10. SINIF YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI - FİZ.10.3.2
Öğrenme Çıktısı: FİZ.10.3.2. Elektrik yükünün hareketi üzerinden elektrik akımı kavramını çözümleyebilme
Bir laboratuvarda elektrolit çözeltilerinde oluşan elektrik akımını incelemek amacıyla dört farklı cam tüp hazırlanıyor. Tüplerin her birinde aynı sürede pozitif (+) ve negatif (−) yüklü iyonlar elektrik alan etkisiyle hareket etmektedir.
Aşağıdaki bilgiler veriliyor:
A tüpünde: 2 tane (+) iyonu sola doğru, 1 tane (−) iyonu sağa doğru hareket etmektedir.
B tüpünde: 1 tane (−) iyonu sola doğru, 1 tane (−) iyonu sağa doğru hareket etmektedir.
C tüpünde: 2 tane (+) iyonu sola doğru, 2 tane (−) iyonu sağa doğru hareket etmektedir.
D tüpünde: 1 tane (+) iyonu sola doğru, 1 tane (−) iyonu sağa doğru hareket etmektedir.
Tüm iyonların yük büyüklükleri eşit ve hareket hızları aynıdır. Buna göre tüplerde oluşan elektrik akımlarının büyüklükleri iA, iB, iC ve iD olduğuna göre,
a) Akımların büyüklüklerini karşılaştırınız.
b) Tüplerdeki akımların yönlerini belirtiniz.
a) Akım büyüklükleri karşılaştırması: Elektrik akımı, kesitten birim zamanda geçen toplam yük miktarıyla orantılıdır. Her bir iyonun yük büyüklüğü q ve süre aynı olduğundan iyon sayıları toplamı karşılaştırılır.
- A tüpü: 2 (+) + 1 (−) = 3 birim yük
- B tüpü: 1 (+) + 1 (−) = 2 birim yük
- C tüpü: 2 (+) + 2 (−) = 4 birim yük
- D tüpü: 1 (+) + 1 (−) = 2 birim yük
iC > iA > iB = iD
b) Akım yönleri: Akım yönü, pozitif yüklerin hareket yönünde veya negatif yüklerin hareketinin tersi yönünde tanımlanır.
Cevap: A, C ve D tüpünde akım sola doğru (1 yönünde), B tüpünde ise sağa doğru (2 yönünde).
Bir sıvı çözeltinin kesitinden 4 saniyede 3·1019 tane pozitif iyon ve 2·1019 tane negatif iyon zıt yönlerde geçmektedir. Her bir iyonun yük büyüklüğü q = 1,6·10−19 C olduğuna göre, çözeltide oluşan elektrik akımı kaç amperdir?
Toplam yük: qtoplam = (3·1019 + 2·1019) × 1,6·10−19 = 5·1019 × 1,6·10−19 = 8 C
Akım: i = q / t = 8 C / 4 s = 2 A
Not: Zıt yönlerde hareket eden iyonlar toplam yük miktarına katkıda bulunur.
İçinde iyonlar bulunan bir sıvı çözeltinin kesitinden 5 saniyede 4·1019 tane pozitif iyon geçmektedir. Aynı sürede, aynı kesitten zıt yönde geçen negatif iyonların sayısı bilinmemektedir. Çözeltide oluşan elektrik akımı 2,4 A olduğuna göre, 5 saniyede kesitten geçen negatif iyon sayısı kaçtır? (Her bir iyonun yük büyüklüğü q = 1,6·10−19 C'dir.)
Toplam yük: qtoplam = i · t = 2,4 A × 5 s = 12 C
Pozitif iyonların taşıdığı yük: q+ = 4·1019 × 1,6·10−19 = 6,4 C
Negatif iyonların taşıdığı yük: q− = 12 C − 6,4 C = 5,6 C
Negatif iyon sayısı: n− = 5,6 C / (1,6·10−19 C) = 3,5·1019 tane
Bir iyon tüpünün dik kesitinden t sürede 1 yönünde −6q, 2 yönünde +5q yük geçmektedir.
a) Tüpte oluşan elektrik akımı hangi yönde oluşur?
b) Tüpte oluşan elektrik akım şiddeti q ve t cinsinden nasıl ifade edilir?
a) Akım yönü: 1 yönünde −6q (negatif yük) geçiyor: negatif yükün hareketinin tersi 2 yönünde akım oluşturur. 2 yönünde +5q geçiyor (pozitif yük): akım da 2 yönünde olur. Her iki katkı da 2 yönünde net akım oluşturur. Cevap: Akım 2 yönündedir.
b) Akım şiddeti: Toplam geçen yük miktarı: |−6q| + |+5q| = 6q + 5q = 11q. i = qtoplam / t = 11q / t
Bir iletkenden geçen elektrik akımı 5 A'dir. Buna göre, bu iletkenin dik kesitinden 2 dakikada kaç coulomb yük geçer?
t = 2 dakika = 120 saniye
q = i · t = 5 A × 120 s = 600 C
X, Y ve Z iletken tellerinin dik kesitinden geçen elektron sayıları ve bu geçişin süreleri tabloda verilmiştir. (Her bir elektronun yük büyüklüğü q = 1,6·10−19 C'dir.)
| İletken | Geçen elektron sayısı | Süre (s) |
|---|---|---|
| X | 4·1019 | 2 |
| Y | 3·1019 | 3 |
| Z | 6·1019 | 4 |
Buna göre X, Y ve Z tellerinden geçen elektrik akımları iX, iY ve iZ kaç amperdir? Bulduğunuz değerleri büyükten küçüğe doğru sıralayınız.
i = (n · e) / t formülü ile:
- iX = (4·1019 × 1,6·10−19) / 2 = 6,4 / 2 = 3,2 A
- iY = (3·1019 × 1,6·10−19) / 3 = 4,8 / 3 = 1,6 A
- iZ = (6·1019 × 1,6·10−19) / 4 = 9,6 / 4 = 2,4 A
Sıralama: iX > iZ > iY (3,2 A > 2,4 A > 1,6 A)
X, Y ve Z iyon tüplerinden geçen pozitif ve negatif yük miktarları ile geçme süreleri tabloda verilmiştir. (Pozitif ve negatif yükler zıt yönlerde hareket etmektedir.)
| Tüp | Pozitif yük (C) | Negatif yük (C) | Süre (s) |
|---|---|---|---|
| X | 40 | -30 | 5 |
| Y | 20 | -20 | 2 |
| Z | 50 | -10 | 4 |
Buna göre X, Y ve Z tüplerinde oluşan elektrik akımları iX, iY, iZ kaç amperdir? Büyükten küçüğe doğru sıralayınız.
Akım şiddeti: i = (|pozitif yük| + |negatif yük|) / süre (toplam yük büyüklüğü toplanır, çünkü zıt yönlerdeki yükler akıma katkı sağlar).
- iX = (40 + 30) / 5 = 70/5 = 14 A
- iY = (20 + 20) / 2 = 40/2 = 20 A
- iZ = (50 + 10) / 4 = 60/4 = 15 A
Sıralama: iY > iZ > iX (20 A > 15 A > 14 A)