Ölçme ve Değerlendirme

Sayfalara Git

Ünite İçeriğine Dön

3. ELEKTRİK

3. Ünite: Elektrik

Sayfa 259-265, 1 - 7.Sorular

Su ve Elektrik Benzetmesi

Sayfa 259

Soru: Su kaydırağı ve elektrik devresi arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları açıklayınız. Potansiyel fark, elektrik akımı ve direnç kavramlarını bu benzetme üzerinden açıklayınız.

Çözüm:

Benzerlikler

Pompa - Üreteç (Pil): Su pompası suyu yüksek potansiyele taşıyarak akışı sağladığı gibi, pil de elektrik yüklerine potansiyel fark sağlayarak akımı başlatır.
Vana - Anahtar: Vana su akışını kontrol eder/keser; anahtar da devredeki elektrik akımını açıp kapatır.
Su Akışı - Elektrik Akımı: Borulardaki su moleküllerinin akışı, iletken içindeki serbest elektronların hareketine benzetilir.
Kaydırak Tipi (Pürüz/Kıvrım) - Direnç: Kaydırağın yapısı ve şekli kayma hızını/süresini etkilediği gibi direnç de akıma karşı gösterilen zorluktur.

Farklılıklar

Su kaydırağında maddesel kütleler (insan, su) yerçekimi ve mekanik kuvvetlerle hareket ederken; elektrik devresinde elektronlar elektriksel alan ve potansiyel fark etkisiyle hareket eder.
Su açık bir sistemde havuza dökülürken, elektrik devresi kapalı bir döngü oluşturmak zorundadır.

Kavramların Karşılıkları:

Potansiyel Fark (Gerilim / V): Pompalanan suyun kazandığı yükseklik farkı gibi, devrenin iki ucu arasında yüklerin hareket etmesini sağlayan enerji farkıdır.
Elektrik Akımı (I): Kaydıraktan ya da borudan birim zamanda geçen su miktarı gibi, iletkenin kesitinden birim zamanda geçen toplam elektrik yük miktarıdır.
Direnç (R): Kaydırağın kıvrımlı yapısının hareketi yavaşlatması gibi, iletkenin elektrik akımına karşı gösterdiği zorluktur.

Özet: Su - elektrik benzetmesinde pompa = üreteç, vana = anahtar, su akışı = elektrik akımı, kaydırak yapısı = direnç olarak modellenir.

Akım ve Yük İlişkisi

Sayfa 260

Soru: Musluklardan akan suyun akış hızı ve muslukların açık kalma süresi ile elektrik akımı arasındaki ilişkiyi açıklayınız.

Çözüm:

a) Açıklama:

Musluklardan akan suyun akış hızı (birim zamandaki debi) ve muslukların açık kalma süresi artırıldığında, alt kaplarda biriken toplam su miktarı artar.

b) İlişkilendirme:

Akan Suyun Akış Hızı → Elektrik Akımı (I): Birim zamanda geçen yük miktarını temsil eder.
Musluğun Açık Kalma Süresi → Zaman (t): Akımın devreden geçme süresidir.
Kapta Biriken Su Miktarı → Elektrik Yükü (q): \( q = I \cdot t \) bağıntısına denk gelir. Akım ve süre arttıkça biriken toplam elektrik yükü artar.

Özet: \( q = I \cdot t \) → Biriken yük miktarı, akım ve sürenin çarpımına eşittir.

Ohm Yasası ve Direnç Hesaplamaları

Sayfa 260-261

Soru: Verilen \( V-I \) tablolarını kullanarak Ohm Yasası'nı açıklayınız ve direnç değerlerini hesaplayınız.

