BÖLÜM-1 MADDE VE ÖZELLİKLERİ FİZİK BÖLÜM-1 MADDE VE ÖZELLİKLERİ

MADDENİN HALLERİ KATI HAL:Katılar belirli şekle ve hacme sahiptirler. Katı molekülleri bir birine sıkı bağlıdırlar, bu nedenle şekillerini bozmak zordur. SIVI HAL:Sıvılar bulunduğu kabın şeklini alırlar. Sıvı molekülleri birbirine zayıf bağlıdırlar. GAZ HAL:Gazlar bulunduğu kapalı kabın şeklini alırlar. Gaz molekülleri birbirine çok zayıf bağlıdır. Öyle ki, bunlar rastgele hareket ederler. Gazlar bulunduğu kabın her yerine basınç uygularlar. PLAZMA HAL:Bu bir gazın çok yüksek sıcaklıklarda iyonize olmuş halini belirtir. Güneşte ve yıldızlarda görülür.

MADDELERİN ORTAK ÖZELLİKLERİ Ortak özellikler ;Kütle, Hacim ve Eylemsizliktir. Kütle:Madde miktarını belirten niceliktir. Hacim:Maddenin boşlukta kapladığı yerdir. Eylemsizlik:Maddenin bulunduğu durumu koruma eğilimidir.

DÜZGÜN GEOMETRİK BİÇİMLİ CİSİMLERİN HACMİ Dikdörtgenler prizması V=a.b.c Silindir V=r2h Küre V=(4/3)r3 Koni V=(1/3)r2h

GEOMETRİK BİÇİMLİ OLMAYAN CİSİMLERİN HACİMLERİ Geometrik biçimli olmayan cisimlerin hacimleri dereceli silindir ile sıvıların yer değiştirmesinden faydalanılarak ölçülebilmektedir. Dereceli silindir su taş

KÜTLENİN ÖLÇÜLMESİ Kütle terazi ile ölçülür. Genel olarak eşit kollu ve elektronik olmak üzere iki çeşit terazi vardır. x 10 binici B A A=x.d+B Burada d, duyarlılıktır. d=(m/N), m binicinin kütlesi, N ise toplam bölme sayısı (10) dır.

MADDELERİN AYIRTEDİCİ ÖZELLİKLERİ Özkütle Erime sıcaklığı Kaynama sıcaklığı Esneklik Özısı Isı ile genleşme Çözünürlük

ÖZKÜTLE Birim hacimdeki madde miktarına denir. Farklı tür maddeler için farklıdır. Sıcaklık, basınç gibi faktörler özkütleyi etkiler. Formülü; d=M/V şeklindedir. Burada m kütle (gr), V hacim (cm3), d ise özkütledir (gr/cm3).

ÖZKÜTLE İÇİN ÖZEL DURUMLAR MADDELER BİRBİRİNE KARIŞTIRILDIĞINDA Her hangi bir karışım için: Eşit hacimli iki karışım için: Eşit kütleli iki karışım için:

ESNEKLİK Bir maddenin kuvvet etkisiyle şeklini değiştirmesi, kuvvet ortadan kaldırıldığında tekrar eski haline gelmesine esneklik denir. Esnekliğin teknolojide bir çok uygulama alanı vardır (yaylar, hidrolik frenler…)

Katıların (metallerin) esnekliğinin özellikleri: Uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır. Kesit alanı ile ters orantılıdır. Telin cinsine bağlıdır. Telin boyu ile doğru orantılıdır. Esnekliğin beli bir sınırı vardır. Sıcaklığa göre değişir.

-MADDE VE ISI- ISI VE SICAKLIK Bir maddeyi oluşturan atom veya moleküllerin kinetik (hareket) enerjilerinin toplamına o maddenin ısısı denir. Atom ya da moleküllerin ortalama kinetik enerjileri ile ilgili büyüklüğe de sıcaklık denir. Isı birimi SI’da Joule veya kaloridir. Isı kalorimetre ile ölçülür. Sıcaklık birimi santigrad (cellciuss) C0, fahrenayt F0, reomur R0 veya kelvindir K. Sıcaklık termometre ile ölçülür. Sıcaklık ölçekleri suyun donma ve kaynama noktasına göre ölçeklendirilmiştir.

Sıcaklık Ölçekleri: 100 C0 F0 R0 K 212 32 80 373 273

ISI MİKTARI VE ÖLÇÜLMESİ Bir maddenin sıcaklığını belirli bir miktar artırmak için verilmesi gereken ısı enerjisi; Q=m.c.t dir. Burada m kütle (gr),c özısı (cal/gr.C0), t sıcaklık farkı (C0), Q ise verilen ısı (cal) dır. Farklı tür maddelerin özısıları farklıdır. Örneğin; suyun c=1 , buz c=0,5 , demir c=0,1 …

ERİME VE DONMA Katı bir maddenin dışardan ısı alarak sıvı hale geçmesine erime, erimenin olduğu sıcaklığa da erime sıcaklığı yada erime noktası denir. Bir sıvının dışarıya ısı vererek katı hale geçmesine donma, donmanın olduğu sıcaklığa da donma sıcaklığı yada donma noktası denir.

