Genel Fizik II Laboratuarı

T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ
FEN FAKÜLTESİ
FİZİK BÖLÜMÜ
GENEL FİZİK LABORATUVARI II
HAZIRLAYANLAR
Yrd. Doç. Dr. Haziret DURMUŞ
Arş.Grv. Nihal BÜYÜKÇİZMECİ
Arş.Grv. Bekir ÇAKIR
Arş.Grv. Yusuf YAKAR
Yrd.Doç.Dr. Nurettin EREN
Arş.Grv. Berna GÜLVEREN
Arş.Grv. Mehmet ERDOĞAN
GENEL FİZİK II LABORATUVARI DENEY ÇİZELGESİ
No
1
Deney Adı
Deney Ekipmanı
Faraday Kafesi, elektrometre ve yük üreteçleri
Elektrometre, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi, güç
kaynağı ve özdeş küreler
2
FARADAY KAFESİ
KÜRE YÜZEYİNDE OLUŞTURULAN YÜKLERİN
DAĞILIMI
3
OHM KANUNU
4
BİR TUNGSTEN FİTİLLİ LAMBANIN DİRENCİNİN
SICAKLIKLA DEĞİŞİMİNİN GÖZLENMESİ
5
ALTERNATİF GERİLİM VE ALTERNATİF AKIM
Osiloskop, Dalga üreteci, AVOmetre, Direnç,
İletken kablolar
6
OSİLOSKOP İLE DC VE AC GERİLİM ÖLÇÜMLERİ
Dalga üreteci, Osiloskop, Direnç
7
DOĞRULTUCU DİYODUN I-V KARAKTERİSTİĞİ VE
UYGULAMALARI
DC ve AC güç kaynağı, Osiloskop, Diyot, Direnç
8
RC DEVRELERİ
DC güç kaynağı, AVOmetre, Direnç,
Kondansatör,
9
DÜZGÜN BİR MANYETİK ALANDA AKIM
İLMEĞİNE ETKİYEN TORK
N sarımlı halkadan oluşan motor, Ampermetre,
AVOmetre, 30 voltluk DC güç kaynağı
10
TRANSFORMATÖRLER
AC güç kaynağı, 300, 600 ve 1200 sarımlı
bobinler, U mıknatıs
DC güç kaynağı, AVOmetre ve dirençler
Güç kaynağı, AVOmetre, Tungsten fitilli lamba,
direnç
GİRİŞ
Laboratuvar çalışmalarının amacı, derste öğrenilen fizik prensiplerini örnek bazı doğa
olayları üzerinde gözlemek, ölçümler yapıp onların doğruluğu hakkında kendimizi ikna etmek
ve fiziğin çalışma yöntemlerine ait gerekli bilgi ve alışkanlığı kazandırmaktır.
Her şeyden önce fiziğin, içinde yaşadığımız doğa olaylarını inceleyen, onların neden
ve nasıl olageldiklerini araştıran bir bilim olduğunu unutmamalıyız. Bu, fizikle uğraşanların
deney yaparak ya da teori kurarak yaptıkları çalışmaların sonucu ortaya çıkan bir bilgi
birikimidir.
Laboratuvar çalışmaların bazılarında derslerde öğrendiğimiz fizik prensip ve
kanunlarını, kendi hazırladığımız koşullar içinde doğrulamaya çalışırız. Bulduğumuz sonuçlar
çoğu zaman kitapların verdiğine tam uymaz. Bu bize, yapılan işlerde bir miktar hata olduğunu
gösterir. Hatanın azlığı oranında doğru sonuca yaklaşırız. Hatadan kurtulmanın imkânı
yoktur, ancak azaltma yolları vardır. Bunlardan biri, deneyi yapıp sonucun hatalı olduğunu
gördükten sonra, hatanın nereden gelebileceğini düşünmek, her defasında o noktalara dikkat
edip deneyi yeter sayıda tekrar ederek elde edilen sonuçların ortalamasını almaktır. Bazen
daha ilk ölçmede gayet iyi sonuç alınabilir. Bu, yapılan işlerin hatasız olduğunu göstermez.
Böyle hallerde de deneyi yeteri kadar tekrar edip bulunan sonuç kontrol edilmelidir.
Laboratuvar çalışmalarının dersle paralel gitmesi için, aynı deneyin bütün öğrenci
grupları tarafından aynı zamanda yapılması en doğru yoldur. Ancak bu iş için çok sayıda
deney setine ihtiyaç duyulması ve bu kadar aracın sağlanmasında karşılaşılan ekonomik
güçlükler nedeniyle laboratuvarda deneyler dönüşümlü olarak yapılacaktır.
1
LABORATUAR ÇALIŞMALARINDA DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR
1-) Deney grubundaki her öğrenci her hafta yapacağı deneye önceden hazırlanıp
gelecektir. Deney başlamadan önce görevli öğretim elemanları öğrencinin deneyi yapabilecek
bilgiye sahip olduğunu kontrol etmek için öğrenciye sözlü sorular yöneltecekler başarısız olan
öğrenciler Laboratuvar çalışmasına alınmayacaktır.
2-) Laboratuvara gelirken yanınızda mutlaka hesap makinesi ve grafik kâğıdı gibi
gereçleri bulundurmalısınız.
3-) Laboratuvara girince alet ve cihazlara dokunmayınız. Görevli kişinin iznini ve
tavsiyesini aldıktan sonra, sadece size tanıtılan aletleri kullanınız.
4-) Laboratuvardaki görevliler sınıfa hitap ederken kesinlikle onu dinleyin. Başka bir
şeyle meşgul olmayın.
5-) Aletleri dikkatli bir şekilde kullanın. Dikkatsizlikten ve bilgisizlikten ileri gelecek
bir zararın tarafınızdan ödenmesi gerektiğini unutmayın. Eğer aletlerin siz kullanmadan önce
bozulmuş veya kırılmış olduğunu görürseniz derhal görevliye haber verin.
6-) Masanızdan ayrılarak diğer masalardaki arkadaşlarınızı rahatsız etmeyin.
Laboratuvardaki görevli diğer bir masadaki öğrencilerle ilgilenirken masanızı terk ederek o
masaya gitmeyi. Eğer bir probleminiz varsa ilgili araştırma görevlisinden yardım isteyin.
7-) Deney gruplarında bulunan öğrenciler, karşılıklı yardımlaşmanın yanında ölçüleri
sıra ile alacaklar, hesapları ayrı ayrı yapacaklardır.
8-) Laboratuvar çalışmasını tamamlayan her öğrenci yaptığı deneydeki ölçümlerle ve
hesaplamalarla ilgili deney raporu hazırlanacaktır. Bir sonraki hafta deneye başlamadan önce
hazırladığı raporu görevli öğretim elemanına teslim edecektir.
9-) Deneyi bitirdikten sonra masanızı temizleyin. Görevliden aldığınız deney
gereçlerini geri teslim edin.
10-) Deneyinizi yaptığınıza dair araştırma görevlisinin olurunu almadan laboratuvarı
terk etmeyin.
2
FİZİKSEL NİCELİKLER VE BİRİMLER
Fiziksel nicelik deyimi genel olarak ölçülebilen her şey için kullanılacaktır. Uzunluk,
enerji, ivme, kütle ve maddenin ısı sığası buna örnektir. Bir fiziksel niceliğin ölçülebilmesi
kendi cinsinden birim kabul edilen bir büyüklükle kıyaslanarak oranın bulunması demektir.
Dolayısıyla kabul edilen birim değişirse oran da değişecektir. Bu nedenle ölçülen nicelik
kesinlikle birimiyle verilmelidir. Fizikte bazı nicelikler temel alınarak diğer bütün nicelikler
bu temel nicelikler cinsinden ifade edilebilir. Bunun için uygun temel nicelikler seçilmelidir
ve bunların sayısı mümkün olduğunca az olmalıdır. Fen bilimlerinin gelişme süreci içerisinde
temel nicelikler ve birimler ortaya çıkmıştır. Fizikte yaygın olarak iki birim sistemi kullanılır.
Bunlar CGS ve MKS birim sistemleridir. Bunlarda temel nicelik olarak uzunluk, kütle ve
zaman alınmıştır. Daha sonra MKS birim sistemine akım, sıcaklık, madde miktarı ve ışık
şiddeti de eklenerek SI birim sistemi oluşturulmuştur. Çizelge 1 de kullanacağımız temel
nicelikler ve bazı türetilmiş nicelikler birimleri ile verilmiştir. Çizelge 2 de ise fiziksel
niceliklerde ön çarpan olarak kullanılan öntakılar verilmiştir. Öğrenciler deneylerinde
hesaplamalar yaparken birim sistemine dikkat etmeli ve hangi birim sisteminde çalışıyor ise
fiziksel büyüklüklerin değerlerini o birim sistemine çevirmelidir.
Çoğu zaman 10’un katları çarpan olarak alınmasıyla temel birimlerden kullanışlı
birimler elde edilir. Örneğin km   103 m  , ms   103 s  gibi.
Çizelge 1: Bazı temel fizik nicelikleri
Fiziksel Nicelik
SI Birim Sistemi
CGS Birim Sistemi
Metre ( m )
santimetre (cm)  10 2 m
Kilogram ( kg )
gram ( g )= 10 3 kg
Zaman
Saniye ( s )
saniye ( s )
Kuvvet
Newton (N)  kg.m s 2
dyn= 10 5 N
Enerji
Joule (J)  N.m
erg  107 joule
Watt ( J s )
erg / s= 10 7 watt
Uzunluk
Kütle
Güç
3
Çizelge 2: Ön çarpanlar
Ön Çarpan Adı
Kısa Gösterim
Çarpan Değeri
Örnekler
tera-
T
1012
-
giga-
G
109
gigahertz(GHz)
mega-
M
106
megawatt(MHz)
kilo-
k
103
kilometre (km)
santi-
c
102
santimetre (cm)
mili-
m
103
milisaniye (ms)
106
mikrometre (  m)
mikronano-
n
109
nanosaniye (ns)
piko-
p
1012
pikosaniye (ps)
Okumada 1. ve 2. şeritlere karşılık gelen sayılar birer rakam 3. şeride karşılık gelen
sayıda çarpan olarak alınır. Tolerans rengine karşılık gelen orandan yararlanılarak hata payı
hesaplanır.
4
ÖRNEKLER:
1.Renk
2.Renk
3.Renk
4.Renk
Kırmızı
Kırmızı
Kırmızı
Altın
Yeşil
Mavi
Kırmızı
Gümüş
Yeşil
Mavi
Gümüş
Altın
Direncin değeri
DİKKAT: Renkler uçtan tolerans rengine doğru okunmalıdır. Tolerans rengi yoksa direncin
ucuna yakın olan renkten başlayarak içe doğru okunmalıdır.
Karbon dirençlerin ticari piyasadaki değerleri 10‾²Ω ile 10 Ω arasındaki değerleri
çarpan kabul ederler. 1/ 8, 1/4, 1/2, 1 W olarak yapılırlar. %5, %10 ve %20 toleransla verilen
Elektronik Endüstrisi Derneğinin kabul ettiği direnç değerleri listesi aşağıda çıkarılmıştır.
Bunlar 1/4, 1/2, 1 ve 2 Wattlık olup 10‾² ile 10 arasındaki 10 un kuvvetlerini çarpan kabul
eder
GRAFİK ÇİZME VE GRAFİKTEN YARARLANMA
Deneylerde çoğunlukla bir niceliğin diğer bir niceliğe bağlı olarak nasıl değiştiği
incelenir. Bunun için bağımsız değişken x istenildiği gibi değiştirilir, buna karşılık gelen y
’nin aldığı değerler ölçülerek bir tablo hazırlanır. Grafiklerde genellikle bağımsız değişken x ,
yatay eksene; bağımlı değişken düşey eksene yerleştirilir. Grafik bu iki niceliğin birbirine
nasıl bağlı olduğu hakkında fikir verir.
Çizilen bir grafiğin herkes tarafından anlaşılması için aşağıdaki hususlara dikkat
edilmelidir;
1-) Grafik kağıdının uygun bir yerine grafiğin adı ve tarihi yazılmalıdır.
2-) Eksenlerin hangi niceliklere karşılık geldiği ve birimleri yazılmalıdır.
5