Çözüm:

a) Tablo 1 \( V-I \) Grafiği:

\( V \) değerleri: \( 2, 4, 6, 8, 10\text{ V} \)
\( I \) değerleri: \( 0{,}02; 0{,}04; 0{,}06; 0{,}08; 0{,}1\text{ A} \)
Grafik orijinden \( (0,0) \) başlayan ve \( (0{,}1\text{ A}, 10\text{ V}) \) noktasına doğru lineer (doğrusal) yükselen bir doğrudur.

b) Tablo 2 \( V-I \) Grafiği:

\( V \) değerleri: \( 2, 4, 6, 8, 10\text{ V} \)
\( I \) değerleri: \( 0{,}01; 0{,}02; 0{,}03; 0{,}04; 0{,}05\text{ A} \)
Eğimi Tablo 1'e göre daha dik olan doğrusal bir grafiktir.

c) Karşılaştırma:

Tablo 2'deki doğrunun eğimi (\( \Delta V / \Delta I \)), Tablo 1'deki doğrunun eğiminden daha büyüktür. Yani aynı potansiyel fark altında 2. devreden daha az akım geçmektedir.

ç) İlişki ve Matematiksel Model:

Potansiyel fark arttıkça elektrik akımı orantılı olarak artar (\( V \propto I \)).
Sabit sıcaklıktaki bir iletkende potansiyel farkın akıma oranı sabittir ve bu oran Direnç (R) değerini verir.
Matematiksel Model: \( V = I \cdot R \) veya \( R = \dfrac{V}{I} \) (Ohm Yasası)

d) Hesaplama ve Yorum:

Deney 1: \( V = 10\text{ V} \), \( I = 0{,}1\text{ A} \Rightarrow R_1 = \dfrac{10}{0{,}1} = 100\,\Omega \)
Deney 2: \( V = 8\text{ V} \), \( I = 0{,}04\text{ A} \Rightarrow R_2 = \dfrac{8}{0{,}04} = 200\,\Omega \)

Deney	Potansiyel Fark (V)	Elektrik Akımı (A)	Direnç (\(\Omega\))
1	10	0,1	100
2	8	0,04	200

Yorum: 2. deneydeki direnç, 1. deneydeki direncin 2 katıdır. Direnç arttıkça devreden geçen akım azalır.

Özet: Ohm Yasası: \( V = I \cdot R \). Direnç arttıkça akım azalır.

Direnç Bağlantıları

Sayfa 262

Soru: Seri, paralel ve birleşik bağlantıları tanımlayınız. Verilen devrelerin eşdeğer dirençlerini hesaplayınız.

Çözüm:

a) Bağlanma Türleri:

Seri Bağlama: Dirençlerin tek bir hat üzerinde uç uca eklenmesidir. → Şekil a
Paralel Bağlama: Dirençlerin ikişer uçlarının aynı noktalara bağlanmasıdır. → Şekil b
Birleşik (Karma) Bağlama: Devrede hem seri hem paralel bağlı dirençlerin bir arada bulunmasıdır. → Şekil c ve Şekil ç

b) Eşdeğer Direnç Hesaplamaları (\( R_1 = 3\,\Omega, R_2 = 6\,\Omega, R_3 = 6\,\Omega \)):

Devreler	Eşdeğer Direnç (\(\Omega\))
Şekil a (Seri)	\( R_{eş} = 3 + 6 + 6 = \) \(15\,\Omega\)
Şekil b (Paralel)	\( \dfrac{1}{R_{eş}} = \dfrac{1}{3} + \dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} = \dfrac{4}{6} \Rightarrow R_{eş} = \) \(1{,}5\,\Omega\)
Şekil c (Birleşik)	\( R_1 \parallel R_2 \Rightarrow \dfrac{3 \cdot 6}{3 + 6} = 2\,\Omega \); Seri \( R_3 \) ile: \( 2 + 6 = \) \(8\,\Omega\)
Şekil ç (Birleşik)	\( R_2 \parallel R_3 \Rightarrow \dfrac{6}{2} = 3\,\Omega \); Seri \( R_1 \) ile: \( 3 + 3 = \) \(6\,\Omega\)

c) Yanlış İfade:

Cevap: D (Seri bağlı devrede eşdeğer direnç tüm dirençlerin toplamı olduğu için devredeki en büyük dirençten de büyüktür; küçük olamaz.)

ç) Ütü Verimi Yorumu:

Şekil ç'deki eşdeğer direnç (\( 6\,\Omega \)), Şekil c'deki eşdeğer dirençten (\( 8\,\Omega \)) daha küçüktür. \( I = \dfrac{V}{R_{eş}} \) ve Güç \( P = \dfrac{V^2}{R_{eş}} \) bağıntılarına göre, eşdeğer direnç küçüldükçe çekilen toplam akım ve birim zamanda üretilen ısı gücü artar. Bu nedenle Şekil ç kullanıldığında ütü daha hızlı ısınır ve verimlilik artar.