Erime ve Donmanın Özellikleri 1)Saf maddelerin erime sıcaklıkları donma sıcaklıklarına eşittir. 2)Erime sıcaklığı madde miktarına bağlı değildir. 3)Erime esnasında sıcaklık sabit kalır. 4)Farklı tür maddelerin erime sıcaklıkları farklıdır. 5)Basınç ve katkı maddesi erime sıcaklığını değiştirir.

KAYNAMA VE BUHARLAŞMA Bir sıvının gaz haline geçtiği maksimum sıcaklık durumuna kaynama denmektedir. Kaynamanın gerçekleştiği sıcaklığa da kaynama sıcaklığı denir. Sıvının yüzeyinden havaya molekül kaçmasına buharlaşma denir.

Kaynamanın Özellikleri 1)Farklı tür sıvıların kaynama sıcaklıkları farklıdır. 2)Kaynama esnasında sıcaklık sabit kalır. 3)kaynama sıcaklığı madde miktarına bağlı değildir. 4)Kaynama sıvının her yerinde olur. 5)Basınç ve katkı maddesi kaynama sıcaklığını değiştirir.

Buharlaşmanın Özellikleri 1)Buharlaşma sadece sıvının yüzeyinde olur. 2)Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir. 3)Kaynama sıcaklığında buharlaşma maksimumdur. 4)Basınç ve katkı maddesi buharlaşma hızını etkiler. 5)Farklı tür maddelerin buharlaşma hızları farklıdır. 6)Kaynama durumunda sıvı yüzeyindeki buhar basıncı dış basınçtan büyük olur.

HAL DEĞİŞTİRME ISISI Hal değiştirme esnasında maddenin aldığı yada verdiği ısı onun kütlesiyle doğru orantılıdır. Bu ısı Q=m.L formülüyle ifade edilir. Burada m kütle (gr), L hal değiştirme ısı katsayısı (cal/gr), Q ise ısı (cal) dir. Farklı tür maddelerin L’leri farklıdır. Örneğin; buz L=80 cal/gr, su buharı L=540 cal/gr dır…

KARIŞIMLARDA ISI ALIŞ-VERİŞİ İki madde karıştırıldığında maddelerden sıcaklığı küçük olan, sıcaklığı büyük olana ısı verir,diğeri de alır. Bu ısı alış verişi sıcaklıkları eşit oluncaya kadar devam eder ve eşit olunca durur. Bu durumda, alınan ısı verilen ısıya eşittir, Qalınan=Qverilen.

GENLEŞME KATILARDA GENLEŞME 1)Katılarda Boyca Genleşme: Boyu L olan bir katının sıcaklığı t kadar artırıldığında boyu L kadar uzar. Tersi durumda ise bu kadar kısalır. Bu uzama yada kısalma miktarı L=L.α.t formülüyle ifade edilir. Burada α boyca genleşme katsayısıdır ve farklı tür maddeler için farklıdır. Örneğin; demir α=12.10-6 1/C0, bakır α=17.10-6 1/C0, alüminyum α=25.10-6 1/C0, plastik α=80.10-6 1/C0 dır.

1)Karılarda Yüzeyce Genleşme: Yüzey alanı A olan bir katının sıcaklığı t kadar artırılırsa, yüzey alanı A kadar genişler. Bu genişleme miktarı A=A..t şeklindedir. Burada  yüzeyce genleşme katsayısı olup, =2α şeklindedir.

3)Katılarda Hacimce Genleşme: Hacmi V olan bir katının sıcaklığı t kadar artırılırsa hacmi V kadar büyür. Katının hacmindeki bu genleşme miktarı V=V.γ.t şeklindedir. Burada γ hacimce genleşme katsayısı olup, γ=3α dır.

METAL ÇİFTİ: Farklı maddeden yapılmış ve oda sıcaklığında aynı boyda iki metal, birbirine perçinlenerek bir metal çifti oluşturulabilir. Bu çift ısıtılırsa yada soğutulursa, metallerin genleşme katsayılarının farklılığından dolayı bükülür. Metal çiftleri teknolojinin bir çok alanında kullanılmaktadır. Örneğin; ütü termostatları, yangın alarmları, metal termometreler…vb. Şekildeki metal çifti ısıtıldığında α 1< α2

SIVILARDA GENLEŞME Sıvılarda genleşme hacimce olup, V=V.γ.t şeklindedir. Burada V hacimce genleşme miktarı, v ilk hacim, γ genleşme katsayısı, t sıcaklık farkıdır. Farklı tür sıvıların genleşme katsayıları farklıdır. Örneğin; cıva γ=18.10-5 1/C0, su γ=37.10-51/C0, etil alkol γ=100.10-5 1/C0…vb.