3-) Her türlü yazı ve rakamlar kolayca okunabilmelidir.
4-) Grafik, mümkün olduğunca grafik kağıdını doldurmalıdır. Bunun için:
a) Eksenlerin kesim noktalarının sıfırı göstermesi şart değildir. Verilere uygun
olarak farklı değerlerden başlanabilir.
b) Eksenin başlangıç değeri verilen en küçük değerine en yakın sayıdan
başlamalıdır.
c) Her eksen bağımsız olarak farklı farklı ölçeklendirilebilir. Ancak
ölçeklemelerde bölmeler her birim bölme 2, 5 veya 10 küçük bölmeye kolayca ayrılabilecek
şekilde seçilmelidir.
5-) Eğer değerler çok küçük ya da çok büyükse 10’un kuvvetleri şeklinde gösterilebilir
ve ortak olan üstel kısım birimlerin önüne eklenir. (örnek: x 104 m gibi)
6-) Noktalar, grafikteki yerlerine sivri uçlu bir kalemle işaretlenir ve her nokta etrafına
küçük bir daire çizilir.
7-) Varsa ölçüm hataları, orantılı büyüklükte hata çizgisi ile gösterilmelidir. Çizginin
boyu bir ölçümdeki hata , y ise 2y kadar olmalıdır.
8-) Noktalara karşılık gelen değerler, ilgili eksen üzerinde ayrıca belirtilmelidir. (Bu
değerler tablodan görülebilir.)
9-) Noktalar kırık çizgilerle birleştirilmemeli noktalara en yakın düzgün bir eğri
çizilmelidir. Öyle ki noktaların bu eğriye olan uzaklıklarının cebirsel toplamı minimum
olmalıdır. Eğrinin üst ve alt kısımlarında mümkün olduğunca eşit sayıda nokta bulunmalıdır.
10-) Diğerlerinden çok ayrı ve hatalı olduğu açıkça görülen noktalar ihmal edilmelidir.
11-) Eğrinin ölçüm sınırları dışında kalan kısımları, çizilmesi gerekli ise kesikli çizgi
ile çizilir.
12-) Grafik, eğrinin biçimine göre değerlendirilir. Örneğin, grafik bir doğru biçiminde
ise grafikten doğrunun eksenleri kestiği değerden ya da doğrunun eğiminden uygun fiziksel
nicelik veya sabit bulunabilir. Bir grafiğin anlamı, her zaman kolay olmayabilir. Bu durumda
deneycinin konu hakkındaki bilgisi ve tecrübesi önemlidir. Bunun yanında deney sonuçlarının
analizinde deneyciye yardımcı olacak bilgisayar teknikleri de kullanılabilir.
6
DENEY RAPORUNUN HAZIRLANMASI
Deney yapan kişi, deney esnasında aldığı deney verilerin, grafiklerin ve yorumların
kolayca anlaşılabilmesi için belirli bir düzen içerisinde vermelidir. Her ne kadar bir deney
raporunun hazırlanması deneyde takip edilen metoda bağlı olmasa da genel olarak bir deney
raporu aşağıdaki gibi hazırlanır.
1. Deney No (deneyin kodlanmış olan numarası yazılacaktır)
2. Deneyin Adı (deneyin kısa ve özlü adı yazılacaktır)
3. Deneyin Amacı (deneyin genel amacı birkaç cümle ile özetlenecektir)
4. Teori (deney kitapçığındaki teori yazılmayacak, gerekirse ilgili tanımlar deneyci
tarafından deneyin teorisinde anlatılmayan bağıntılar ve kanunlar yazılacaktır)
5. Deney Verileri (veriler ve bunlardan hesaplanan sonuçlar derli toplu bir şekilde
mümkünse Çizelgeler halinde verilmelidir)
6. Grafikler (kitapçığın başında anlatılan kurallara uygun olarak çizilmeli ve rapora
düzenli bir şekilde iliştirilmelidir)
7. Sonuç ve Tartışmalar ( Deney raporunun en önemli kısmı sonuç ve tartışma
kısmıdır. Bu kısımda deneyci ölçtüğü veya hesapladığı verileri, grafikleri
yorumlar. Deneydeki hatalar, teorik sonuçlar deneysel sonuçlarla uyuşmuyorsa
nedenlerini izah eder ve bu kısımda deneyci öneriler getirir.)
AÇIKLAMALAR: Deney raporu, deney esnasında kurşun kalemle tutulacaktır. Deney
bitiminde ilgili öğretim elemanına teslim edilecektir. Eğer deneyde uzun hesaplamalar ve
grafikler varsa öğrenci bunları evde tamamlayacak ve bir sonraki deneyde ilgili öğretim
elemanına teslim edecektir. Bu deney raporundan alacağınız notlarla deneyle ilgili yapılacak
olan sözlü notlarının ortalaması alınarak yıl içi notlarının verilecektir.
7
Deney No: 1
FARADAY KAFESİ
1.AMAÇ:
Faraday kafesi içerisine yüklü bir cisim sarkıtıldığında kafes üzerinde etki ile (indüklenme)
yük oluşturulabilir. Bu deneyde Faraday kafesi yüzeyi üzerinde indükleme yöntemiyle
oluşturulan yükler ve aralarındaki etkileşmeler incelenecektir.
2.ARAÇLAR:
Faraday kafesi, yük üreteçleri ve elektrometredir.
1-Faraday Kafesi
Şekil l: Faraday Kafesi
Faraday kafesi Şekil-1’de gösterilmiştir. Orijinal olarak Michael Faraday tarafından
tasarlanmış olup, iletken bir yüzey içine yerleştirilen herhangi bir yükün yüzeyin dış tarafında
eşit bir yük oluşturacağı ilkesi üzerinde çalışır. Yük ve yük dağılımlarını örneklemek için
mükemmel bir cihazdır. Bu deneyde kullanılacak olan versiyonu, kalıplanmış plastik bir
tabana takılmış iki tel örgü silindirden ibarettir. Dış silindir, kalkan olarak adlandırılır.
Kafesin içinin tam olarak görülmesini sağlar ve topraklandığında kaçak yükleri ve AC alanları
yok eder. İç silindir gerçek kafestir. İç silindir yalıtkan çubuklara takılmış olup, 10 cm çapa ve
15 cm yüksekliğe sahiptir. Yüklü bir cisim, dokundurulmadan iç silindirin içine
yerleştirildiğinde aynı büyüklükteki yük iç silindir dış kısmında oluşur. İç ve dış silindir
arasına bağlanan bir elektrometre bir potansiyel fark tespit edecektir. Yük ne kadar büyük
olursa, potansiyel fark da o kadar yüksek olur. Bu nedenle elektrometre gerilim okumalarına
vermesine rağmen bu değerleri bağıl yük ölçümleri olarak kullanmak olasıdır.
8
2- Yük Üreticileri
Yük üreticileri bir çubuktan ibaret olup, iletken bir diske, açık renkli ve koyu renkli
malzemeler yapıştırılarak oluşturulmuştur. Yük üreticileri dokunma ile yük üretmek için
kullanılır. Hızlı bir şekilde birbirlerine sürtüldüklerinde pozitif ve negatif yükler üretilir.
Şekil-2’de gösterildiği gibi mavi ve beyaz yüzeyler hızlıca birbirine sürtülürse, beyaz yüzey
pozitif bir yük kazanırken mavi yüzey negatif bir yük kazanacaktır.
Aşağıda hatırlanması gereken yük üreticilerinin düzgün kullanımı ve bakımı için bazı
maddeler bulunmaktadır:
• Eğer, sıfır yük isteniyorsa iletken diskleri yere dokundurarak yük üreteçlerini boşalt. Diskin
tamamıyla boşaldığından emin olmak için, nazikçe çubuktaki yalıtkan boyuna soluk veriniz.
Soluğunuzdaki nem, yükleri uzaklaştıracaktır.
• Normal kullanım esnasında boyun kısmına dokunmayınız. Ellerinizdeki yağ, yüklerin
çubuğa sızmasına neden olacaktır. Çok fazla sızma olursa, beyaz yalıtkan sapları su ve
sabunla yıkayınız ve durulayınız, böylece sızıntı yok olacaktır. Disk yüzeylerini ara sıra alkol
ile temizleyiniz.
• Yük üreteçlerini ilk defa veya yıkamadan sonra kullanırken, yük üreteçleri yükleri hemen
üretmeyebilir. Beyaz yüzeyi kuvvetlice sürtün.
• Yük üreticileri, elektrometre ile kullanılması için tasarlanmıştır. Standart bir elektroskop ile
kullanım için yeterli yük üretmez.
Şekil 2: Yük üreteçleri, taşıyıcıları ve iletken küreler
9
3-Elektrometre
Elektrometre; gerilimin doğrudan, akım ile yükün dolaylı yoldan ölçümü için kullanılan bir
voltmetredir. Yüksek empedansı nedeniyle, elektrostatik deneylerinde özellikle yükü ölçmek
için uygundur. Altın yapraklı standart bir elektroskopa göre oldukça hassastır.
Şekil 3: Elektrometre
3.TEORİ:
Elektrik yüklerinin ve bu yüklerin birbirlerine uyguladıkları elektriksel kuvvetin varlığı, saça
sürülen tarağın kağıt parçalarını çekmesi veya bir balonun yün ile ovulduktan sonra odanın
tavanına yapışması ile anlaşılabilir. Elektrik yükleri artı ve eksi olmak üzere iki türlüdür. Aynı
yükler birbirini iter, farklı yükler ise birbirini çekerler. Cisimler birbirlerine değdirildiğinde
yük alış verişi gerçekleşir ve yükün bir bölümü diğer cisme aktarılabilir. 1909 yılında
Amerikalı bilim adamı, Millikan cisimlerdeki toplam yükün temel yük biriminin
(q=1,06.10-19 C) tam katları halinde olduğunu açıkladı. Bunun yanı sıra Fransız fizik kaşifi
Coulomb ise özel bir düzenek yardımıyla elektrik yüklerini nicel olarak ölçerek yüklü iki küre
arasındaki elektrik kuvvetinin, yükler arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğu
sonucuna ulaştı.
10
4. DENEYİN YAPILIŞI:
1. Bölüm: Etki ve dokunma yolu ile yükleme
1. Elektrometre'yi Şekil-4 de gösterildiği gibi Faraday kafesine bağlayınız. Elektrometrenin ve
Faraday kafesinin topraklandığından emin olunuz. Elektrometre topraklandığında sıfırı
göstermelidir ve bu Faraday kafesinde hiç yük olmadığını belirtir. Elektrometreden ve
kafesten tüm yükü tamamıyla uzaklaştırmak için elektrometre üzerindeki “zero” (sıfır)
düğmesine basınız.
2. Her zaman yüksek ayar (100 V) gerilim aralığı ile başlayın ve gerekirse aşağı ayarlayın.
Analog sayaçlar, tam ölçeğin 1/3'ünden 2/3'e kadar olan aralıklarında genellikle en doğrudur.
3. Yük üreteçleri yüklü cisimler olarak kullanılacaktır. Burada üreteçleri yüklerken izlenecek
genel yol şudur:
• Yük üreteçlerinin boyun ve tutacaklarındaki kaçak yükleri, boyun ve tutacakları topraklı
kafese dokundurarak daima uzaklaştırın. Bunu yaparken siz de topraklı olmalısınız. Yük
üretecinin boyun kısmına soluk vermeniz de yardımcı olacaktır, böylelikle soluğunuzdaki
