Atölye Çalışması 2 Dersi 3. Ünite Sorularla Öğrenelim

Maddenin ayırt edici (karakteristik) özelliklerini tanımlayınız?

Her maddenin kendine özgü fiziksel özellikleri vardır. Bu özelliklere maddenin ayırt edici (karakteristik) özellikleri denir. Bu özellikler maddeyi hem tanımamızı hem de diğer maddelerden ayırmamızı sağlar.

Elektriksel İletkenlik nedir?

Bir maddenin üzerinden geçen elektrik akımına gösterdiği kolaylığa elektriksel iletkenlik denir.

İletken ve yalıtkan kavramlarını tanımlayınız?

Elektrik akımını ileten maddelere iletken ve iletmeyen maddelere ise yalıtkan adı verilir. Bir maddenin direnci ne kadar küçük ise, o maddeden elektrik akımı o kadar kolay geçer ve madde o kadar iyi bir iletkendir. Katı maddelerin elektriksel iletkenlikleri incelendiğinde altın, gümüş, bakır, alüminyum gibi metallerin elektrik akımını iyi ilettikleri; plastik, elmas gibi yalıtkanların ise elektriği hemen hemen hiç iletmedikleri dikkat çeker.

İletkenlerin ve yalıtkanların elektriksel iletkenliği nedir? Açıklayınız.

Cevap: İletkenlerin elektriksel iletkenliği 5×107 (ohm·m)-1 civarındadır ve yalıtkanların ise 1×10-12 (ohm·m)-1’den küçüktür. Bu çarpıcı farklılık katı maddelerde akım oluşmasını sağlayan serbest elektronların sayısından ve madde içerisindeki hareket kabiliyetlerinden kaynaklanır. Metallerde serbest elektron sayısı fazladır ve bu yüzden metaller elektrik akımını iyi iletirler. Yalıtkanlar ise serbest elektronları hemen hemen hiç olmayan katılardır.

Yarıiletken nedir? Açıklayınız.

Elektriksel iletkenlikleri iletkenler ve yalıtkanlar arasında olan katı maddelere ise yarıiletken adı verilir. Silisyum ve germanyum en iyi bilinen örnekleridir ve yarıiletkenler elektroniğin gelişimine hız kazandırmış malzemelerdir.

Elektriksel iletkenlik katı maddeler için ayırt edici bir fiziksel özellik midir? Bilgi veriniz.

Elektriksel iletkenlik katı maddeler için ayırt edici bir fiziksel özelliktir.

Serbest elektron nedir? Açıklayınız.

Negatif yüklü parçacıklar olan elektronlar bir konumdan başka bir konuma hareket ettiklerinde, bu elektronlara serbest elektron denir. Bir katı maddeye potansiyel fark uygulandığında, serbest elektronların sayısı ve hareket kabiliyetleri elektriksel iletkenliği belirler.

Elektrik akımı nedir? Açıklayınız.

İletken bir telin herhangi bir kesitinden birim zamanda geçen yük miktarına elektrik akımı denir.

Elektrik akımının birimi nedir? Açıklayınız.

Elektrik akımının birimi, SI (Systemé International d Unitès-uluslararası birim sistemi) birim sisteminde akımın birimi Amper (A), zamanın birimi saniye (s) ve yükün birimi Coulomb (C)’dur. Bu açıklamalara göre, S yüzeyinden 1 s’de 1 C’luk yük geçtiğinde, 1 A’lik akım oluşacaktır (1A 1C/s).

Elektrik akımının yönü nedir? Açıklayınız.

Elektrik akımının yönü pozitif yüklerin akış yönü olarak kabul edilir. Ancak bir iletkende elektrik akımını negatif yüklü serbest elektronların hareketi oluşturduğu için, elektrik akımının yönü elektronların akış yönüne zıt olacaktır.

Günlük hayatımızda kullandığımız saat, hesap makinesi, cep telefonu gibi doğru akımla çalışan herhangi bir aygıtın çalıştırılabilmesi için gereken nedir?

Günlük hayatımızda kullandığımız saat, hesap makinesi, cep telefonu gibi doğru akımla çalışan herhangi bir aygıtın çalıştırılabilmesi için, aygıtın içinden sürekli ve aynı büyüklükte elektrik akımının geçmesi gerekir. Elektrik akımının sürekli olması, elektron hareketinin sürekli olması anlamına gelir.

Elektron hareketini sürekli hale getirebilmek için kullanılması gereken nedir? Açıklayınız.

Elektron hareketini sürekli hale getirebilmek için elektrik enerjisi üreten kaynaklar kullanmak gerekir.

Elektrik enerjisi kaynağı nedir?

Elektrik enerjisi üreterek sürekli elektrik akımının oluşmasını sağlayan kaynaklara elektrik enerjisi kaynağı, elektrik akımı kaynağı, güç kaynağı veya üreteç adı verilir. Güç kaynaklarına en basit örnek pillerdir. Kapalı bir devrede güç kaynağının bir ucundan çıkan elektronlar belirli bir yolu takip ederek güç kaynağının diğer ucuna gelirler. Böylece güç kaynağı elektron akışının sürekli olmasını sağlayarak sürekli bir elektrik akımı oluşturur ve aygıt çalışır.

Güç kaynağının uçlarına bir direnç bağlandığında elektronlar nasıl hareket eder?