GAZLARDA GENLEŞME Gazlarda genleşme hacimce olup, V=V.γ.t şeklindedir. Burada γ gazın hacimce genleşme katsayısıdır. Bütün gazlar için γ=1/273 1/C0 değerindedir. Bu nedenle ısı ile genleşme gazlar için ayırdedici bir özellik değildir. Sabit basınç altında hacmi V1 ve sıcaklığı T1 olan bir gazın sıcaklığı T2’ye çıkarıldığında, hacmi V2olsun. Bu durumda V1/V2=T1/T2 bağıntısı mevcuttur. Basınç, hacim ve sıcaklık arasında da P.V=n.R.T bağıntısı vardır. Burada P basınç, V hacim, n mol sayısı,R ideal gaz sabiti (0,082 lt/K), T sıcaklıktır.

PROBLEMLER 1)Yarıçapı 10 cm,yüksekliği 40 cm olan bir silindir kap tamamen su ile doldurulmuştur. Bu kaptan hacmi 250 cm3 olan bardakla kaç bardak su alınır? (=3) ÇÖZÜM: V=.r2.h=3.102.40=3.100.40=12000 cm3, bardak sayısı=12000/250=48.

2) x 10 14 gr 12 gr Duyarlılığı (binicinin bir bölmelik hareketine karşılık gelen kütle ) 0,5 gr olan şekildeki terazi dengededir. Buna göre binici X kaçıncı bölmededir? ÇÖZÜM: 14=x.(0,5)+12 14-12=0,5.X 2=0,5.X X=2/0,5 X=4.bölme

3)Kütlesi 60 gr ve hacmi 50 cm3 olan A maddesi ile kütlesi 80 gr ve hacmi 90 cm3 olan B maddesi karıştırılıyor.Karışımın özkütlesi kaç gr/cm3 olur? ÇÖZÜM: dk=(m1+m2)/(V1+V2) dk=(60+80)/(50+90) dk=140/140 dk=1 gr/cm3

4)40 C0 kaç F0’dir? Çözüm: 40/100=(F-32)/180 4=(F-32)/18 18.4=F-32 72=F-32 F=104

5)-10 C0 de 30 gr buzu 20 C0 de su haline getirebilmek için kaç cal ısı gereklidir? (Cbuz=0,5 cal/grC0, L=80 cal/gr, Csu=1 cal/gr.C0) ÇÖZÜM: Q1=m.cb.t=30.0,5.[0-(-10)]=15.10=150cal Q2=m.L=30.80=2400 cal Q3=m.cs.t=30.1.(20-0)=600 cal Qtoplam=150+2400+600=3150 cal

6)20 C0de 50 gr su ile 40 C0de 200 gr su karıştırılıyor 6)20 C0de 50 gr su ile 40 C0de 200 gr su karıştırılıyor. Karışımın son sıcaklığı kaç C0 olur? ÇÖZÜM: Qalınan=Qverilen m1.c1.t1=m2.c2.t2 50.1.(t-20)=200.1.(40-t) t-20=4.(40-t) t-20=160-4t 5t=180 t=36 C0

7)Boyu 400 cm olan bir alüminyum çubuğun sıcaklığı 10 C0 den 110 C0 ye çıkarılırsa boyu kaç cm olur?(α=25.10-6 1/C0) ÇÖZÜM: L=L.α.t L=400.25.10-6.100 L=4.25.10-2.1 L=100.10-2 L=1 cm L*=400+1=401 cm.

Boyutları yandaki gibi olan demirden yapılı bir üçgen plakanın sıcaklığı 100 C0 artırılırsa yüzey alanı kaç cm2 artar?(=24.10-6 1/C0) 8) 40 cm 50 cm ÇÖZÜM: A=(taban.yükseklik)/2=(40.50)/2=2000/2=1000 cm2 A=A..t=1000.24.10-6.100=24.10-1=2,4 cm2

9)Çapı 8 cm ve yüksekliği 20 cm olan bir demir silindirin sıcaklığını 50 C0 artırırsak hacmi kaç cm3 artar?(=3, γ=36.10-6 1/C0) ÇÖZÜM: V=.r2.h=3.42.20=3.16.20=960 cm3 V=V.γ.t=960.36.10-6.50 =12420.10-4=1,242 cm3

10)Kesit alanı 0,02 cm2 olan bir silindir cam tüpün içerisine 10 C0de 20 cm yüksekliğinde etil alkol konmuştur. A)Etil alkolün sıcaklığı 50 C0 ye çıkarılırsa, etil alkol tüpte kaç cm yükselir?. B) Bu tüpten bir termometre yapmak istersek, her bir C0 arası kaç mm olur? (γ=10-3 1/C0) ÇÖZÜM: A) V=A.h=0,02.20=0,4 cm3 V=V.γ.t=0,4.10-3.(50-10)=16.10-3 h=V/A=16.10-3/20.10-3=0,8 cm B) 40 C0 8 mm ise 1 C0 X X=8/40=0,2 mm

BÖLÜM-2 MADDE VE ELEKTRİK ELEKTRİKLENME VE ELEKTRİK YÜKÜ Her hangi bir şekilde bir madde üzerinde toplanmış elektrik yüküne “durgun (statik) elektrik” denir. Maddeler üç yolla durgun elektrikle yüklenebilir. 1)Sürtme ile, 2)Dokunma ile, 3)Etki ile.