nem boyundaki kalıntı yükleri ortadan kaldırır.
• Yükleri ayırmak için beyaz ve mavi yüzeyleri birbirine sürt.
• Sadece kullanacağınız yük üretecini elinizde tutun. Diğer yük üretecini, kafes yüzeylerinden
herhangi biriyle temastan uzakta bırakın.
• Faraday kafesine yüklü diski yerleştirmeden önce, topraklı kalkana dokunduğunuzdan emin
olunuz.
4. Yük üreteçlerini birbirine bir süre sürtünüz. Bir süre sonra yüklü cisimlerden birini,
dikkatlice iç kafesin içine, kafesin alt yarısına kadar kafese dokunmadan yerleştiriniz.
Elektrometreyi okuyup not ediniz.
5. Cismi uzaklaştırınız ve yeniden elektrometreyi okuyup not ediniz. Eğer üretecin sapı kafese
dokunmadıysa elektrometrede okunacak değer sıfır olmalıdır.
Soru: Yüklü cisim içerdeyken iç kafes ve kalkan arasında neden bir potansiyel fark vardı?
6. Sıfır düğmesine basarak artık yükleri uzaklaştırınız. Yeniden yüklü cismi yerleştirin, ancak
bu kez iç kafese dokundurun. Yüklü diskin iç kafese dokunduğundan emin olunuz.
11
7. Cismi çıkarınız ve elektrometrenin gösterdiği değeri not ediniz.
Soru: İç kafes ve kalkan arasında şimdi neden kalıcı bir potansiyel fark vardır? İç kafesteki
yük nereden gelmiştir?
8. Disk tarafından kaybedilen iç kafes tarafından kazanılan yükü göstermek için, bütün
yükleri uzaklaştırmak için iç kafesi topraklayınız. Yük üretecini tekrar kafese değdiriniz. Yük
üretecinin üzerinde herhangi bir yük kalmış mıdır?
Şekil-4
UYARILAR
(a) Yük üretecini, kafesin içerisine kafes boyunun en az yansına kadar sarkıtınız.
(b) Yük üreteçlerini her kulanım öncesi topraklayınız.
2.Bölüm: Yükün Korunumu
1. Başlangıçta yüksüz yük üreteçleriyle başlayarak, mavi ve beyaz renkli yüzeyleri birbirine
sürtünüz. Yükleme için 1. bölümde listelenen genel prosedürü takip ediniz, bu sefer her iki
yük üretecini yüklemeden sonra hiç bir şeye dokundurmadan tutunuz. (Birbirine veya iç
kafese dokundurmadan elinizde tutunuz.)
2. Faraday kafesini, iç kafese yüklü çubukların her birinin büyüklüğünü ve işaretini (+ veya -)
birer birer sokarak ve elektrometredeki değeri okuyarak kullanın.
12
Soru: Yüklerin büyüklükleri arasındaki ilişki nedir? Yüklerin polariteleri arasındaki ilişki
nedir? Deneyinizde yük korunmuş mudur?
3. Yük üreteçlerini topraklayarak bunlardan tüm yükü tamamıyla uzaklaştırınız Ayrıca yük
üreteçlerinin tutacaklarından ve boyunlarından da kaçak yükleri uzaklaştırmayı unutmayınız.
4. Her iki yük üretecini iç kafese yerleştirip birbirine sürtünüz. Yük üreteçlerini kafese
değdirmeyiniz.
5. Bir yük üretecini dışarı alarak elektrometreyi okuyunuz. Yük üretecini değiştirip diğerini
dışarı alın. Elektrometredeki değeri okuyunuz. Ölçümlerin büyüklüğünü ve işaretini
kullanarak, yükün korunumu hakkında yorum yapınız.
Ekstralar
1. Farklı yüklü çubuk ile 1. bölümdeki süreci tekrarlamaya çalışınız.
2. Beyaz renkli yüklü üreteci, deneme maksadıyla bir yere sürtünüz, sonra da üretilen yüklerin
büyüklüğünü ve işaretini belirleyiniz.
3. Mavi renkli yük üreteci için bir önceki basamaktaki işlemi tekrarlayınız.
13
Deney No: 2
KÜRE YÜZEYİNDE OLUŞTURULAN YÜKLERİN DAGILIMI
1. AMAÇ:
Küre yüzeyi üzerinde etki ile oluşturulan elektrik yüklerinin dağılımının belirlenmesi ve sabit
bir potansiyel ile yüklenen çeşitli geometrilere sahip cisimlerdeki yük dağılımının
incelenmesi.
2. ARAÇLAR:
Elektrometre, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi, güç kaynağı ve özdeş küreler.
İletken Küreler:
İletken küreler, elektrik yükünü depolamak için kullanılır. Bu deneyde kullanılacak olan
küreler, bakır bir tabana sahip, dışı parlak nikel ve son olarak da krom kaplanmış plastik
reçine kalıptan oluşur. Küreler yalıtkan polikarbonat çubuklara tutturularak bir destek
tabanına takılmıştır. Her küre, alt yarısında, bir güç kaynağından bir toprak kablosu veya bir
uç takmak için kullanılabilen başparmak somunu içerir. Küreden yük sızıntısını en aza
indirgemek için küre ve yalıtım çubuklarında kir, yağ ve parmak izlerinden kaçınılmalıdır.
Şekil 1: İletken küreler
14
3. TEORİ
Bir yüzeyin üzerindeki elektrik yükü "yük taşıyıcısı" adı verilen araç yardımı ile yüzeyden
koparılabilir. Yüzeydeki elektrik yük yoğunluğu, yük taşıyıcısı, Faraday kafesi ve bir
elektrometre yardımıyla ölçülebilir. Elektrik yük dağılımı, yüzeyin geometrik şekline bağlı
olarak değişir. Yük dağılımının ölçülmesinde en önemli nokta toplam elektrik yükünün
korunmasıdır. Yük taşıyıcısı yüzeye temas ettiği anda yüzeydeki yüklerin bir kısmını koparır.
Eğer yük taşıyıcısı her ölçümden sonra toprağa bağlanır ve bu işlem ardışık olarak
tekrarlanırsa yüzeydeki yükler azaltılabilir. Eğer yük taşıyıcısı toprağa bağlanmaz veya
Faraday kafesine dokundurulmaz ise yüzeydeki toplam yük miktarında bir azalma olmaz. Bu
yöntemle yük taşıyıcısının her bir ölçümde koparmış olduğu yüklerin tekrar yüzeye geri
dönmesi sağlanmış olur. Bu deneyi yaparken yüzeydeki düzgün elektrik yük dağılımının
bozulmasını engellemek için yük taşıyıcısını özenle tutmaya çalışınız.
4. DENEYİN YAPILIŞI
l. Bölüm
1. İletken küreleri birbirinden en az 5 cm uzaklığa yerleştiriniz. Kürelerden birini güç
kaynağının yeşil çıkış ucuna bağlayınız ve güç kaynağını 100 VDC konumuna getiriniz. Güç
kaynağının gnd (ground:toprak) çıkışını da toprak hattına bağlayarak kürelerden birini (güç
kaynağının yeşil çıkış ucuna bağlı) 100 VDC'luk bir potansiyelle yükleyiniz.
2-İkinci kürenin üzerindeki yükü boşaltmak üzere küreyi kısa bir süre için toprağa bağlayınız.
3-Daha sonra ikinci küre üzerindeki bazı noktalar için yük yoğunluğu belirleyiniz. Bu
noktalardaki yük yoğunlukları arasındaki farklılıkları belirtiniz ve nedenlerini tartışınız.
4-Aralarındaki uzaklık 1 cm olacak şekilde küreleri birbirine yaklaştırınız ve daha önce tespit
ettiğiniz noktalardaki yük yoğunluklarını tekrar ölçünüz. Ölçtüğünüz değerleri bir önceki
bulduğunuz sonuçlar ile karşılaştırınız.
5-Bir elinizi Faraday kafesinin kenarına, diğer elinizi ikinci küreye dokunarak bu kürenin
topraklanmasını sağlayınız ve daha önce tespit ettiğiniz noktalardaki yük yoğunluklarını
belirleyiniz. Bulduğunuz sonuçları birbirleriyle karşılaştırınız ve farklılıklar var ise
nedenlerini açıklayınız.
6-100 VDC'luk potansiyelle yüklenmiş küreyi ikinci küreden en az 5 cm uzaklığa yerleştiriniz
ve yeniden aynı noktalar için yük yoğunluklarını bulunuz ve sonuçlan tartışınız.
15
2. Bölüm
Yüklü iletken bir cismin yüzeyindeki tüm noktalar aynı potansiyele sahiptir. Ancak bu,
yüzeydeki tüm bölgelerin aynı yük yoğunluğuna sahip olmalarını gerektirmez. Yük
yoğunluğunun cismin yüzey geometrisine bağımlı olduğunu tespit etmek üzere sabit bir
potansiyelle yüklenmiş farklı geometrilere sahip cisimlerin (koni, silindir gibi) yüzeylerindeki
potansiyel ve yük yoğunlukları incelenecektir. Küresel şekilli cisimler için alüminyum küreler
kullanılacaktır. Diğer şekiller için ise siyah iletken kağıtlar kullanılabilir.
1-Farklı geometrilere sahip cisimleri güç kaynağının pozitif ucuna bağlayınız ve güç
kaynağını 30 VDC konumuna ayarlayınız.
2-Yüzey üzerinde farklı noktalardaki potansiyel değerlerini elektrometre kullanarak
belirleyiniz (elektrometre ve güç kaynağının topraklanmış olmasına dikkat ediniz).
3-Ölçüm yaptığınız noktaların bir kısmını yüzeyin orta bölgelerinde, bir kısmını da
kenarlarında olmasına özen gösteriniz. Yüzey geometrisi ile potansiyel arasında nasıl bir
bağlantı kurulabilir, açıklayınız.
4-Elektrometreyi Faraday kafesine (kırmızı ucu iç, siyah ucu dış yüzeye) bağlayınız ve
tasarladığınız şekli 100 VDC'luk bir potansiyelle yükleyiniz. Değişik noktalar için yük
yoğunluklarını ölçünüz (bir önceki kısımda yük yoğunluğunun nasıl bulunacağı anlatılmıştı).
3. Bölüm
Önceki bölümde aralarında 5 cm mesafe bulunan ve sadece bir tanesi 100 VDC'lik bir
potansiyelle yüklü ve topraklanmış olan iki iletken cismin yüzeyindeki yük dağılımı
incelenmişti. Şimdi ise farklı potansiyeller altında yüklenmiş özdeş iki iletkenin yüzeyindeki
yük dağılımı incelenecektir. Deneyin hazırlanması ve izlenilen adımlar önerilen şekillerin
birbirine ardışık şekilde 1 cm'ye kadar yaklaştırılması dışında bir önceki deneyle aynıdır.
Deney yapılırken şekillerden biri topraklanıp diğeri 100 VDC'a bağlanmalı veya her ikisi de
100 VDC'ta tutulmalıdır.
Bunun yanı sıra farklı geometrilere sahip birbirinden belirli uzaklıkta bulunan iki
cisimden oluşan sistemlerde yük dağılımı incelenecektir. Örneğin iki silindir, bir silindir ve
bir düzlem, bir koni ve düzlem veya bir nokta yük ve düzlem bu deney için kullanılabilir. Bir
tarafı plastikle yalıtılmış yarıçapı 2.8 cm olan bir disk noktasal yük kaynağı gibi
düşünülebilir. Plastik diski iletken kağıt üzerine koyunuz ve güç kaynağının çıkış uçlarını