Özet: Seride \( R_{eş} = R_1 + R_2 + ... \), Paralelde \( \dfrac{1}{R_{eş}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + ... \)

Üreteç Bağlantıları ve Pil Ömrü

Sayfa 263-264

Soru: Verilen devrelerdeki üreteç bağlantılarını analiz ederek en uzun ve en parlak ışık veren devreyi belirleyiniz.

Çözüm:

a) Tablo Doldurma (\( V_{pil} = 2\text{ V} \)):

Devre	Bağlantı Türü	Toplam Gerilim (V)	Ana Kol Akımı (I)	Üreteçlerden Çekilen Akım (I')
Devre 1	Seri-Paralel Karışık	6 V	\( I = \dfrac{6}{R} \)	Seri bağlı pillerde çekilen akım:6/R - Paralel bağlı pillerde çekilen akım:2/R
Devre 2	Seri-Paralel Karışık	4 V	\( I = \dfrac{4}{R} \)	Seri bağlı pillerde çekilen akım:4/R - Paralel bağlı pillerde çekilen akım:1/R
Devre 3	5 Pil Seri	10 V	\( I = \dfrac{10}{R} \)	Seri bağlı pillerde çekilen akım:10/R
Devre 4	5 Pil Paralel	2 V	\( I = \dfrac{2}{R} \)	Paralel bağlı pillerde çekilen akım:2/5R
Devre 5	Seri-Paralel Karışık (Seri iki pil birbirine ters)	4 V	\( I = \dfrac{4}{R} \)	Seri bağlı pillerde çekilen akım:4/R - Paralel bağlı pillerde çekilen akım:2/R
Devre 6	5 pil (4 Pil Seri ve ters bağlı)	4 V	\( I = \dfrac{4}{R} \)	Seri bağlı pillerde çekilen akım:2/R

b) En uzun süre ışık veren devre:

Devre 4. Çünkü piller paralel bağlandıkça her bir pilden çekilen akım (\( I' \)) en küçük seviyeye iner. Pilden az akım çekilmesi pilin ömrünü uzatır.

c) En parlak ışık veren devre:

Devre 3. Çünkü toplam potansiyel farkı en yüksek olan (\( 10\text{ V} \)) devredir. Lambadan geçen ana kol akımı ve güç en büyük olacağından parlaklık en fazla olur.

Özet: En uzun ömürlü → Paralel (Devre 4), En parlak → Seri (Devre 3)

Elektrik Güvenliği

Sayfa 264-265

Soru: Elektrik güvenliği hakkında bilgi kaynakları, alınması gereken önlemler ve Doğru/Yanlış ifadeleri değerlendiriniz.

Çözüm:

a) Bilgi Kaynakları ve Gerekçe:

Elektrik Mühendisleri Odası (EMO), AFAD, MEB onaylı ders kitapları veya resmi kamu güvenliği rehberleri tercih edilmelidir. Gerekçesi; bu kaynakların bilimsel, denetlenmiş ve doğrulanmış güvenlik standartlarına sahip olmasıdır.

b) Alınması Gereken Önlemler:

Yıpranmış, aşınmış veya kablosu soyulmuş cihaz ve şarj aletleri kesinlikle kullanılmamalıdır.
Şarj aletleri prizde takılı bırakılmamalı, işlem bitince çekilmelidir.
Kalitesiz/yan sanayi şarj ekipmanları yerine orijinal ve TSE belgeli ürünler tercih edilmelidir.

c) Bilginin Güvenirliği:

Bilginin kaynağının yetkili bir kuruma (resmi kurumlar, akademik yayınlar) ait olup olmadığı kontrol edilir, farklı güvenilir kaynaklardaki bilgilerle çapraz doğrulama yapılır.

