne oldu? İlgimizi çeken bu konuları öğrenmemizin bize ne gibi yararı olabilir?”, “Öğrendiklerimiz günlük hayatta bize nerelerde faydalı olabilir?” gibi sorular sorulur. Bu şekilde bir taraftan konunun önemi vurgulanmış olur, diğer taraftan öğrencilerin fikirlerini paylaşmaları sağlanarak bir sonraki konu için ilgileri arttırılmaya çalışılır. • Bir sonraki derse hazırlık amacıyla öğrencilerden “Seri ve Paralel Bağlama” konusunu okumaları istenir. Konunun etkinlikleri için gerekli malzemeler de etkinliklerden önce hazırlanmalıdır. www.calisma-kitabi-cevaplari.com Keşfetme 122 7. Ampullerin Parlaklıklarını Test Edelim Yaşamımızdaki Elektrik 7. Ampullerin Parlaklıklarını Test Edelim Birlikte Yapalım (Önerilen süre: 25 dk.) Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin iki ampulü farklı iki şekilde bağlayarak devredeki değişiklikleri gözlemelerini sağlamaktır. İlk olarak öğrencilerden bir ampul ve bir pilden oluşan devreyi kurmaları ve devredeki ampulün direncini ölçmeleri, ardından anahtarı kapatarak ampulün parlaklığını gözlemlemeleri istenir. Daha sonra bu devreye II. şekildeki gibi bir tane daha ampul bağlamaları sağlanır. Anahtarı kapatmadan önce öğrencilerin ampullerin parlaklıkları ile ilgili tahminleri alınır. Anahtar kapatılır ve ampullerin parlaklıkları gözlenir. Öğrencilerden bir ampulü olan ilk devre ile sonra kurdukları iki ampullü devreyi karşılaştırmaları istenir. Bu şekilde öğrencilerin devrelerdeki toplam direnç değerini ölçmelerine yardımcı olunur. Daha sonra devre üzerinde gösterilen noktalardan geçen akımı ölçmeleri sağlanır. Öğrencilerden III. şekilde olduğu gibi ampulleri bağlamaları istenir. Anahtarı kapatmadan önce öğrencilerden ampullerin parlaklıkları ile ilgili tahminleri alınır. Ardından anahtar kapatılır ve ampullerin parlaklığı birlikte gözlenir. II ve III. şekillerdeki ampullerin parlaklığı karşılaştırılır. Öğrencilerin III. devredeki toplam direnç değeri ile devre üzerinde gösterilen noktalardan geçen akımı ölçmelerine yardımcı olunur. Etkinliğin son basamağında öğrencilere kısa devrenin nasıl gerçekleştiğini sezdirmek amaçlanmıştır. Bunun için gruplardan devrelerindeki yanmakta olan ampullerden birinin uçlarına bağlantı kablosunun uçlarını dokundurmaları ve ampullerin parlaklıklarını gözlemeleri istenir. Son olarak “Sonuca Varalım” bölümündeki sorular cevaplandırılır. Öğrencilerin “ampullerin bağlanış şekillerine göre dirençleri değiştiği için parlaklıklarının da değiştiği” sonucuna ulaşmaları sağlanır. Etkinlikte öğrenilenlerin pekiştirilmesi amacıyla öğrenci çalışma kitabındaki “Ampullerin Parlaklıklarını Test Ettik” adlı 16. etkinlikle derse devam edilir. • Yandaki basit elektrik devresini kuralım. I. şekil • Ampulün direncini dirençölçer yardımıyla ölçelim. Başlamak İçin Gerekenler • iki adet ampul (2,2 V) • Anahtarımızı kapatalım ve ampulün parlaklığını gözlemleyelim. • iki adet duy • I. şekildeki elektrik devresine II. şekildeki gibi ikinci ampulü bağlayıp anahtarı kapattığımızda ampullerin parlaklıklarında olabilecek değişiklikleri tahmin edelim ve tahminimizi defterimize yazalım. C B D A II. şekil C • Daha sonra anahtarı kapatalım ve ampullerin parlaklıklarını gözlemleyerek I. şekildeki ampulün parlaklığı ile karşılaştıralım. • pil (1,5 V) • pil yatağı • anahtar • bağlantı kabloları • ampermetre • dirençölçer • İki ampulün toplam direncini dirençölçer yardımıyla ölçelim. • II. şekildeki devrede A, B, C, ve D noktalarından geçen akım değerlerini sırasıyla ölçerek kaydedelim. • Devredeki ampulleri III. şekilde görüldüğü gibi bağlayıp