diskin üst tarafındaki metal uca bağlayınız. Diskin üzerinde çeşitli noktalarda yük
yoğunluklarını belirleyiniz.
16
5. SORULAR
1-Bu deneyin her safhasında yük dağılımına neden olan kaynağı (veya kaynakları) belirtiniz.
2-İkinci küre topraklanmış olmasına rağmen sonraki ölçümlerde neden küre yüzeyi üzerinde
yük miktarı ölçülmektedir, açıklayınız.
3-Yük yoğunluğu ve yüzeyin eğrilik yarıçapı arasında nasıl bir ilişki vardır, belirtiniz.
4-Yük taşıyıcısının yanal yüzeyi veya kenarı ile bir cismin yüzeyi ne dokundurulması ölçümü
nasıl etkiler, belirtiniz.
17
Deney No: 3
OHM KANUNU
TEORİ:
Bir iletkenin iki ucu arasına uygulanan potansiyel farkın, iletkenden geçen akıma oranı
sabittir. Bu oran OHM kanunu olarak bilinir. Bu değerde, o iletkenin direncine eşittir.
V
 Sabit  R
I
Diğer taraftan bir iletkenin direnci, o iletkenin özelliklerine bağlı olarak
R
l
A
İle tanımlanır. Burada l iletkenin boyu, A kesiti ve ρ özdirencidir (burada ρ; 1 m2 kesit alana
ve 1 m boya sahip iletkenin direncidir).
AVOMETRE (Amper-Volt-Ohm-metre)
AVOmetrenin temel parçası, at nalı biçimli bir mıknatısın kutupları arasına
dönebilecek şekilde yerleştirilmiş bir dikdörtgen akım kangalından meydana gelmiş
d’Arsonval metre denen bölümdür. Kangaldan sabit bir akım geçtiğinde kangalın oluşturduğu
manyetik alan ile at nalı mıknatısın manyetik alanı etkileşir ve kangala üzerinden geçen
akımla orantılı bir dönme momenti etki eder. Helezon biçimli bir yay (saat yayı) kangalın
dönme durumunu ayarlar ve akım kesildiğinde kangalın eski durumuna gelmesini sağlar.
Bunlara, gösterge ve bir ölçek eklemek suretiyle oluşturulan alet akım ölçer hale getirilir.
D’Arsonval metre ile daha büyük akımları ölçmek için bir komütatör aracılığıyla
kangala paralel (şönt) dirençler bağlanır.
Kangal üzerinden geçen akım aynı zamanda bir gerilime karşılık geldiğinden
d’Arsonval metre ile gerilim de ölçülebilir. Bu durumda ölçek, gerilim cinsinden bölmelenir.
Daha büyük gerilimleri ölçmek için kangala seri dirençler bağlanır. Bu dirençler bir
komütatörle (düğme) devreye bağlanabilir veya ayrılabilir hale getirilir.
Akım ve gerilim ölçen bu aletin uygun bölümüne bir pil bağlanarak alet direnç ölçer
hale getirilebilir. Akım-gerilim ve direnç ölçen bu alete AVOmetre denir.
Ampermetre iç direnci çok küçük olan bir ölçüm aracıdır. Ampermetrenin iç direnci
ne kadar küçük olursa akım değeri de o kadar hassas ölçülür.
I
V
R  riç
(r: Ampermetrenin iç direncidir.)
18
Voltmetre ise iç direnci çok yüksek olan bir ölçüm aletidir. Voltmetrenin iç direnci
büyük olduğundan devreyi dolanan akım voltmetre yerine diğer devre elemanlarından geçer.
Gerilim ve akım ölçerken komütatörün getirildiği kademe aletin o konumda
ölçülebileceği en büyük değeri verir. Örneğin ACV 100 kademesinde ölçülebilecek en büyük
değer AC 100 Volt; DCmA 50 kademesinde ölçülebilecek en büyük değer ise 50mA’dir.
AVOmetre ile ölçüm yaparken dikkat edilecek hususlar;
DC Akım ölçülürken:
- Komutatör DCmA bölgesinde en büyük değere getirilir.
- AVOmetre akım ölçeceğimiz noktaya, AVOmetrenin (+) kutbu devrenin (+)
kutbuna; (-) kutbu da devrenin (-) kutbuna gelecek şekilde seri bağlanır.
- AVOmetrenin skala sapması hassas ölçüm yapılamayacak kadar küçük değeri
gösteriyorsa, AVOmetreyi devreden çıkararak komütatör düğmesi uygun konuma getirilir.
Gerilim ölçülürken:
-
-
DC gerilimi ölçülecekse komütatör DCV bölgesinde en büyük değere getirilir. AC
gerilimi ölçülecekse ACV konumuna getirilir.
AVOmetre, gerilim ölçeceğimiz noktaya AVOmetrenin (+) kutbu devrenin (+)
kutbuna; (-) kutbu da devrenin (-) kutbuna gelecek şekilde devreye paralel
bağlanır.
AVOmetrenin skala sapması hassas ölçüm yapılamayacak kadar küçük değeri
gösteriyorsa, AVOmetreyi devreden çıkararak komütatör düğmesi uygun konuma
getirilir.
Direnç ölçülürken:
-
AVOmetrenin komütatör düğmesi Ω (ohm) konumuna getirilir. Direnç ölçümü
yapılırken komütatörün getirildiği her kademe için sıfır ayarı yapılır.
AVOmetremizin skalasının altında ayna bulunuyorsa skalaya 900 açı ile yani
aynadan skalanın görüntüsünü görmeyecek şekilde bakılmalıdır.
Skalamız hassas ölçüm yapamayacak kadar az sapmış ise komütatör x10Ω
konumuna getirilir. Bu işlem hassas ölçüm yapana kadar artırılır.
AVOmetre ile daha hassas ölçüm yapmak için ibre tam ölçek sapmasının 1/3’ü ile
2/3’ü arasında olmalıdır.
19
DENEY:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
V
2
4
6
8
10
12
14
Yukarıdaki devreyi kurunuz.
Ayarlanır güç kaynağının gerilimini önce 2 Volta ayarlayın.
R direncinin uçlarındaki gerilimi Voltmetre ile okuyun ve tabloya kaydedin.
Devreden geçen akımı ampermetre ile ölçün ve tabloya kaydedin.
Milimetrik kağıda (Vx-I) grafiğini çizin.
Bu grafikten faydalanıp Rx direncini hesaplayın.
VR
I=VR/R(150Ω)
VX=V-VR
RX=VX/I
20
Deney No: 4
BİR TUNGSTEN FİTİLLİ LAMBANIN DİRENCİNİN SICAKLIKLA DEĞİŞİMİNİN
GÖZLENMESİ
TEORİ:
Ohm kanununa göre bir iletkenin uçları arasına uygulanan potansiyel farkının geçen
akım şiddetine oranı o iletken parçası için sabittir. R ile belirlenen bu sabit orana, o iletkenin
direnci adı verilir. V voltluk gerilim uygulandığında geçen akım şiddeti I ise iletkenin direnci,
𝑅=
𝑉
𝐼
ohm'dur.
Bütün cisimlerin elektriksel dirençlerinde sıcaklıkla az veya çok bir değişme gözlenir.
Saf metallerin ve bir çok alaşımların dirençleri sıcaklıkla arttığı halde karbon ve cam
elektrolitlerin dirençleri sıcaklıkla azalır. Manganın ve konstantan gibi özel alaşımların
dirençleri ise sıcaklıkla hemen hemen değişmez.
00C'daki direnci Ro olan bir iletken parçasının T sıcaklığındaki direnci R olsun. Pek
geniş olmayan bir sıcaklık aralığında ∆R=R-R0 direnç değişimi, ∆T=T-0=T sıcaklık değişimi
ile orantılıdır.
∆R=αR0∆T
burada, α, iletkenin direncinin sıcaklık katsayısı olup saf metaller için değeri yaklaşık olarak
1/273 o C-1 'dir. Yukarıdaki bağıntıyı
R=R0+αR0∆T
şeklinde tekrar yazabiliriz. Direnci R olan bir iletken üzerinden I akımı t saniye süre ile geçer
ise direnç üzerinden açığa çıkan Joule ısısı,
Q=R.I2. t (Joule)
olur. Diğer taraftan bu ısı direnç tarafından, Q=m.c.∆T (cal.) şeklinde alınır.
21
DENEY
1- Şekildeki devreyi kurunuz. Devreye V gerilimi uygulamadan önce görevli öğretim
elemanına kontrol ettiriniz.
2- Tungsten fitilli lambayı şekilde görüldüğü gibi bir R direncine seri bağlayınız. R direnci
üzerinden geçen I akımı
I=
𝑉1 −𝑉2
𝑅
olacaktır.
3- Devreye aşağıda tabloda görüldüğü gibi V1 gerilimini adım adım uygulayarak V2
gerilimine AVO metre yardımıyla ölçerek tabloya kayıt ediniz.
DENEY
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
V1 (Volt)
V2 (Volt)
I (Amper)
1
2
4
6
8
10
12
14
16
22
SORULAR:
1- V2 gerilimi düşey eksen hesapladığınız I akımı yatay eksen olmak üzere (V2 - I) grafiğini
çiziniz. Grafikten, tungsten fitilli lambanın direncinin ohm kanununa uyup uymadığını
söyleyebilir misiniz?
2- Çizdiğiniz grafikten lambanın uçlarına uyguladığınız V2 gerilimini I ile değişimi için teorik
bir ifade türetiniz.
3- Türettiğiniz bu ifade de direncin genel tanımı olan 𝑅 =
𝑑𝑉
𝑑𝐼
bağıntısını kullanarak lamba
direncinin akımla değişimini bulunuz.
4- Bulduğunuz bu değişimden yararlanarak, I=40 ve 60 miliamper değerleri için deneyle
uyumun olup olmadığını kontrol ediniz.
23
Deney No: 5
ALTERNATİF GERİLİM ve ALTERNATİF AKIM
Teori
Yönü ve büyüklüğü düzenli bir biçimde değişen dalgalı gerilimlere alternatif gerilim
(AC), akımlara ise alternatif akım denir. Daha önceki deneylerde büyüklükleri ve yönü
zamanla değişmeyen (DC) gerilim ve akımlar ile ölçümler yapmıştık. Bu deneyde (AC) akım
ve gerilimi inceleyeceğiz.
Genelde alternatif gerilim ve akım alternatif güç kaynaklarından (Nükleer,
hidroelektrik, termik santraller v.s) elde edilerek, evlerde ve işyerlerinde kullanılır ve zamanın
sinüs ve cosinüs fonksiyonu olarak değişir. Alternatif gerilim,
V (t )  V0 Sin (2ft )
(1)
denklemi ile tanımlanabilir. Bu denklemde V0, sinüsün tanım aralığı [1, -1] olduğundan
V(t)’nin maksimum değeridir. Burada, f gerilimin çizgisel frekansıdır. Periyot T
f.T=1
ifadesi ile birbirine bağlıdır. V(t) fonksiyonu, kendini periyodun tam katlarında tekrarlar. Bu,
herhangi bir V(t) fonksiyonu için aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekil 1: Sinüzodal olarak değişen alternatif gerilim
Alternatif gerilimin büyüklüğü, V0 genliği ile belirtilir ancak pratikte kare ortalaması
kare kökü (kok) gerilimi ile belirtilir. Kok gerilimi V2’nin ortalamasının kare köküdür ve bir
tam peryot üzerinden alınır. Bir R direncinin uçlarına uygulanan gerilimin değeri anlık I akımı
oluşturan ve P ile verilen anlık bir güç harcanmasına yol açar:
P  VI 
V2
R
(2)
24
Gerilim zamanla değişirse, ortalama güç Port 1/R ile V2’nin zamanla ortalaması
olan Vkok değerinin çarpımıyla verilir. Vkok gerilimi,
Vkok
1T