1)Sürtme ile Elektriklenme Cam, plastik, ebonit, kehribar gibi cisimler ipek veya yün parçasına sürtüldüklerinde hafif cisimleri çekme özelliği kazanırlar. Yün kumaşa sürtülmüş ebonit çubuğun negatif (-), ipek kumaşa sürtülmüş cam çubuğun yükünün pozitif (+) olduğu kabul edilmiştir. Birbirine sürtünen iki cisimden birisi + ile yüklenirken diğeri – ile yüklenir. Sürtünen cisimlerden birisi ne miktarda + ile yüklenmişse, diğeri de o miktarda – ile yüklenmiştir. Aynı işaretli yükler birbirini iter, zıt işaretli yükler birbirini çeker.

ÖRNEK Yüklü A,B,C,D cisimleri yalıtkan bir masa üzerinde bir birine değmeyecek şekilde tutulmaktadır. Bu cisimlerden A, B’yi çekiyor C’yi itiyor. B ise D’yi çekiyor. D’nin yükü + olduğuna göre;A,B ve C’nin yüklerinin işareti nedir? CEVAP: A=+ B= - C=+ D=+

2)Dokunma ile Elektriklenme Yüklü bir sicim yüksüz bir cisme dokundurulduğunda, yüksüz cisim de aynı tür yükle yüklenir. Bir birine dokundurulan cisimlerden her ikisi de metal ise yük cisimlerin büyüklükleri ile orantılı bir şekilde paylaşılır.

Yüksüz bir elektroskopun yaprakları kapalıdır. Elektroskopa yüklü bir cisim dokundurulduğunda yapraklar aynı tür yükle yüklenir, aynı tür yükler birbirini iteceğinden yapraklar açılır. Yüklü elektroskop iletken telle toprağa bağlanırsa yük toprağa gider ve yapraklar kapanır. elektroskop

Birbirine dokundurulup ayrılan yüklü küreler arasında yük paylaşımı: q1 q2 r1 r2 Kürelerin son yükleri;

Örnek: +7q +5q 2r 4r B A Şekildeki küreler birbirlerine dokundurulup ayrılırsa, kürelerin son yükleri ne olur? ÇÖZÜM:

3)Etki ile Elektriklenme Yüklü bir cisim yüksüz bir metale yaklaştırıldığında metaldeki yük dağılımı değişir. Metalin cisme uzak tarafı cisimle aynı tür yükle, yakın tarafı da zıt yükle yüklenir. Yüklü cisim uzaklaştırılınca metal tekrar nötr (yüksüz) hale gelir. Etki ile elektriklenme sadece metallerde görülür. Metalin uzak ucunu topraklayarak yada bir birine değen ucuca iki metal kullanarak yüklü metaller elde edebiliriz.

metaller - - - - - - - - - - + + + + + - - - - - Yüklü cisim Cam kap Şekildeki metaller etki ile elektriklenmiştir. Metaller birbirinden ayrılarak + ve – yüklü iki metal elde edilebilir.

A,B,C özdeş iletken küreleri başlangıçta yüksüzdürler. ÖRNEK: + + + + + + + + + + + + + + + A B C A,B,C özdeş iletken küreleri başlangıçta yüksüzdürler. A)Küreler şekildeki duruma getirildiklerinde hangi tür yükle yüklenirler? B)Kürelerin yük miktarları nasıl olur? ÇÖZÜM: A) A=- B=+ C=- B) A=-q B=+2q C=-q yani B’deki yük miktarı diğerlerinin iki katı olur.

YÜKÜN KAYNAĞI OLARAK ATOMLAR Maddeler atomlardan meydana gelmiştir. Atomlar; elektron, proton ve nötron denilen parçacıklardan oluşurlar. Elektronlar eksi (–) yüklü, protonlar artı (+) yüklü, nötronlar ise yüksüzdür. Protonlar ve nötronlar atomun merkezde çekirdeğinde bulunurlar. Elektronlar ise çekirdek çevresinde dairesel yörüngelerde (orbitaller) hareket ederler. Elektriklenme olayları çekirdeğe zayıf bağlı olan elektronlar vasıtasıyla olur.

YÜK MİKTARI, ELEMANTER YÜK Tüm elektriklenme olayları, bir maddenin elektron kazanması, diğerinin kaybetmesi sonucu gerçekleşir. Elektriklenme olayında alınan ve verilen elektron sayıları birbirine eşittir. Tüm elektriklenme olaylarında olay öncesi toplam yük, olay sonrası toplam yüke eşittir. Buna “yükün korunumu ilkesi” denir. Doğadaki en küçük yük elektron yada proton yüküdür. Bu nedenle elektron yüküne “temel yük” veya “elemanter yük” denir. Bir maddenin yükü elektron yükünün (elemanter yük) tam katları şeklinde olmalıdır. Örneğin: 14e, -98e…vb olabilir fakat 2,5e , 4/3 e,…vb küsürlü olamaz.