anahtarı kapattığımızda ampullerin parlaklığında olabilecek değişikliği tahmin edelim ve tahminimizi defterimize yazalım. B A D III. şekil • Daha sonra anahtarı kapatalım ve ampullerin parlaklığını gözlemleyerek I ve II. şekillerdeki ampullerin parlaklığı ile karşılaştıralım. • Devredeki ampullerin toplam direncini dirençölçer yardımıyla ölçelim. • III. şekildeki devrede A, B, C ve D noktalarından geçen akım değerlerini ölçelim ve kaydedelim. • Işık vermekte olan ampullerden birinin uçlarına bağlantı kablosunun uçlarını bağlarsak ne gözlemleriz? Tahminimizi defterimize kaydedelim. • Işık vermekte olan ampullerden birinin uçlarına bağlantı kablosunun uçlarını bağlayalım ve ampulümüzün durumunu gözlemleyelim. Sonuca Varalım • I. şekildeki devreye II. şekilde olduğu gibi ampulü bağladığımızda ampullerin parlaklığında nasıl bir değişiklik oldu? • III. şekildeki ampullerin parlaklığını I ve II. şekillerdeki ampullerin parlaklığı ile karşılaştırdığımızda sonuç ne oldu? • Hangi devredeki ampuller üzerinden geçen akım pilin ürettiği akıma eşittir? • Başlangıçta kurduğumuz devre ile daha sonra kurduğumuz devrelerin direnç değerlerini karşılaştırdığımızda nasıl bir sonuca ulaşırız? E.16 s.69 Etkinliğimizde bağlama şekline göre ampullerin parlaklığının değiştiğini gözlemledik. Bir devreye ampulleri bağlamanın iki farklı yolu vardır. Ampuller aynı devreye seri ve paralel olarak iki farklı şekilde bağlanabilir. 16. Etkinlik : Ampullerin Parlaklıklarını Test Ettik Ders kitabımızdaki “Ampullerin Parlaklıklarını Test Edelim” adlı etkinlikte yaptığımız gözlemler için aşağıdaki çizelgede belirtilen yerlere “X” işareti koyalım. Her bir ampulden ana koldaki akıma eşit akım geçer. I. şekil II. şekil x x Ampullerden geçen akımın toplamı, ana koldan geçen akıma eşittir. Devrenin toplam (eş değer) direnci her bir ampulün direncinden büyüktür. Devrenin toplam (eş değer) direnci her bir ampulün direncinden küçüktür. x Her bir devredeki ampullerin parlaklıkları eşittir. x x x Devredeki bir ampulü duyundan çıkardığımızda diğer ampul yanmaya devam eder. Devrenin toplam direnci ampulün direncine eşittir. III. şekil x x x 16. Etkinlik: Ampullerin Parlaklıklarını Test Ettik Bu etkinlik “Ampullerin Parlaklıklarını Test Edelim” adlı etkinliğin devamı niteliğindedir. Burada amaç, öğrencilerin kurdukları devrelerdeki farklılıkları kavramalarını sağlamaktır. Etkinlikte verilen tabloyu ders kitabındaki “Ampullerin Parlaklıklarını Test Edelim” adlı etkinliğin sonuçlarına göre uygun şekilde doldurmaları istenir. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksikleri tamamlanır, hatalar düzeltilir. 122 www.calisma-kitabi-cevaplari.com 123 Seri ve Parelel Bağlama Devrelerde kullanılan ampul ve piller aynı olduğu hâlde paralel bağlı ampullerin seri bağlı ampullerden daha parlak yandığı görülür. Ampullerin parlaklığının farklı olmasının sebebi nedir? Seri ve parelel bağlama durumlarını daha ayrıntılı inceleyerek bunun sebebini anlamaya çalışalım. Seri bağlama Seri Bağlama Ampullerin seri olarak bağlandığı devrede, pillerin sağladığı akım her bir ampulün üzerinden geçerek pillere geri döner. Paralel bağlama Seri bağlı devrelerde devre elemanlarının hepsinin üzerinden aynı akım geçmektedir. Bir devrede ampuller ya da dirençlerin uç uca bağlanmasıyla elde edilen bağlama şekli, seri bağlama olarak ifade edilir. Seri bağlı devrelerde toplam (eş değer) direnç devredeki tüm dirençlerin toplamına eşittir. 