   V 2 dt 
T 0

1/ 2
(3)
denklemi ile tanımlıdır. Sinüsel bir gerilim için bu integral kolayca hesaplanabilir.
Vkok
1T 2

   V0 sin 2 2ftdt 
T 0

1/ 2

V0
2
(4)
Alternatif gerilim değeri 220 volt ise ifade edilen kok gerilimidir. Örnek olarak; 100 wattlık
bir ampul ortalama Port=100 wattlık bir güç harcar. Bu güç Vkok’a
Pkok 
Vort
R
2
(5)
eşitliği ile bağlıdır. Burada R, ampulün yanma sıcaklığındaki direnci olup bu ampul için;
R
(220) 2
 484
100
bulunur.
Alternatif gerilim nasıl ölçülür? Doğru gerilim ölçmek için kullanılan aletler alternatif
gerilimler için kullanılmaz. Çünkü bu ölçüm aletinin ibresi alternatif bir akımda T
periyodunun yarısında bir yönde, diğer yarısında zıt yönde hareket edecektir. Eğer gerilim
değişimlerinin frekansı birkaç Hertz’den daha büyükse alet bu değişimi izleyemez. Bunun
yerine geçirdiği akımın ortalama değerini gösterir. Sinüsel bir akım için ortalama sıfırdır.
Çünkü T periyodunun yarısında (+), diğer yarısında (-) değerlidir. Dolayısıyla ibre sıfır
değerini gösterir. Bu nedenle alternatif gerilimin ölçülebilmesi için AVOmetrenin anahtarı
AC konumuna getirerek ölçüm yapılmalıdır. Bu alternatif akım için de geçerlidir.
Alternatif gerilimlerin ürettiği akım, güç dağılım sistemlerinde, uzay
haberleşmelerinde, radyo ve televizyonlarda, bilgisayarlarda ve modern hayatın tüm
araçlarında kullanılan önemli bir niceliktir.
Alternatif gerilim kaynağı ve bir dirençten oluşan şekil 2a’daki gibi bir devrede
potansiyel farkı (1) denklemi ile verilir. Direncin tanımından alternatif akım,
25
Şekil 2-a
İR 
VR VR m