ÖRNEK: Yük miktarı -48.10-17C olan yüklü bir cisim toprağa bağlanırsa, cisimden kaç elektron toprağa gider? (1e=1,6.10-19C) ÇÖZÜM: 1e 1,6.10-19C ise X 48.10-17 C X=48.10-17/16.10-20=3.103=3000 elektron.

YÜKLÜ CİSİMLER ARASINDAKİ ETKİLEŞME KUVVETLERİ (COULOMB KANUNU) İki yüklü cisim arasındaki itme yada çekme kuvveti; yüklerin çarpımı ile doğru, yükler arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Buna “Coulomb kanunu” denir. Burada F=kuvvet (N), q yük (C), d uzaklık (m), k ise Coulumb sabitidir(N.m2/C2). Boşluk yada hava için k=9.109 N.m2/C2 dir.

ÖRNEKLER 1)Yükleri 2.10-8C ve 3.10-7C olan iki noktasal yük arasındaki uzaklık 30 cm’dir. Aralarındaki itme kuvveti kaç Newton’dur?(k=9.109 N.m2/C2) ÇÖZÜM: 2)Yükleri q1, q2 ve aralarındaki uzaklık d olan iki kürecik arasındaki etkileşme kuvveti F dir. Aralarındaki uzaklık iki katına çıkarılırsa kuvvet kaç F olur? ÇÖZÜM:

3)Şekil-1 deki cisimler şekil-2 deki duruma getirilirse aralarındaki itme kuvveti kaç F olur? q 2q Şekil-1 d F F ? Şekil-2 2d ? 3q 4q ÇÖZÜM:

4) Yükleri sırasıyla –2q, +3q ve +4 q olan A, B ve C küreleri vardır 4) Yükleri sırasıyla –2q, +3q ve +4 q olan A, B ve C küreleri vardır. Küreler arasındaki uzaklık dAB=d, dBC=2d ve dAC=3d dir. A ile B arasındaki çekme kuvveti 6F olduğuna göre, C’ye etki eden bileşke kuvvet kaç F dir?(Kürelerin merkezleri aynı doğru üzerindedir) ÇÖZÜM:

+8q -5q +2q 3d 5)Yükü -5q olan küre yukarıdaki küreler arasında hareketsiz dengede kalabilmektedir. Buna göre, bu kürenin +8q yüklü küreye uzaklığı ne olur? ÇÖZÜM: Ortadaki kürenin hareketsiz kalabilmesi için ona soldan ve sağdan etkiyen kuvvetler eşit olmalıdır. X=6d-2x 3x=6d x=2d bulunur.

buradan da q2=9q olarak bulunur 6)Şekildeki q1 ve q2 yüklerinin q3 yüküne uyguladıkları bileşke kuvvet F olduğuna göre, q2 yükünün değeri kaç q dür? ÇÖZÜM: F kuvvetinin yatay ve düşey bileşenleri eşit olduğundan q3 e etkiyen kuvvetler eşit olacaktır. F q2 q3=+q q1=+q buradan da q2=9q olarak bulunur

ELEKTRİK YÜKÜNÜN ÖLÇÜLMESİ VE ELEKTRİK AKIMI Elektron yoğunlukları (birim hacimdeki elektron sayıları) yada yükleri farklı iki cisim bir iletkenle birbirlerine bağlanırsa elektronlar sıkışık oldukları cisimden diğer cisme akar. Elektron akışı her iki cisimde elektron yoğunluğu eşit oluncaya kadar sürer. Elektronların bir cisimden diğerine hareket etmesine elektrik akımı denir. İki cisim arasında sürekli elektrik akımı sağlayan elemanlara “akım kaynağı” yada “üreteç” denir. Üretecin elektron fazlalığı olan negatif (-) kutbuna “katot”, elektron eksikliği olan ucuna da pozif kutup veya “anot” denir. Bir akım kaynağının bir ucundan diğerine elektron akışını sağlayan yola da elektrik devresi denmektedir.

SUYUN ELEKTROLİZİ Deney tüpü elektrot Devre çalıştırıldığında önce su iyonlarına (O-2 ve H+1) ayrışır. H iyonları - kutup, O iyonları + kutup tarafından çekilir. Buraya gelen iyonlar nötr halde gaz haline gelirler. kablo su Cam beher + - üreteç + kutuptaki tüpte oksijen gazı, - kutuptaki tüpte hidrojen gazı toplanır. Hidrojen gazının hacmi oksijen gazının hacminin iki katıdır (Vh=2V0).