ç) D/Y Tablosu:

D/Y	İfadeler	Açıklama
D	I. Devredeki iletken tellerin etrafı yalıtkan maddelerle kaplanmış olmalıdır.	Elektrik çarpmalarını ve kısa devreyi önler.
Y	II. Islak değil nemli ortamlarda çalışılmalıdır.	Doğrusu: Nemli ortamlar da iletkenliği artırır, tamamen kuru ortamlarda çalışılmalıdır.
D	III. Kısa devre durumlarına karşı devreye sigorta bağlanmalıdır.	Aşırı akımda devreyi keserek yangını önler.
Y	IV. Akım taşıyan tellere çıplak elle dokunulmalıdır.	Doğrusu: Elektrik çarpmasını önlemek için asla çıplak elle dokunulmamalıdır.
D	V. Devrede işlem yapılacaksa teller yalıtkan kaplı pense yardımıyla tutulmalıdır.	Can güvenliği sağlar.
D	VI. İletken tellerin ısınması sonucunda oluşabilecek yangın tehlikesine karşı kullanılmayan elektrikli cihazların elektrik bağlantıları kesilmelidir.	Aşırı ısınmayı ve gereksiz akım çekilmesini engeller.

Özet: Elektrik güvenliğinde yalıtkan malzemeler, kuru ortam ve sigorta hayati öneme sahiptir.

Statik Elektrik ve Topraklama

Sayfa 265

Soru: Saçların dikilmesi, metal kapı kolunda çarpılma ve statik elektriğin günlük hayattaki etkilerini açıklayınız.

Çözüm:

a) Saçların Dikilme Nedeni:

Jeneratöre dokunulduğunda statik elektrik yükleri (örneğin negatif yükler) insan vücuduna ve saç tellerine geçer. Aynı tür elektrik yüküyle yüklenen saç telleri birbirini iter ve havaya dikilir.

b) Metal Nesneye / Toprağa Dokunsaydı:

Vücutta biriken fazla statik yük toprağa veya metal nesneye akar (topraklama/deşarj gerçekleşir). Bu sırada hafif bir kıvılcım veya çarpılma hissi yaşanır ve saçlar tekrar eski haline iner.

c) Metal Kapı Kolunda Çarpılma ve Kış Ayları Sebebi:

Sürtünme ile yüklenen vücut, iletken olan metal kapı koluna dokunduğunda hızlı bir yük transferi (deşarj) olur ve bu durum çarpılma hissi yaratır. Kış aylarında havadaki nem oranı düşük (kuru hava) olduğu için yükler havadan kolayca dağılamaz ve vücutta daha çok statik elektrik birikir.

Özet: Statik elektrik, sürtünme ile oluşur. Kuru hava statik elektrik birikimini artırır. Topraklama ile statik yükler nötrlenir.

Ölçme ve Değerlendirme - Önemli Kavramlar

Ohm Yasası

\( V = I \cdot R \)
Direnç arttıkça
akım azalır

Seri Bağlantı

\( R_{eş} = R_1 + R_2 \)
Gerilim bölünür
Akım aynı

Paralel Bağlantı

\( \dfrac{1}{R_{eş}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} \)
Gerilim aynı
Akım bölünür

Topraklama

Kaçak akımı
toprağa iletir
Can güvenliği sağlar

Hatırlatma: Elektrik akımı \( q = I \cdot t \) ile hesaplanır. Direnç arttıkça akım azalır, gerilim arttıkça akım artar.

3. ELEKTRİK

Ölçme ve Değerlendirme

3. Ünite: Elektrik

Sayfa 266-269

Elektrik Akımı ve Yük İlişkisi

Sayfa 266

Soru: Şekil 1 ve Şekil 2’de suyun akış hareketi ve Şekil 3’te yüklerin hareketi gösterilmektedir. Şekil 1’deki vana açıldığında su borusunda su akışı gerçekleşir. Suyun akışı, basit elektrik devresinde anahtarın açılmasıyla meydana gelen yük hareketini temsil eder. Şekil 3’te kesit alanı A olan bir iletken telin bir kesitindeki yüklerin hareketi gösterilmektedir. Vana açıldığında t sürede A kesitinden geçen su miktarı ile suyun debisi bulunabilir. Buna göre,

Çözüm:

a) Elektrik Akımını Oluşturan Değişkenler:

Elektrik akımı (\( I \)), iletkenin kesitinden geçen net yük miktarı (\( q \)) ve bu yükün geçmesi için geçen süreye (\( t \)) bağlıdır. Bağıntısı \( I = \dfrac{q}{t} \) şeklindedir.

b) Yük Miktarı İki Katına Çıkarılırsa:

Aynı \( t \) süresinde geçen yük miktarı \( 2q \) yapılırsa, elektrik akımının büyüklüğü \( I' = \dfrac{2q}{t} = 2I \) olur, yani iki katına çıkar.

c) Yük Miktarı \( 2t \) Sürede Geçerse:

\( q \) yükünün geçiş süresi \( 2t \) olursa, elektrik akımının büyüklüğü \( I'' = \dfrac{q}{2t} = \dfrac{I}{2} \) olur, yani yarıya düşer.

Özet: \( I = \dfrac{q}{t} \) → Akım, yük miktarı ile doğru, süre ile ters orantılıdır.

Ohm Yasası ve Ölçüm Aletleri

Sayfa 267

Soru: Ohm Yasası'nı kullanarak tabloyu doldurunuz ve ölçüm aletlerinin doğru bağlanma şeklini belirleyiniz.

Çözüm:

a) Tablo Doldurma ve Ohm Yasası Modeli:

Seri devrede üreteç gerilimi arttıkça direnç üzerindeki potansiyel fark ve akım doğru orantılı artar. Sabit direnç \( R = \dfrac{V_{voltmetre}}{I_{ampermetre}} = \dfrac{1\text{ V}}{1\text{ A}} = 1\,\Omega \) olarak bulunur.

Üreteç (V)	Voltmetre (V)	Ampermetre (A)	Direnç (\(\Omega\))
1,5	1	1	1
3	2	2	1
4,5	3	3	1

Ohm Yasası Modeli: \( V = I \cdot R \) (Potansiyel fark, akım ile direncin çarpımına eşittir.)

b) Lambanın devreden çıkarılması durumunda voltmetre ve ampermetrenin gösterdiği değerleri Ohm Yasası’nı kullanarak bulunuz.

Üreteç (V)	Voltmetre (V)	Ampermetre (A)	Direnç (\(\Omega\))
1,5	1,5	1,5	1
3	2	3	1
4,5	3	4,5	1

Ohm Yasası Modeli: \( V = I \cdot R \) (Potansiyel fark, akım ile direncin çarpımına eşittir.)

c) Şematik Gösterim Doğru Seçeneği:

Cevap: A (Ampermetre ana kola seri, Voltmetre direnç elemanına paralel bağlıdır.)

Özet: Ampermetre seri, Voltmetre paralel bağlanır.

Kısa Devre ve Ölçüm Aletleri

Sayfa 268

Soru: Hande TÜBİTAK projesi için bir ampermetre, bir voltmetre, 2 Ω’luk direnç değerine sahip iki lamba ve 12 V’luk bir üreteç kullanarak şekildeki gibi bir elektrik devresi kurar. Anahtarı kapattığında 2 numaralı lambanın ışık vermediğini ve voltmetrenin potansiyel fark değerini göstermediğini görür. Buna göre,

Çözüm:

a) 2 Numaralı Lambanın Yanmama Sebebi ve Akım:

2 numaralılambaya voltmetre seri bağlı olduğundan lambanın üzerinden akım geçmez. Bu nedenle lamba ışık vermez. Ampermetrede okunan değer 6 Amper olur.

\( I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{12\text{ V}}{2\,\Omega} = 6\text{ A} \)

Ampermetreden geçen akım 6 A'dir.

b) Doğru Bağlantı:

Ampermetre ana kola seri bağlanmalıdır.
Voltmetre ölçüm yapılmak istenen lambaya paralel bağlanmalıdır.

c) Ampermetre ve Voltmetrenin Gösterdiği Değerler:

Her iki lamba seri bağlıyken \( R_{eş} = 2\,\Omega + 2\,\Omega = 4\,\Omega \) olur.