sin wt  İ Rm sin wt
R
R
(6)
olarak yazılabilir. Dirençten geçen akım ile direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı aynı
fazdadır. Zamanın bir fonksiyonu olan alternatif akım ve gerilim şekil 2b’deki gibidir.
Şekilden de görülebileceği gibi her iki büyüklükte maksimum değerleri aynı anda alırlar.
Şekil 2-b
DENEY
Bu Deneyde Kullanılacak Araçlar:
-Osiloskop
-Avometre
-Direnç
-İletken kablolar
a. AC Gerilim Ölçümleri
1. Alternatif gerilim ölçmek için şekil 2a’daki devreyi kurun.
2. Devredeki direncin değerini AVOmetre ile ölçün ve kaydedin.
3. Osiloskobu açın. AC konumuna getirin.
26
4. Osiloskop ekranında işaretin düşey doğrultudaki bütün noktalarının görülebileceği
bir kademeyi (işaretin uygulandığı kanalın Volt/div komütatöründen) seçerek
genliği (yani gerilimi) ölçün. Değerlerinizi kaydediniz.
5. Devreye bir AVOmetre bağlayarak direnç üzerindeki alternatif gerilimi ölçün ve
değerlerinizi kaydedin.
6. (1) denkleminden yararlanarak gerilim değerinizi belirleyiniz.
b. AC Akım Ölçümleri
Şekil 2a’daki devreyi kurun.
Devreye bağladığınız direncin değerini AVOmetre ile ölçün ve kaydedin.
Osiloskobu açın. Ac konumuna getirin.
Osiloskop ekranında işaretin düşey doğrultudaki bütün noktalarının görülebileceği
bir kademeyi (işaretin uygulandığı kanalın Volt/div komütatöründen) seçerek
genliği (yani gerilimi) ölçün. Değerlerinizi kaydediniz.
5. Genliğin peryodunu ve frekansını belirleyin ve kaydedin.
6. (6) eşitliğinden yararlanarak alternatif akım değerlerini belirleyin.
7. Değişik gerilim değerleri için akımı okuyarak tabloya kaydediniz.
1.
2.
3.
4.
Direnç(Ohm)
Gerilim(Volt)
Akım(Amper)
SORULAR
1) Osiloskop ile ölçülen alternatif gerilim değeri ile AVOmetre ile ölçülen alternatif
gerilim değerini karşılaştırınız. Farklılık varsa nedenini tartışınız.
2) Alternatif gerilim ile akım arasında faz farkı oluşturulabilir mi?
Aynı alternatif gerilimin uygulandığı bir devreye farklı dirençler bağlarsak alternatif
akımın değeri değişir mi?
27
Deney No: 6
OSİLOSKOP İLE D.C ve A.C. GERİLİM ÖLÇÜMLERİ
TEORİ:
AVOmetre kullanarak doğru gerilimin ya da akımın ortalama değeri ve alternatif
gerilmi n etkin değeri ölçülebilir. Dalga biçimi bilinse bile, bu bilgi frekansı bulmaya
yetmez. Eğer gerili m çok yavaş değişirse (saniyeler ya da dakikalar ölçüsü nde) bir DC
gerilim ölçeri kullanılabilir ve gerilimi zamanın fonksi yonu olarak ölçebiliriz. Bu tip
aygıtlar bi rçok yerde kullanılabilir. Örneğin güç değişim izleyici, sismograf, takoğraf vs.
Gerili m değişikliği sani yenin çok altında bir sıklıkla olursa bu duruma yukarıdaki gibi
sistemler cevap veremez ve değişimi izlenemez. Hızlı değişen gerilimlerin dalga biçimini
görmek için çok daha çabuk tepki gösteren bir düzenek gerekecektir. Elektron ışınlı
osiloskop bu tür bir aygıttır. Osiloskop fiziksel bili mlerde olduğu kadar tıp ve biyolojide
de çok kullanılır. Osiloskop elektronik devrelerin çizgisel olmayan davranışlarının
incelenmesinde çok büyük kolaylıklar sağlar.
Osiloskobun en önemli parçası Katot Işınlı Tüp (KIT) tür. Bu tüp radar sistemleri,
televizyon
ve
bilgisayar
gibi
uygulamalarda
elektronik
bilginin
ekranda
görüntülenmesinde kullanılmaktadır. KIT içinde elektron yayımlayan bir katot, elektronları
hızlandıran hızlandırıcılar, odaklayıcılar, saptırıcı levhalar, anod ve ekran vardır. Katodun
ısıtılmasıyla elektronlar fırlatılır ve ekrana doğru hızlandırılır. Hızlandırılan ve odaklanan
elektron demetine hiçbir kuvvet etki etmez ise ekrana kadar uçarak ekran üzerinde
sürülen ve elektron çarpmasıyla görünür ışık yayan fosfor tabakaya çarpar. Elektron demeti
odaklandığı için küçük bir nokta görünür. Elektron demeti hızla ekrana giderken yatay ve
düşey saptırıcı denilen paralel levhalar arasından geçer. Saptırıcı levhalara uygulanan
gerilim levhalar arasında bir elektrik alan oluşturur ve bu alanın etkisiyle elektronlara F=qE
büyüklüğünde bir kuvvet etki eder. Bu kuvvetin yönü ve büyüklüğü değiştirilerek elektron
demeti istenilen noktaya yönlendirilebilir.
Saptırıcıların boyu yaklaşık 2 cm, demetin toplam yolu 30 cm civarındadır. Buna göre
elektronların saptırıcı levhalara geçme süresi 2x109 s, toplam yolu alma süresi 30x109 s
kadardır. O halde bu aygıt gerilim değişikliklerine aşırı derecede çabuk uyum sağlama
yeteneğindedir. 100 MHz civarındaki değişiklikleri algılayabilir.
Yatay saptırıcılara uygulanan gerilim –V den +V değerine kadar değiştirildiğinde
beneğin ekranın solundan sağına doğru hareket ettiği gözlenir. Beneğin, gözün
algılayamayacağı kadar hızlı sola hareketi +V den –V ye değişimin hızına bağlıdır. Böyle bir
28
hareketin sürekliliği beneğin ekranı sürekli taramasını sağlar. Taramanın hızı arttırıldığında
gözümüz yatay bir çizgi görür. Bu işlem için testere dişli bir gerilim yatay saptırıcı levhalara
uygulanır. Bu gerilime süpürme gerilimi denir. Süpürme gerilimi osiloskop içindeki bir
devre yardımıyla sağlanır. Bu gerilimin frekansı osiloskop üzerinden kolayca değiştirilebilir.
Ekranda herhangi bir değişken işaretin durgun ve ölçü alınabilecek şekilde gözlenebilmesi
için süpürme geriliminin frekansı, bu işaretin frekansına yakın seçilmelidir. Düşey
saptırıcılara ise gözlenmek istenen işaret uygulanır. Bu işaret kazancı, osiloskop üzerinden
kolayca ayarlanabilen bir yükselteçten geçirilerek düşey saptırıcılara uygulanır. Düşey
saptırıcılara uygulanan gerilim beneğin düşey hareketini sağlayacaktır. Süpürme gerilimi ile
yatay hareket yapan benek izlenecektir ve gerilimin şekli ekranda oluşacaktır. Kazancın
değiştirilmesi, ekrandaki görüntünün yüksekliğini değiştirir. Böylece daha kolay ve hassas
genlik ölçümü yapılmış olur.
Osiloskobun Kullanımı:
Osiloskoplar periyodik veya periyodik olmayan elektriksel işaretlerin ölçülmesi ve
gözlenmesini sağlayan çok yönlü bir ölçü cihazıdır. Osiloskopta iki boyutlu görüntü elde
edilir. Osiloskoplar daha çok ölçülecek işaretin zamana göre değişimini ölçmek amacı ile
kullanılır.
Laboratuvarlarda birçok marka osiloskop olmasına karşın temelde ölçüm işlemleri
hepsinde aynı şekilde yapılır. Fark ayrıntılı kullanım düzeneklerinde, özel kullanım
kontrollerinde ve kontrol ve ayar düğmelerinin yerlerindedir.
Değişken gerili mlerin gözlenmesinde kullanılan osiloskop ile periyodik gerilimlerin
iki parametresi ölçülür:
Genlik Ölçü mü ve Periyot ölçümü
Bu ölçümlere geçmeden osiloskop üzerinde bulunan temel kontrol komütatörleri
tanıyalım. Osiloskopla ölçümün temelinde ekran üzerindeki bölmeler yatar. Bölmelerin
yatay ve düşeydeki sayıları ölçü m için gerekli ilk parametrelerdir.
Volt/div : Düşeydeki her bir böl menin geril im değerlerini gösterir.
Time/div: Ekrandaki yatay bölmeleri n zaman değeri ni, veya beneğin yatayda bir bölmeyi
geçmesi için geçen zamanı gösterir.
Intensity: Işık şiddetini ayarlar.
Focus: Ekrandaki beneğin (çizginin) kalınlığını ayarlar.
29
Vertical Posi tion: Görüntüyü komple yatayda hareket ettiri r.
Horizontal Position: Görüntünün komple düşeyde hareket ettirir.
Katot ışınlı tüpün ekranı ve yapısı
Ekranı
Osiloskop
tüpünün
ekranı
aşağıdaki
şekildeki
gibi
yatay
ve
düşey
çizgilerle
ölçeklendirilmiştir. Bu ölçekler osiloskobun kazanç ve zamanlama anahtarları ile ayarlanır. Bu
ölçeklerden yararlanarak işaretin genliği ve periyodu doğru olarak ölçülebilir.
Genelde osiloskop ekranı 10 yatay ve 8 düşey aralık olmak üzere ölçeklendirilmiştir.
Şekli aşağıdaki gibidir:
Yapısı
Katot ışınlı tüp osiloskobun en önemli parçasıdır. Kısaca CRT (Cathode Ray Tube)
şeklinde ifade edilir. Aşağıda gösterilen CRT elektron üreten flaman ile elektron demetini
ekrana doğru odaklayıp hızlandıran düzenlerden meydana gelmektedir. Burada odaklama
ve hızlandırma elektrostatiktir.
30
Kalibrasyon:
Osiloskobun her ölçmeden önce kesinlikle kalibrasyon ayarlarının yapılmış olması
gerekmektedir. Aksi taktirde ölçme doğru olmayabilir.
Kalibrasyon yapılırken bir referans noktası gerekmektedir. Bunu osiloskop kendi içinde
sağlamıştır. Cal adındaki bölüm bize istediğimiz kalibrasyon için gerekli referansı
vermektedir. Buraya bağlanan prop ve ekranda ölçülen kare dalgalı bir gerilim standarttır
ve 1volt ,1KHz dir. Bu kare dalgaya göre, volt/div kademesi 1volt ve time/div kademesi
1KHz de iken, kare dalga ekranda, 1 kare y bir kare x ekseninde görülmesi gerekir. Değilse
gerekli pozisyon ve variable ayarları yapılır.
Ayrıca kablo endüktansını kompanze edecek olan kapasitör prob üzerinden ayarlanmalıdır.
Osiloskop ile DC gerilim ölçümü
Tam DC gerilim, ekranda düz bir çizgi şeklinde görülür.
31
Ekranda görünen DC gerilimin gerçek değerini bulmak için :
V = prop çarpanı x kare sayısı (düşey) x Volt / div değeri
formülü kullanılır.
Osiloskop ile AC gerilim ölçümü
Sinüzoidal şekilli bir AC gerilimi ekranda yukarıdaki şekildeki gibi görülür.
Görülen AC gerilim değerini bulmak için tepeden tepeye uzunlukla gerekli
çarpanlar çarpılır.
V = prop çarpanı x kare sayısı/2 (tepe noktaları) x volt / div. x 0,707 etkin
Veya x 0,636 ortalama değer
Osiloskop ile frekans ve gerilim ölçümü
T = period
T = prop çarpanı x kare sayısı (yatay) x time / div değeri
Frekans = 1 / T
32
Deneyde alınan değerler :
Aşağıdaki boşlukları aldığınız değerlere göre doldurunuz.
Prop çarpanı x
kare sayısı (yatay)
x
x
x
Prop çarpanı x kare sayısı (düşey) / 2 x
x
x
x
=
Volts / division
x
Prop çarpanı x kare sayısı (düşey)/2 x
Prop çarpanı x
time / division = period frekans (hz)
DC
Volts
AC
Volts
AC
Volts
=
Volts / division
x
kare sayısı (yatay)
=
=
=
x Volts / division =
x
=
Aşağıdaki osiloskop ekranlarına deneyde gözlediğiniz şekilleri çiziniz.
DC gerilimleri gösteriniz
AC gerilimleri gösteriniz
AC frekansı gösteriniz
Lissajous Yöntemi
Reaktanslı devrelerde iki kanallı osiloskop ile faz açısı ölçebilmek için osiloskop üzerindeki
x-y butonuna basılarak aşağıdaki daire veya elips şekilleri elde edilir.
33
Y Ym
Y
Ym
Faz açısı:
  Sin 1 (Y / Ym )
Y eksenindeki kesişme noktaları arasındaki kare sayısı
Ym: Daire (elips) dış çap genişliği kare sayısı
Deneyde alınan değerler
Deneyde aldığınız eğrileri ve daire (elips) şeklini
aşağıdaki ekranlara çiziniz.
Faz açısı hesabı:
Osiloskopla alternatif bir gerilimin genlik ve periyod ölçümü:
1. Yanda görülen devreyi kurunuz.
2. Osiloskopu ve dalga üretecini
açarak yukarıda örnek ekrandaki
işarete benzer bir görüntü
oluşturunuz.
34
İşaretin genlik ve periyodu nu ölçmek için aşağıdaki işlemleri yapınız.
Ekranda sinüzoidal gerilimin bir periyodu görünecek şekilde bir Time/div komütatörü
kademesi seçin. Volt/div komütatörü ile düşeyde en büyük şekli oluşturun.
İşareti ekran üzerinden karelerin sayı labilmesi için pozisyon ayarları ile karelere
çakıştın . Düşeyde tepeden tepeye bölmeleri sayın. Simetriden dolayı ikiye bölün.
(örnek 6/2=3)
Yatayda bi r periyot için bölme sayın. Bunun için en uygu nu yatayda iki tepe arasıdır.
(örnek 4)
yo= Volt/div x Bölme sayısı = 5 x 3 =15 volt
T = Time/div x Yatay bölme sayısı = 5x 103 x 4 = 20x 103 s
f = l / T = I / (20x 103) = 50 sn-1 veya 50 Hz
Bu örnek işaret zamanın fonksiyonu olarak
V(t)=Vo sin (wt) şeklinde yazılabilir.
DC ölçümü: Osi loskopla DC geri l i ml erde ölçü lebi l i r. Bu işlem içi n girişlerin ACGND-DC komütatöründen faydalanılır.1- Yandaki devreyi ku ru nuz.
2- DC güç kaynağını 2-10 V arası bir gerilime
ayarlayınız.
3- Osiloskop girişini GND konu muna ve
Time/div
komütatörünü
µs
bölgel erine
alarak ekranda düz çizgi elde edin.
4- Bu çizgiyi düşey pozisyon düğmesi ile
referans çizgisi ne çakıştırın.
5- Girişi DC kısmına alın.
6- Çizginin yukarı veya aşağı kayması
kutupların
doğru yada
ters
olmasına
karşılık gelir.
7- Kayma miktarı sayılıp Volt/div değeri
ile çarpılarak DC gerilimin değeri bulunur.
35
Deney No: 7
DOĞRULTUCU DİYODUN (I-V) KARAKTERİSTİĞİ VE UYGULAMALARI
TEORİ:
Yarıiletken diyot, p tipi bir yarıiletkenle n tipi bir yarıiletkenin uygun şartlar altında
eklem yapılması ile meydana getirilen aygıtlardır. Diyot, eklemlerine uygulanan gerilimin
yönüne göre farklı dirençler gösterir.
Diyotlar p ve n uçlarından birer bacak çıkarılarak genellikle silindir biçiminde imal
edilirler. Diyotun devre gösterimi, iç yapısı ve fiziksel şekli aşağıdaki gibidir.
Bir doğrultucu diyotun uçlarına uygulanan gerilime göre doğru ve ters beslem
durumları ile ideal bir diyotun akım-gerilim karakteristiği aşağıda gösterilmiştir.
İdeal bir diyotun doğru beslem direnci sıfır, ters beslem direnci ise sonsuzdur. Ancak
hiçbir fiziksel yapı bu ideal durumu sağlayamayacağından, pratikte ideallikten sapmalar
olacaktır. Doğru beslemde diyot çok küçük direnç göstereceğinden, R direnci üzerinden bir
36
akım geçmesine izin verir. Ters beslem de ise diyot çok büyük dirence sahip olacağından bu
durumda üzerinden çok çok küçük önemsenmeyecek bir akım geçer (pikoamper). Pratikte bir
diyotun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki gibi olur.
Pratikteki bir diyotun I-V grafiği
DENEY
1) DOĞRULTUCU DİYOTUN AKIM-GERİLİM EĞRİSİNİN ELDE EDİLMESİ
Bir diyotun akım-gerilim değişimini inceleyebilmek için her iki yönde de farklı
gerilimlere karşılık diyottan geçen akımların ölçülmesi gerekir. Bu amaçla aşağıda ki devreyi
kurunuz.
- V gerilimine diyotun doğru ve ters beslem durumları için ayrı ayrı 0-14volt arsında
değiştirerek, R direnci üzerinde ki gerilimleri okuyup aşağıdaki tabloyu oluşturunuz.
37
DOĞRU BESLEM
V1 (Volt)
VR
VD =V- VR
2
4
6
8
10
12
14
TERS BESLEM
I= VR / R V1 (Volt)
VR
VD =V- VR
I= VR / R
2
4
6
8
10
12
14
- Seri devrede R direnci üzerinden geçen akım aynı zaman da diyot üzerinden de geçer. Diyot
dan geçen I akımını VD gerilimine göre milimetrik kağıda çizin. Bu ekseni yaparken yatay
eksen VD 'yi ve I akımını ters beslem için negatif bölgelerde almayı unutmayın.
2) DOĞRULTUCULAR
Yarım Dalga Doğrultucusu
Diyotun ters yönde akım geçirmeme özelliğinden yaralanılarak doğrultucu olarak
kullanılmasına gidilebilir. Girişe verilen sinüs dalgasının negatif yarı dönülerini diyot
geçirmeyecektir. Dolayısıyla doğrultma işlemi yapılmış olacaktır.
-Yukarıdaki devreyi kurunuz.
- Giriş gerilimini ve yarım dalga doğrultucusunun çıkış gerilimine R direnci üzerinden alarak
şeklini çiziniz.
38
Deney No: 8
RC DEVRELERİ
Şekil 1 de verilen devredeki S anahtarı a durumunda bulunsun. Bir dt zamanı
içinde devrenin herhangi bir kesitinden geçen yük dq=i.dt olur. Devreyi
besleyen emk tarafından bu zaman süresinde yapılan iş W=V.dq olur.
Dirençte joule enerjisi olarak açığa çıkan enerji W=i2.R.dt ile kondansatörde
depolanan potansiyel enerjinin dU=d(q2/2C) toplamına eşittir.
Şekil 1: RC devresi
Şekil 2: Vc-t ve VR-t grafikleri
Enerjinin korunumu ilkesine göre
 q2 