3Ω 6Ω 9Ω Seri bağlı devrelerde dolanan akım değeri sabittir. Devredeki dirençler toplam gerilim değerini büyüklüklerine göre paylaşır. Yani büyük direncin gerilim değeri büyük, küçük direncin gerilim değeri küçük olur. Eğer devredeki dirençler özdeşse pilin gerilimi eşit olarak paylaşılır. ≡ I I I I I Bir iletkenin direnç değeri, o iletkenin uzunluğuna bağlıdır. Dirençlerin seri bağlanması iletkenin uzunluğunu arttırır. Bu durum, devredeki toplam direncin artmasına yol açar. Seri bağlı ampullerin sayısı arttıkça devrenin toplam direnci artar, direncin artması ampuller üzerinden daha az akım geçmesini sağlar. Dolayısıyla ampullere daha az enerji aktarılır ve ampullerin parlaklığı azalır. Seri bağlı devrelerde; devredeki bağlantı kablosu kesilir, ampullerden biri patlar ya da duydan çıkartılırsa devrede akım kesileceği için tüm ampuller söner. 17. Etkinlik : E.17 E.18 s.69 s.70 Bir devrede ampuller gibi piller de seri bağlanabilir. Etkinlikler tamamlandıktan sonra ampullerin iki şekilde bağlandığı ve bu bağlama şekillerinden birine “seri bağlama”, diğerine de “paralel bağlama” denildiği ifade edilir. Ders kitabındaki seri ve paralel bağlanmış devre resmi öğrencilerle birlikte incelenir. Seri bağlı ampullerin hepsinin üzerinden aynı akımın geçtiği ifade edilir. Etkinlikte olduğu gibi bir ampullü devreye ikinci ampulün seri bağlanması durumunda ampullerin parlaklığının azalmasının sebebinin devredeki eş değer direncin artması olduğu vurgulanır. Öğrencilere devreye üçüncü ampulün bağlanması durumunda ampullerin parlaklığında nasıl bir değişiklik olacağı sorulur. Tahminler alındıktan sonra devredeki elektrik enerjisi kaynağının geriliminin seri bağlı ampuller arasında paylaşıldığı belirtilir. Konuya dikkatlerini çekmek, dersin işlenişini zenginleştirmek amacıyla öğrencilere ders kitabındaki “Bilgi Damlası” adlı bölümler okutulur. Konunun daha iyi pekiştirilmesi için öğrenci çalışma kitabındaki “Ampulleri Seri Bağlayalım” ve “Doğru mu? Yanlış mı?” adlı 17 ve 18. etkinliklerle derse devam edilir. 1,5 V 1,5 V 1,5 V Toplam gerilim = 4,5 V Piller seri bağlandığında toplam gerilim değeri artar, pil sayısı azaldığında devrenin gerilimi azalır. Ampulleri Seri Bağlayalım Aşağıdaki kutucuğa bir pil ve üç ampulden oluşan seri bağlı bir devre çizelim. • Ampullerden birini duydan çıkarttığımızda diğer ampullerin durumu ne olur? Aşağıdaki noktalı satırlara kısaca açıklayalım. Diğer ampuller bu durumda devre ............................................................................... tamamlanmadığı için söner. ............................................................................... • Binalardaki ampuller neden seri bağlanmaz? Aşağıdaki noktalı satırlara yazalım Ampulun biri söndüğünde diğerleri ............................................................................... etkilenmesin diye seri bağlanmaz. ............................................................................... ............................................................................... 70 17. Etkinlik: Ampulleri Seri Bağlayalım Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin seri bağlı devre şemasını çizmelerini ve seri bağlı devrelerde bir ampulün duydan çıkartılması durumunda devreden geçen akımın nasıl değişeceğini belirleyebilmelerini sağlamaktır. Bunun için ilk olarak öğrencilerin etkinlik sayfasındaki kutucuğa üç ampul ve bir pilden oluşan seri bağlı devre çizmeleri istenir. Öğrencilerin etkinlikte verilen sorulara cevap vererek devredeki bir ampulün devreden çıkartılması durumunda diğer ampullerin de ışık vermeyeceği sonucuna ulaşmaları sağlanır. Daha sonra öğrencilerle ev, okul, iş yeri gibi binalardaki ampullerin seri bağlanmalarının avantaj ve dezavantajları tartışılır. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksiklikleri tamamlanır, hataları düzeltilir. 18. Etkinlik: Doğru mu? Yanlış mı? 18. Etkinlik : Doğru mu? Yanlış mı? I A II A III A Yukarıda devrelerle ilgili olarak verilen cümlelerin doğru mu yanlış mı olduğunu başında yer alan kutucukta belirleyelim. Yanlış olduğunu düşündüğümüz ifadelerin doğrusunu noktalı yerlere yazalım. D Y Seri bağlı devreye ampul eklenmesiyle ampullerin parlaklığı azalır. Seri bağlı ampullerin bulunduğu devreye ampul eklenmesiyle devredeki toplam direnç azalır. Toplam direnci artar. Seri bağlı devreye ampul eklenmesiyle devredeki akım artar. Y Seri bağlı devreye ampul eklenmesiyle devredeki direnç artar. Seri bağlı devreye pil eklenmesiyle ampullerin parlaklığı artar. D Bu etkinliğin amacı, öğrencilere bir devrede ampullerin seri bağlanması ile oluşabilecek değişiklikleri belirlemektir. Öğrencilerden etkinlikte verilen cümlerin doğru mu, yanlış mı olduğunu belirlemeleri istenir. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksikleri tamamlanır, hataları düzeltilir. Etkinliğin tamamlanmasından sonra öğrencilere ders kitabında yer alan ve paralel bağlı ampulleri gösteren fotoğraf inceletilir. Paralel bağlı devrelerde akımın kollara ayrılarak ilerledikten sonra tekrar birleşip yoluna devam ettiği açıklanır. Paralel devrelerde de akımın kollara ayrılarak ilerlediği ve birleşerek yoluna devam ettiği, paralel olarak bağlanan dirençlerin toplam direncinin (eş değer direncinin) de azaldığı belirtilir. www.calisma-kitabi-cevaplari.com 123 Öğrencilere seri bağlama ve paralel bağlama anlatıldıktan sonra bu iki bağlamayı karşılaştırmak ve konuyu toparlamak için seri ve paralel bağlama ile ilgili verilen devreler tahtaya çizilerek devrelerle ilgili kısa bir tekrar yapılabilir. Konuya dikkatlerini çekmek, dersin işlenişini zenginleştirmek amacıyla ders kitabındaki “Bilgi Damlası” adlı bölüm okutulur. Paralel bağlı devrelerde eş değer direncin devredeki en küçük dirençten daha küçük olduğu belirtilerek ders kitabındaki ilgili devre inceletilir. Paralel bağlı ampullerin sayısı artsa da her bir koldan geçen akımın büyüklüğü değişmediği için ampullerin parlaklığının da değişmeyeceği vurgulanarak ders kitabında verilen devreler inceletilir. Konunun daha iyi pekiştirilmesi için öğrenci çalışma kitabındaki “Ampulleri Paralel Bağlayalım”, “Akım ve Gerilimi Yorumlayalım” ve “Seri ve Paralel Bağlı Ampuller” adlı 19, 20 ve 21. etkinliklerle derse devam edilir. 124 Yaşamımızdaki Elektrik Paralel Bağlama Yandaki fotoğrafta ampulün paralel olarak bağlandığı devrede de görüldüğü gibi pillerin sağladığı akım, devrenin B noktasında iki kola ayrılır. Elektrik akımının bir kısmı K ampulünün, diğer kısmı ise L ampulünün üzerinden geçer. Daha sonra, paralel kollardaki bu akım ilerleyerek C noktasında birleşir ve pile geri döner. B L K K L C B Paralel bağlı devrelerde gerilim değeri sabittir. Yani paralel bağlı dirençlerin gerilimleri pilin gerilimine eşittir. Devrenin her bir kolundan geçen akım şiddeti, o koldaki dirençle ters orantılıdır. Yani küçük direncin bulunduğu koldan büyük akım, büyük direncin bulunduğu koldan ise küçük akım geçer. 19. Etkinlik: Ampulleri Paralel C Paralel bağlı devrede ana koldan gelen akım önce kollara ayrılır, sonra tekrar birleşip üretece geri döner. Bir devrede ampuller ya da dirençlerin (+) ve (-) uçlarının ayrı noktada birleştirilmesiyle elde edilen bağlama şekli paralel bağlama olarak ifade edilir. Paralel bağlı devrelerde eş değer direnç devredeki en küçük dirençten daha küçüktür. 