Örnek: Suyun elektrolizi deneyinde her iki elektrot da aynı tüp içerisine konarak toplam 60 cm2 gaz açığa çıkmıştır. Bu gazın kaç cm3 hidrojen, kaç cm3 ü oksijendir? ÇÖZÜM: V0+Vh=60 V0+2Vo=60 3V0=60 V0=20 cm3 O2 Vh=2.V0=2.20=40 cm3 H2

ELEKTROLİZ KAPLARININ SERİ VE PARALEL BAĞLANMASI Seri bağlama Paralel bağlama + - Güç kaynağı + - Güç kaynağı

10 cm3H2 EK-1 ÖRNEK: Şekildeki elektroliz kapları özdeştir. 1.kapta toplanan Hidrojen miktarı 10 cm3olduğuna göre, diğer kaplarda toplanan oksijen ve hidrojen miktarları nedir? EK-3 EK-2 + - Güç kaynağı CEVAP: Hidrojen Oksijen EK-1 10 5 EK-2 10 5 EK-3 20 10

ELEKTRİK AKIMI VE ÖLÇÜLMESİ Elektrik yükünün bir iletken üzerindeki akışına “elektrik akımı” denir. İletkenin kesitinde birim zamanda akan yük miktarına da “akım şiddeti” denir. Akım şiddeti; İ=q/t bağıntısıyla ifade edilir. Burada q yük (c), t zaman (sn), i ise akımdır (C/sn yada Amper). Akım şiddeti “ampermetre” ile ölçülür. Ampermetre devreye seri bağlanır.

ÖRNEKLER 1)Suyun elektrolizi deneyinde 3 A’lik elektrik akımı 5 dakika süreyle kullanılmıştır. Bu sürede devreden geçen elektrik yükü kaç C’dur? ÇÖZÜM: i=q/t q=i.t q=3.(5.60)=3.300=900 C’dur. 2)Suyun elektrolizi deneyinde devreden 2 dakika süreyle 10 A’lik akım geçtiğinde 20 cm3Hidrojen açığa çıkıyor. Aynı devreden 1800 C’luk yük geçtiğinde kaç cm3hidrojen açığa çıkar? ÇÖZÜM: q1=i1.t1=10.(2.60)=10.120=1200 C 1200 C’da 20 cm3 H2 açığa çıkarsa 1800 C’da x x=1800.20/1200=30 cm3 H2 açığa çıkar.

MADDELERİN ELEKTRİK İLETKENLİĞİ 1)KATILARIN İLETKENLİĞİ: Katılar elektriği serbest elektronlar vasıtasıyla iletirler. Serbest elektrona sahip olan katılar ise metallerdir. Farkı tür metallerin iletkenlikleri farklıdır. Örneğin bazı metallerin iletkenlik sıralaması şöyledir; gümüş>bakır>altın>alüminyum>nikel-krom>demir. Metallerin iletkenliği serbest elektronlarının sayısına ve atomu tarafından çekilme gücüne göre değişir. Metaller ısıtıldıklarında iletkenlikleri azalır, dirençleri artar. Yarı metaller (yarıiletkenler) ısıtıldıklarında ise bunun tersi olur. İletkenlikleri metallerle yalıtkanlar arasında yer alan silisyum, germanyum gibi maddelere yarıiletkenler denmektedir. Maddeler mutlak sıfır (-273 C0) civarına kadar ısıtıldığında “süperiletkenlik” özellik kazanırlar.

2)SIVILARIN İLETKENLİĞİ: Sıvılar elektriği iyonlar vasıtasıyla iletirler. İçerisinde serbest iyonlar bulunan sıvılar ve çözeltiler elektriği iletirler. Örneğin; asitler, bazlar, tuzlu su… İçinde serbest hareket edebilen iyonların bulunmadığı sıvılar elektriği iletmezler. örneğin;saf su, şekerli su… Metaller hem katı hem de sıvı halde iken elektriği iletirler.

3)GAZLARIN İLETKENLİĞİ: Gazlarda elektrik iletkenliği elektronlar veya iyonlar vasıtasıyla olur. Normal şartlarda gazlar elektriği iletmezler ancak şartlar uygun hale getirilince iletirler. Gazın basıncı düşürülür, gaza yüksek gerilim uygulanırsa gaz atomları iyonlaşır ve elektriği iletir. İyonlaştırıcı etki kaldırılınca iyonlaşma durur. Şimşek, yıldırım gibi elektriksel olaylar, yağmurlu havalarda yüksek gerilim hatlarına yakın yerlerde elektrik iletimi gazların elektrik iletkenliği ile ilgilidir.

ELEKTRİK AKIMI KAYNAKLARI 1)DOĞRU AKIM KAYNAKLARI: Bir elektrik devresinde akım aynı yönde geçiyor ve hiç yön değiştirmiyorsa bu akıma “doğru akım” denir. Piller,akümülatörler ve dinamolar doğru akım kaynaklarıdır.

PİLLER: Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlardır. Basitten karmaşığa doğru; volta pili, Daniyel pili, kuru pil, doldurulabilen piller ve güneş pilleri gibi çeşitleri vardır. Pilin + ve – olmak üzere iki kutbu vardır. Bir limon içerisine bakır ve çinko elektrotlar sokularak basit bir pil yapılabilir. Bu pilin + kutbu bakır, - kutbu çinko elektrottur.