V.dq  i 2 .R.dt  d
 2C 
(1)
buradan
39
V.
dq
q dq
 i 2 .R 
dt
C dt
(2)
dq
dt
(3)
Burada
i
Olduğundan
V  i.R 
q
C
(4)
elde edilir. Devrenin x noktasından başlayarak, saat ibresi yönünde
dönüldüğünde,
emk
yı
geçerken
bir
potansiyel
artması,
direnç
ve
kondansatörü geçerken bir potansiyel azalması gözlenir.
Denk. (4) de, iki değişken q ve i olduğundan çözülemez. Ancak bu iki
değişken arasında Denk. (3) de olduğu gibi bir bağıntı vardır. Bunu Denk. (4)
de yerine koyarsak,
V.
dq
dq q
 R. 
dt
dt C
(5)
Elde edilir. Bu diferansiyel denklemin çözümü
t
q  C.V1  e R .C 


(6)
Dir. Denk. (6) yı Denk. (3) de yerine koyarsak
i
V  t R .C
.e
R
(7)
Şekil 2 de yükleme sırasında kondansatörün iki ucu arasındaki
potansiyel farkı Vc ile direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı VR nin
zamanla değişmeleri gösterilmiştir. Denk. (6) ve (7) de ortaya çıkan R.C
çarpımı zaman boyutunda olup, buna kondansatörün zaman sabiti denir.
Kondansatörde denge durumunda bulunması gereken yük miktarının 1  e 1 
kadarı %63 kondansatörün dolması için geçen zamandır. Bunu göstermek için
t=R.C alırsak


q  C.V 1  e 1  (0.63).C.V
(8)
Elde edilir. Burada C.V, t   yaklaşıklığında kondansatörün taşıyacağı yükü
gösterir.
40
Şekil 2 de anahtar b konumunda iken devreye uygulanmış bir yük yoktur.
Denk. (4) de V=0 alırsak
i.R 
q
0
C
(9)
Elde ederiz. Akımın yerine Denk. (3) deki değeri konulduğunda devrenin
sağladığı diferansiyel denklem
R
dq q
 0
dt C
(10)
olur. Bu denklemin çözümü
q  q o .e
t
R .C
(11)
İle verilir. Burada qo kondansatörün başlangıçtaki yük miktarıdır. RC
kondansatörün zaman sabiti olmak üzere, t=R.C olduğunda yük, başlangıçtaki
yükün q o .e 1 kadar altına düşmüştür. Bu ise başlangıçtaki yükün %37 sidir.
Kondansatörün boşalması sırasında akımın değeri
i
t
q
dq
=  o .e R .C
R.C
dt
(12)
Olur. Buradaki eksi işareti, akımın başlangıçtaki akıma ters yönde olduğunu
gösterir. Diğer taraftan q o  C.V olduğundan akımın değeri
i
Olur. Burada
V  t R .C
e
R
(13)
V
akımın başlangıçtaki değeridir.
R
DENEY
Şekil 3 deki RC devresini kurun. AVOmetrenin komütatörünü DCV
bölgesinde 30 konumuna getirerek şekildeki gibi kondansatörün iki ucuna
parelel olacak şekilde bağlayın. Güç kaynağından devreye 15 V luk DC
gerilim uygulayın. Anahtarı a konumuna getirir getirmez kronometreyi
çalıştırarak,
her
2
saniyede
kondansatörün
uçları
arasındaki
gerilimi
AVOmetreden okuyarak Tablo 1 e kaydedin. Bu işlemi kondansatör tamamen
doluncaya kadar (AVOmetrenin ibresi sabit kalıncaya kadar) devam edin.
Kondansatör doluncaya kadar geçen toplam süreyi bulun.
41
Şekil 3: Kondansatörün yüklenmesi ve boşaltılması deneyi için RC devresi
Şimdi anahtarı b konumuna getirerek, kondansatörün iki ucu arasındaki
potansiyel farkını AVOmetreden her 2 saniyede okuyarak Tablo 2 ye
kaydedin. Bu işlemi kondansatör tamamen boşalıncaya kadar devam ettirin.
Kondansatör tamamen boşalıncaya kadar geçen toplam süreyi bularak,
doluncaya kadar geçen toplam süre ile karşılaştırın.
Tablo 1 ve 2 den yararlanarak Vc-t grafiklerini çizerek, Şekil 2 deki grafikle
karşılaştırınız. Grafikten yararlanarak R.C zaman sabitini hesaplayın ve
teori ile karşılaştırarak sonuçları yorumlayınız.
Tablo 1: Kondansatörün yüklenmesi
t (s)
Vc (Volt)
Tablo 2. Kondansatörün boşalması
t (s)
Vc (Volt)
42
Deney No: 9
DÜZGÜN BİR MANYETİK ALANDA AKIM İLMEĞİNE ETKİYEN
TORK
Teori:
Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinin teorisi , Michael Faraday
tarafından geliştirilmiştir ve O’nun adına itafen Faraday yasası olarak anılmaktadır.
Günümüzde tüm elektrik motorlarının çalışma prensibi Faraday yasasına dayanır. Mekanik
enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlara dinamo denir. Elektrik enerjisini mekanik
enerjiye çeviren aygıtlar ise elektrik motorları olarak adlandırılır.
Bu aygıtların temel
çalışma ilkeleri bir manyetik alanda dönen iletken bir çerçeve incelenilerek anlaşılabilir.