3Ω Elektrik akımı I1 I1 I2 I2 I I 6Ω ≡ 2Ω I I Özdeş ampullerin direnç değerleri aynıdır. Gerilim değerleri eşit olan ampullerden eşit akımlar geçtiği için ampullerin parlaklıkları da eşittir. Bağlayalım Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin paralel bağlı devre şemasını çizmelerini ve paralel bağlı devrelerde bir ampulün çıkartılması durumunda devreden geçen akımın nasıl değişeceğini görmelerini sağlamaktır. Bunun için öğrencilerden etkinlik sayfasındaki kutucuğa üç ampul ve bir pilden oluşan paralel bağlı devreyi çizmeleri istenir. Öğrencilerin etkinlikte verilen sorulara sırasıyla cevap vermeleri sağlanır. Öğrencilerin devredeki bir ampulün devreden çıkartılması durumunda diğer ampullerin de ışık vermeye devam edeceği bu nedenle binalardaki ampullerin paralel bağlandığı sonucuna ulaşmaları beklenmektedir. Öğrencilerin cevapları kontrol edilir, varsa eksiklikleri tamamlanıp hataları düzeltilir. Paralel bağlı ampullerin sayısı arttıkça devrenin toplam direnci azalır, akım ise artar. Her bir koldan geçen akımın büyüklüğü ise değişmez. Dolayısıyla ampullerin parlaklıkları da değişmez. E.19 E.20 E.21 s.70 s.71 s.72 Paralel bağlı ampullerden her biri pilin geriliminin tamamını kullanır. Bu yüzden ampullerin hepsi aynı parlaklıkta ışık verir. Paralel bağlı devrelerde ampullerden biri patlar ya da duydan çıkartılırsa diğerleri çalışmaya devam eder. Bu sebeple binalar- 19. Etkinlik : Ampulleri Paralel Bağlayalım Yandaki kutucuğa bir pil ve üç ampulden oluşan paralel bağlı bir devre çizelim. • Ampullerden birini duyundan çıkardığımızda diğer ampullerin durumu ne olur? Aşağıdaki noktalı satırlara kısaca açıklayalım. Diğer ampuller yanmaya ........................................................................ devam eder. ........................................................................ 20. Etkinlik: Akım ve Gerilimi ....................................................................... Yorumlayalım Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin direnç değerini bularak ampul parlaklığı ile akım arasındaki ilişkiyi yorumlamalarını sağlamaktır. Öğrencilerden etkinlikteki sorulara cevap vermeleri, verilen tabloyu doldurmaları istenir. “Devreye bağlanan ampul sayısı arttıkça direnç değerinin artacağı, bu durumda ampulün parlaklığının da azalacağı” sonucuna ulaşmalarına çalışılır. Öğrencilerin cevapları kontrol edilerek varsa eksiklikleri tamamlanıp hataları düzeltilir. 21. Etkinlik: Seri ve Paralel Bağlı • Binalardaki ampuller neden paralel bağlanır? Bir ampul söndüğünde diğer ampuller zarar görmesin diye .......................................................................................................................................... paralel bağlanır. .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... 0,10 A teli kopmuş ampul Ampuller seri bağlandığında; 1. Her bir ampul üzerinden eşit akım geçer. 2. Ampullerden birinin teli koparsa diğer ampuller de ışık vermez. 0,20 A Ampuller Bu etkinliğin amacı, öğrencilerin seri ve paralel bağlı ampullerin özelliklerini karşılaştırmaları farklılıklarını yorumlamalarını sağlamaktır. Öğrenciler etkinlikte verilen sorulara sırasıyla cevap verirler. Öğrencilerin cevapları kontrol edilir, varsa eksiklikleri tamamlanıp hataları düzeltilir. 0 Ampuller paralel bağlandığında; 1. Akım kollara ayrılarak ampullerden geçer. 2. Ampullerden birinin teli kopsa bile diğer ampuller ışık vermeye devam eder. 0,40 A 0,20 A 124 www.calisma-kitabi-cevaplari.com teli kopmuş ampul