Ampermetre: \( I = \dfrac{12\text{ V}}{4\,\Omega} = \) 3 A
Voltmetre (2. lamba üzerindeki): \( V_2 = I \cdot R_2 = 3\text{ A} \times 2\,\Omega = \) 6 V

ç) 8 V'luk Üreteç Bağlandığında (İlk Durum İçin):

İlk durumda 2. lamba kısa devre olduğu için devrenin toplam direnci yine \( 2\,\Omega \)'dur.
Voltmetre kısa devre uçlarda olduğundan 0 V gösterir.
Ampermetre: \( I = \dfrac{8\text{ V}}{2\,\Omega} = \) 4 A
Voltmetre: 0 V

d) Ohm Yasası İfadeleri:

I. Potansiyel fark sabitken direnç artarsa akım azalır (\( I = V/R \)). (Doğru)
II. Ampermetre devrenin toplam akımını ölçmek için seri bağlanmalıdır. (Yanlış - Ampermetre zaten seri bağlanır, ifade doğru olabilir mi? Soruda verilen ifade "II. Ampermetre devrenin toplam akımını ölçmek için seri bağlanmalıdır." - Bu ifade DOĞRUDUR, soru metnindeki çözümde "Yanlış" denmiş ancak ifade doğru olduğu için soruyu orijinaline sadık kalarak yazıyorum. Ancak orijinal çözümde "II. Yanlış" olarak verilmiş. Kullanıcının verdiği çözüme sadık kalıyorum.)
III. Voltmetrenin iç direnci çok yüksek (sonsuz kabul edilir) olduğundan üzerinden akım geçmez. (Yanlış - Voltmetre üzerinden çok küçük akım geçer, ihmal edilir.)

Cevap: A (Yalnız I)

Not: Orijinal çözüme sadık kalınarak "II. Yanlış" olarak kabul edilmiştir. Ampermetre zaten seri bağlanır, ancak soru metninde verilen ifade doğru kabul edilirse cevap değişir.

Özet: Kısa devrede akım dirençsiz yolu tercih eder. Ampermetre seri, Voltmetre paralel bağlanır.

Üreteç Bağlantıları ve Karşılaştırma

Sayfa 269

Soru: Seri, paralel ve birleşik bağlı üreteç devrelerinde akım, parlaklık ve tükenme süresini karşılaştırınız.

Şekil-1

Şekil-2

Şekil-3

Çözüm:

a) Tablo Doldurma:

Bağlanma Türü	Ana Kol Akımı	Lambanın Parlaklığı	Pillerin Tükenme Süresi
Seri Bağlanma	\( 2V/R \)	\( 2V/R \)	\( t \)
Paralel Bağlanma	\( V/R \)	\( V/R \)	\( 4t \)
Birleşik Bağlanma	\( 2V/R \)	\( 2V/R \)	\( 2t \)

b) Uzun Süre Işık İçin Tercih:

Paralel bağlanma tercih edilmelidir. Piller paralel bağlandığında toplam çekilen akım piller arasında paylaşılır, bu da pillerin yıpranmasını geciktirip sistemin çalışma süresini maksimuma çıkarır (\( 4t \)).

c) Kısa Süreli / En Parlak Işık İçin Tercih:

Seri veya Birleşik bağlanma tercih edilmelidir. İki durumda da üreteçlerin toplam potansiyel farkı \( 2V \) olduğundan lambadan geçen akım en yüksek değere (\( \dfrac{2V}{R} \)) ulaşır ve lamba maksimum parlaklıkta yanar.

Özet:

Uzun süreli kullanım: Paralel bağlantı (\( 4t \))
En parlak ışık: Seri veya birleşik bağlantı (\( 2V/R \))

Hatırlatma: Seri bağlantıda gerilim artar (daha parlak ışık), paralel bağlantıda akım paylaşılır (daha uzun pil ömrü).

Ölçme ve Değerlendirme - Önemli Kavramlar

Akım-Yük

\( I = \dfrac{q}{t} \)
Yük arttıkça
akım artar

Ohm Yasası

\( V = I \cdot R \)
Direnç arttıkça
akım azalır

Kısa Devre

Dirençsiz yol
Akım artar
Tehlikeli!

Pil Ömrü

Paralel = uzun
Seri = kısa
Parlaklık = seri

Hatırlatma: Ampermetre seri, Voltmetre paralel bağlanır. Kısa devrede akım maksimum olur.