Faraday yasasını elde etmek için sabit bir B manyetik alanı içerisinde simetri ekseni etrafında
dönen dikdörtgen şeklindeki bir iletken tel çerçeveyi gözönüne alınsın (Şekil 1).
Voltmetre
fırçalar
elektrotlar
Şekil 1: Düzgün bir manyetik alan içerisinde simetri ekseni etrafında dönen iletken tel çerçeve.
θ


Şekil 2: Herhangi bir t anında B ve S vektörlerinin kesitten görünüşü.
43

ds , ilmek yüzeyinin normali doğrultusunda diferansiyel yüzey elemanı vektörü olmak üzere
ilmek yüzeyinden geçen manyetik akı,
 
 m   B  ds  BS cos
(1)
S
ile verilir. Burada S ilmeğin yüzey alanıdır ve  manyetik alan vektörü ile ilmeğin yüzey alan
vektörü arasındaki açıdır. İlmeğin simetri ekseni etrafındaki sabit açısal hızı  olmak üzere
  t dir. Buna göre ilmek yüzeyinden herhangi bir t anında geçen manyetik akı,
 m  BS cos(t )
(2)
olur. Bu durumda Faraday yasasına göre indüksiyon elektromotor kuvveti (emk),
E
d m
 BS sin(t )
dt
(3)
olarak elde edilir. Bu sonuç yalnızca bir ilmek için elde edilmiştir ve ilmeğin şeklinden bağımsızdır.
Aynı şekilli N tane ilmeğin oluşturduğu bir kangalın indüksiyon emk sı ise
E kangal  NBS  sin(t )
(4)
biçimindedir.

Denk.(4) den görüldüğü gibi sabit B manyetik alanı içerisinde sabit  açısal hızı ile
döndürülen bir kangalın oluşturduğu emk, zamanla sinüzoidal olarak değişmektedir. Buna göre sinüs
fonksiyonu -1 ile +1 arasında değerler alabildiği için indüksiyon emk sı da bir periyot boyunca
 NBS  ile  NBS  arasında sinüzoidal olarak değişir. Kangaldan geçen akım da aynı frekansa
sahiptir dolayısıyla yarım periyot boyunca saat yönünde akıyorsa kalan yarım periyotda da saatin
tersi yönde akar. Böyle bir akım ise alternatif akım (AC) olarak adlandırılır. Bu şekilde döndürülen bir
akım kangalından güç çekmek için ise Şekil 1 deki voltmetre yerine dış devre uygun şekilde
bağlanmalıdır.
fırçalar
Voltmetre
i
Şekil 2: Ayrık halkalı sıra değiştirici elektroda bağlı iletken çerçevenin sabit manyetik alan içinde döndürülmesi.
44
Şekil 2’de farklı bir döner halka bağlantı biçimi görülmektedir. Burada her bir fırça bir
halkanın ayrık iki parçasının oluşturduğu iki elektroda değmektedir. Dönüşün yarım
periyotluk kısmında üstteki elektrot üstteki fırçaya değerken, akımın yön değiştirdiği diğer
yarım periyotta artık üste çıktığı için şekildeki alttaki elektrot üstteki fırçaya değer. Böylece
fırçaların ucundaki çıkış gerilimi daima aynı kutuplu olur. Dolayısıyla akımın yönü daima
aynı kalır. Bir halkanın iki yarısını iki elektrot şeklinde kullanarak çıkış akımının yönünü
koruyan böyle bir üretece doğru akım (DC) üreteci denir. İletken çerçevede indüklenen
akımın yönünü Lenz yasası belirler. Şekil 2 ‘de indüklenen akımın yönü
0     90 
aralığında artmaktadır. Bu sırada manyetik akı (  m  BS cos(t ) )azalırken indüklenen akım
bu azalmaya karşı koyar. Bu sonuç, indüklenme akım i nin geçtiği ilmeğe manyetik alanın
uyguladığı dönme momenti (tork) ile de açılanabilir. Üzerinden i akımı geçen bir ilmeğin



manyetik momenti   iS ile verilir ve böyle bir ilmeğe B manyetik alanının uyguladığı
dönme momenti



  B
(5)
İle verilir. Bu dönme momenti, Şekil 2 deki akım ilmeğinin dönmesini durduracak yönde
etkir. Yani manyetik dönme momenti ilmeğin dönmesini sağlayan dış dönme momentine
karşı koyar. Buna göre dış kuvvetin hep aynı sabit  açısal hızı sağlayabilmesi için yaptığı iş
ilmekte üretilen elektrik enerjisinin kaynağını oluşturur.
DENEYİN YAPILIŞI:
Deneyde Kullanılacak Araç ve Gereçler
- N sarımlı kangaldan oluşan bir motor
- 30 voltluk DC güç kaynağı
- Ampermetre ve voltmetre
1- Şekil 1 deki düzeneği kurun. Motorun kolunu önce yavaşça sonra da biraz daha hızlı
döndürerek voltmetredeki değişimleri gözlemleyerek sonuçları yorumlayın.
45
2- Şekil 2 deki düzeneği kurun. Önce motor kolunu yavaşça çevirerek bağlantı kutuplarını
voltmetrenin ibresi saat yönünde sapacak şekilde ayarlayın. Daha sonra motorun kolunu hızlı
bir şekilde çevirin. Voltmetredeki değişimi gözleyerek yorumlayın. Bu olayı farklı çevirme
hızları için yineleyerek sonucu yorumlayın.
3- Aynı düzeneği voltmetre yerine 30 voltluk DC güç kaynağını bağlayarak kurun. Güç
kaynağını açmadan önce en düşük gerilime ayarlayın. Motorda dönme hareketi başlayıncaya
kadar güç kaynağındaki gerilimi yavaşça arttırarak olayı yorumlayın.
Uyarı 1: Motorun dönme esnasında bağlı bulunduğu vida tarafından sıktırılmaması için
bağlantı kutuplarını dönme yönüne kadar ayarlayın.
Uyarı 2: Fırçaların elektrotlara tam olarak temas etmesine dikkat edin.
SORULAR:
1- Şekil 1 için 0     90  olduğunda indüksiyon akımının yönünün nasıl olacağını
yorumlayınız.
2- Motordaki iki sarıma dik olacak şekilde iki sarım daha yerleştirilseydi sonucun nasıl
olacağını yorumlayınız.
46
Deney No: 10
TRANSFORMATÖRLER
2.1 Deneyin Amacı:
Transformatörün çalışma prensibinin incelenmesi.
Teori:
Elektrik gücü uzak mesafelere iletileceğinde, iletim hatlarındaki I2R ısı kaybını en aza
indirmek için yüksek voltaj ve düşük akım kullanılması gerekir. Bu nedenle, genellikle 350
kV’luk hatlar kullanılmakla birlikte bir çok alanda daha yüksek voltajlı hatlar (765kV)
kullanılmaktadır. Bu şekildeki yüksek-voltaj iletim sistemleri, neden oldukları güvenlik ve
çevre sorunlarından dolayı halkın tepkisi ile karşılaşırlar. Bu hatların alıcı ucundaki tüketici,
cihaz, motorlu makinaları ve benzeri aygıtları çalıştırmak için alçak voltaj ve yüksek
akımdaki güce gereksinim duyulur. Bu nedenle IV çarpımında önemli bir değişmeye sebep
olmadan Vac voltajını düşürüp Iac akımını arttıracak bir dönüştürücüye ihtiyaç vardır. AC
transformatörleri bu amaçla kullanılan aygıtlardır.
Transformatörler, bir AC gerilimi yükseltmek yada düşürmek için kullaılan aygıtladır.
Elektrik enerjisinin bir AC kablodan diğerine, direk etkileşim olamadan aktarılmasını sağlar.
Basit şekli aşağıdaki gibidir;
Şekil 1: Transformatörlerde gerilim-akım değişimi
Birincil bobine (V1) AC giriş gerilimi uygulandığında, ikincil bobinin uçları arasında
Faradayın indüksiyon yasasına göre,
47
d m
dt
V2   N 2
(1)
şeklinde V2 gerilimi oluşur. Burada ,  m her bir sarımdan geçen manyetik akıdır. Eğer birincil
bobin ile ikincil bobinin sarıldığı çekirdekte herhangi bir akı kaçağı yoksa, o zaman birincil
ve ikincil bobinlerin her bir sarımından geçen manyetik akılar eşit olur. Bu nedenle birincil
bobinin uçlarındaki gerilim de,
V1   N1
d m
dt
(2)
 d m 
olacaktır. Bu iki eşitlikte 
 ’ler ortak olduğundan,
 dt 
V2 
N2
V1
N1
(3)
bulunur. İkincil devredeki I2 akımı saf bir R1 direnci üzerinden geçerse indükleme gerilimi ile
aynı fazda olacaktır. İkincil devreyi besleyen güç, birincil devreye bağlı olan AC üreteci ile
sağlanır. İdeal bir transformatörde üretecin sağladığı I1V1 gücü, ikincil I2V2 gücüne eşittir.
I1 V1  I 2 V2
(4)
I 2  V2 R olduğundan ikincil devredeki akımın değerini R yük direnci belirler.
Bununla birlikte birinci devredeki akım, I1  V1 R eş olmalıdır. Burada Reş birincil taraftan
bakıldığında R yük direncinin eş değeri olup
R eş
N
  1
 N2
2

 R

(5)
ile verilir.
48
DENEY:
a1) 600 sarımlı bobini yüzeye yatay olarak yerleştirin ve 10 volt ac güç kaynağına
bağlayın pusulayı bobinden 5 cm uzağa yerleştirin ne gözlemliyorsunuz? İşlemi 10, 15, 20 cm
uzaklıklar için tekrarlayın.
2) Şimdi pusulayı bobin çevresinde hareket ettirin. Ok yönündeki sapmaları
defterinize işaretleyin.
3) 1600 sarımlı bobin için 1. adımı tekrarlayın. Sarım sayısının değişmesi
sonuçlarınızı nasıl etkilemiştir?
b1) 600 sarımlı bobine 0-10 DC voltluk gerilime bağlayın. İkinci bobini ilki ile yüz
yüze gelecek biçimde yerleştirin. Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin ve ikinci
bobini sabit bırakın. İki bobin sabit kaldığında gerilim üretiliyor mu? Bobini ilk bobine
yaklaştırın ve uzaklaştırın. Avometrede gerilim okuyabiliyor musunuz?
2) 600 sarımlı bobini masa üzerine, ekseni yatay olacak biçimde yerleştirin. Diğer 600
sarımlı bobine 0-10 AC voltluk gerilime bağlayın. İkinci bobini ilki ile yüz yüze gelecek
biçimde yerleştirin. Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin ve ikinci bobini sabit
bırakın. Gerilim okuyabiliyor musunuz? Tartışınız.
3)600 sarımlı bobini birincil, 600 ve1600 sarımlı bobinleri ikincil olarak kullanın.
Birincili AC değişkenli güç kaynağına (0-10 volt) ve ikincili avometreye bağlayın.
Avometreyi gerilim ölçme pozisyonuna getirin. Çıkış gerilimine karşılık gelen giriş gerilimini
Çizelge 1’e kaydedin. Bu işlemi 1600 sarımlı ikincil devreler için tekrarlayın.
Çizelge 1: Veri tablosu
N2
600
1600
N2/N1
V2(Volt)
V1(Volt)
V2/V1
49