Basit bir pilde Zn Zn+2+2e , H2SO4 2H++SO4-2, 2H+ +2e H2(gaz) tepkimeleri oluşur. Pilde H2 birikmesi pilin akımının kesilmesine sebep olur, bu olaya “kutuplanma” denir. Kutuplanmadan dolayı basit piller kısa ömürlüdür. Kuru pilde hidrojen mangan dioksit torbası tarafından tutularak kutuplanma önlenir. Kuru pilde amonyum klorür pelte (asitik özellik gösterir) çinko kap içerisinde bulunur. Aynı zamanda bu pelteye kömür çubuk batırılmıştır. Kömür çubuğun etrafını ise mangan dioksit karışımlı bir torba sarar. Kömür çubuk + kutup, çinko kap ise – kutuptur. Doldurulabilen pillerde + kutup ucu nikel oksit kaplanmış bir metal çubuktan, - kutup ise kadminyum kaplanmış bir metalden oluşmuştur ve bunlar “şarj” edilerek geri kazanılmaktadır.

B) AKÜMÜLATÖRLER: Akümülatör, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Akümülatörlerde elektrot olarak kurşun, elektrolit olarak da sülfirik asit çözeltisi kullanılır. Akümülatörde + kutup kurşun dioksit levha, - kutup ise kurşun levhadan oluşur. Taşıtlarda kullanılan akümülatör 6 adet 2 voltluk akünün seri bağlanmasıyla oluşmuş bir bataryadır.

C) DİNAMOLAR: Hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren doğru akım kaynaklarıdır. Motorlu taşıtların çoğunda elektrik akımı dinamolar tarafında üretilir. -KOROZYON- Pil oluşumu ile metallerin aşınmasına korozyon denir. Demirin paslanması, bakırın yeşil tabaka ile kaplanması (oksitlenme), gümüşün kararması korozyondur. Bazı metallerin korozyona uğrama dereceleri; magnezyum>alüminyum>çinko>demir>kurşun>kalay>bakır>çelik>gümüş>platin>altın. Metali korozyondan korumak için etrafına sarılan metale “kurban elektrot” denir.

2)ALTERNATİF AKIM KAYNAKLARI Yönü ve büyüklüğü periyodik olarak değişen akıma alternatif akım denir. Alternatif akım üreten kaynaklara da alternatif akım kaynakları denir. Bu kaynaklar mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Bu kaynaklar; jeneratörler ve alternatif akım dinamolarıdır.

JENERATÖRLER: Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Doğru akım jeneratörlerine dinamo, alternatif akım jeneratörlerine alternatör denir. Alternatif akım jeneratörü rotor ve stator olmak üzere iki ana kısımdan oluşur. Rotor manyetik alan oluşturan hareketli kısımdır. Stator ise üzerinde akım makaraları bulunan hareketsiz kısımdır. Jeneratörde elektromanyetik indüksiyon sonucu akım oluşur.

TRANSFORMATÖRLER: Alternatif akımın potansiyelini artırmak yada azaltmak için transformatörler yani trafolar kullanılır. Transformatör demir çekirdeğe primer (giriş) ve sekonder (çıkış) makaraların sarımından oluşur. Sarım sayısı Ns>Np ise yükseltici, Np>Ns ise alçaltıcı transformatördür. Sarım sayısı, gerilim ve akım arasında; Np/Ns=Vp/Vs=is/ip bağıntısı vardır.

ELEKTRİK SANTRALLERİ 1)TERMİK SANTRALLER: Gerekli enerjiyi kömür, gaz, petrol, doğal gaz gibi yakıtlardan sağlayan santrallerdir. Yakıtın yakılmasıyla elde edilen yüksek basınçlı buhar borularla türbine gönderilir. Türbin de jeneratörleri döndürerek elektrik enerjisi elde edilir.

2)HİDROELEKTRİK SANTRALLER: Suyun potansiyel enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren santrallerdir. Barajda toplanan su türbine düşer. Türbin de jeneratörü döndürerek elektrik enerjisi elde edilir. Ülkemizde en yaygın olarak kullanılan santrallerdendir.

3)NÜKLEER ENERJİ SANTRALLERİ: Yakıtı nükleer enerji olan santrallerdir. Nükleer enerji “fisyon” ve “füzyon” olaylarından elde edilir. Ağır çekirdeklerin nötronlarla bombardıman edilerek daha hafif çekirdeklere bölünmesi olayına fisyon denir. Örneğin: U235 +n Kr+Ba+3n. Kontrolsüz bölünme atom bombasını oluşturur. Hidrojen helyum gibi hafif çekirdeklerin birleşerek daha büyük çekirdekleri oluşturması olayına da füzyon denir. Örneğin güneşteki tepkimeler böyle tepkimelerdir. Kontrolsüz füzyon hidrojen bombasını oluşturur.

ELEKTRİK DEVRELERİ Üreteç: Devreye akım veren kaynağa denir. + - Üreteç: Devreye akım veren kaynağa denir. Lamba: Elektrik enerjisini ışığa dönüştürür. Ampermetre:Devreden geçen akım şiddetini ölçer. Voltmetre:İki nokta arasındaki gerilimi ölçer. Direnç:Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluk. Reosta:Ayarlanabilen direnç. Bağlantı kabloları:Akımın geçtiği iletim yolu. Anahtar: devreyi açıp kapamaya yarayan araç. A V

Potansiyel farkı yada gerilim voltmetre ile ölçülür. POTANSİYEL FARKI: Bir elektrik devresinde iki nokta arasında elektron akışını sağlamak için gerekli elektromotor kuvvetidir. Potansiyel farkı yada gerilim voltmetre ile ölçülür. Voltmetre devre elemanına paralel bağlanır. Kapalı bir devrede, akım kaynağının uçları arasındaki potansiyel farkı, diğer elemanların uçları arasındaki potansiyel farkları toplamına eşittir. R V

DİRENÇ VE ÖLÇÜLMESİ Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluğa iletkenin direnci denir. İletkenlerin atomlarındaki farklılık nedeniyle dirençleri de farklı olur. Bir maddenin iletkenliği o maddenin direnci ile ters orantılıdır. Bir iletkenin direnci iletkenin boyuna (L), kesit alanına (A) ve cinsine (yani özdirencine-); R=(L/A) şeklinde bağlıdır.

ÖRNEK-1 Kesitinin çapı 1mm olan 150 m uzunluğundaki alüminyum telin direnci kaç ohmdur? (=3, =2,6.10-8 ohm.m) ÇÖZÜM: A=.r2=3.(0,5.10-3)2=75.10-8 m2 R=(L/A)=2,6.10-8.(150/75.10-8)=5,2 ohm. ÖRNEK-2 Bir iletkenin uzunluğu dört, kesitinin yarıçapı iki katına çıkarılıyor. İletkenin direnci ilk direncinin kaç katına çıkar? ÇÖZÜM: R1=(L/.r2), R2=[4L/(2r)2] R2=[4L/4r2]=(L/r2)=R1

ELEKTRİK DEVRELERİNDE AKIM EŞDEĞER DİRENÇ: Bir devrede verilen tüm dirençlerin toplamının eşdeğerinde bir değere sahip dirence eşdeğer direnç denir. Dirençler seri, paralel ve karışık olarak toplanabilmektedir. Seri bağlı ise; Reş=R1+R2+… Paralel bağlı ise; 1/Reş=1/R1+1/R2+….. seri R1 paralel R1 R2 R2

OHM KANUNU Bir iletkenin uçları arasındaki potansiyel farkının iletkenden geçen akıma oranı sabittir. Bu sabite iletkenin direnci denmektedir. Bu ifadeye Ohm kanunu denir. Burada R direnç (), V potansiyel farkı (Volt), I ise akımdır (A).

AKIMIN KOLLARA AYRILMASI V2 R3 V1 I3 V3 I1 V Şekildeki devrede,R1 devreye seri, R2 ve R3 paraleldir. Paralel dirençlerde potansiyel farkları eşittir (V2=V3). Bu durumda V1+V2=V dir. Ana koldan geçen akım paralel kollardaki akımlar toplamına eşittir (I1=I2+I3).

ÖRNEKLER 1)Şekildeki devrenin eşdeğer direncini bulunuz? 5 2 ÇÖZÜM: R1=5+2+3=10  R2=(10.10)/(10+10)=100/20 =5  Reş=5+4=9  3 10 4 V 2)Yukarıdaki devrenin V gerilimi 54 volt ise 10 ’luk dirençten geçen akım kaç amperdir? ÇÖZÜM: R=V/I , ana koldan geçen akım; I=V/R=54/9=6 amper’dir. Paralel kollardaki dirençler 10’ar ohm olduğundan akım eşit bölüşülür. Yani I1=6 amper olur.

3)Şekildeki devrede kaynağın ürettiği akım kaç amperdir? 3 4 6 4 V=60 volt ÇÖZÜM: R1=(3.6)/(3+6)=18/9=2  Reş=2+4+4=10 , I=V/R=60/10=6 amper. 4)Yukarıdaki devrede 3 ’luk direncin uçları arasındaki potansiyel farkı kaç volttur? ÇÖZÜM: I=I1+I2, (V/Reş)=(V1/R1)+(V1/R2), 60/10=V1[1/3+1/6], 6=V1[3/6], V1=36/3, V1=12 volt.

ÇÖZÜM: W=V.I , 1100=220.I I=1100/220 I=5 amper. R=V/I=220/2=44 ohm. 5)Şekildeki lambalar özdeştir. Lambaların parlaklıklarını karşılaştırınız. Y X ÇÖZÜM: Lambaların parlaklığı lambanın gücüyle orantılıdır.Yani, W=V.İ dır. Bu durumda; X=2Y=2Z dir. Z 6)Bir ütünün gücü 1100 wattır. Bu ütü 220 voltluk şehir grilimi ile çalışmaktadır. Buna göre ütüden geçen akımı ve direnci bulunuz? ÇÖZÜM: W=V.I , 1100=220.I I=1100/220 I=5 amper. R=V/I=220/2=44 ohm.

MEHMET TAŞKAN FİZİK ÖĞRETMENİ HAZIRLAYAN WEB:http://kuantum_x.sitemynet.net E-mail:kuantum_x@mynet.com WEB:http://mhtaskan68.sitemynet.com E-mail:mhtaskan68@mynet.com