Güç kaynağının uçlarına bir direnç bağlandığında, güç kaynağının negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar direnç içinden geçerek güç kaynağının pozitif (+) kutbuna gelirler ve devreyi tamamlarlar. Bu yük akışı devreden güç kaynağının pozitif (+) kutbundan negatif (-) kutbuna doğru bir I akımı geçmesini sağlar.

Elektronların akış yönü ile I akımının yönü birbirine göre nasıldır?

Görüldüğü gibi elektronların akış yönü ile I akımının yönü birbirine terstir. Bu durumu şöyle açıklayabiliriz: Güç kaynağından bir potansiyel fark uygulandığında, yönü güç kaynağının pozitif (+) kutbundan negatif (-) kutbuna doğru olacak şekilde bir E elektrik alanı oluşur. Bu elektrik alan metal içindeki serbest elektronlara bir elektriksel kuvvetin etki etmesini sağlar. Serbest elektronlar negatif yüklü parçacıklar oldukları için, elektronlar üzerine etkiyen elektriksel kuvvet oluşan elektrik alana ters yönde olur ve elektronlar bu elektriksel kuvvet yönünde yani elektrik alana ters yönde vs sürüklenme hızı ile hareket ederler. Böylece sürekli bir elektron akışı sağlanır ve dış devreden bir I akımı akar.

Akımla elektrik alan yönü birbirine göre nasıldır?

Akımla elektrik alan her zaman aynı yönde olur.

Direnç’i tanımlayınız ve direnç hakkında bilgi veriniz?

Bir elektrik devresinde iletkenin iki ucu arasına bir V potansiyel farkı uygulandığında, iletken içinden bir I akımı akacaktır. Ancak, elektrik devresinde akım bir uçtan diğer uca ulaşıncaya kadar zorluklarla karşılaşır. Bir iletkenin elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa direnç denir ve direnç R harfi ile temsil edilir. Elektrik iletiminde ya da elektrik devrelerinde kullanılan her iletkenin bir direnci vardır. Direnç, iletken içerisinde hareket eden serbest elektronların, iletken içindeki atomlarla ve diğer serbest elektronlarla çarpışmalarından kaynaklanır. Elektrik devrelerinde direncin temel görevi akımı sınırlamak ya da düzenlemektir.

Geometrileri aynı ancak elektriksel iletkenlikleri farklı olan iki iletkene aynı büyüklükte bir elektrik alan uygulanırsa, akım yoğunlukları hakkında bilgi veriniz?

Geometrileri aynı ancak elektriksel iletkenlikleri farklı olan iki iletkene aynı büyüklükte bir elektrik alan uygulanırsa, daha büyük elektriksel iletkenliğe sahip olan iletkenin akım yoğunluğunun daha büyük olacağı da açıktır.

Geometrileri aynı ancak elektriksel iletkenlikleri farklı olan iki iletkene aynı büyüklükte bir elektrik alan uygulanırsa akım yoğunlukları nasıl olur?

Geometrileri aynı ancak elektriksel iletkenlikleri farklı olan iki iletkene aynı büyüklükte bir elektrik alan uygulanırsa, daha büyük elektriksel iletkenliğe sahip olan iletkenin akım yoğunluğunun daha büyük olacağı da açıktır.

Elektriksel özdirenç ile elektriksel iletkenlik arasındaki ilişkiyi açıklayınız?

O halde yüksek elektriksel özdirence sahip bir iletkenin elektriksel iletkenliği küçük olacaktır ya da bir iletkenin elektriksel özdirenci ne kadar küçükse elektriksel iletkenliği o kadar büyük olacaktır.

Bir iletken içerisinde oluşan elektrik alanın kaynağı nedir?

Bir iletken içerisinde oluşan elektrik alanın kaynağı iletkenin iki ucu arasına uygulanan potansiyel farktır.

Elektrik alan ile potansiyel fark ve akım yoğunluğu ile akım arasındaki ilişkiler kullanılarak Ohm yasasının pratik uygulamalarda (elektrik devrelerinde) daha kullanışlı bir ifadesi türetilebilir mi?

Elektrik alan ile potansiyel fark ve akım yoğunluğu ile akım arasındaki ilişkiler kullanılarak Ohm yasasının pratik uygulamalarda (elektrik devrelerinde) daha kullanışlı bir ifadesi türetilebilir.

Bir iletken üzerinden geçen akımı ölçmek için ne kullanılır?

Bir iletken üzerinden geçen akımı ölçmek için ampermetre kullanılır. Ampermetrenin iç direnci ihmal edilebilecek kadar küçüktür ve devreye seri olarak bağlanır.

Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı ölçmek için ise ne kullanılır?

Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı ölçmek için ise voltmetre kullanılır.

Ohm Yasasına göre sabit sıcaklıktaki bir iletkenden geçen akım, iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı ile nasıl değişir?

Ohm Yasasına göre sabit sıcaklıktaki bir iletkenden geçen akım iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı ile doğru orantılı olarak değişir. Örneğin potansiyel fark 2 kat arttırılırsa, iletkenden geçen akım 2 kat artar ya da akım 4 kat artarsa potansiyel fark 4 kat artar. Böylece iletkenin direnci sabit kalır. Buna göre bir iletkenin direnci, akım ve potansiyel fark ile değişmez.

Akım-potansiyel fark (I-V) değişim grafiğinden faydalanılarak bir iletkenin R direnci hesaplanabilir mi?

Akım-potansiyel fark (I-V) değişim grafiğinden faydalanılarak bir iletkenin R direnci hesaplanabilir. Bu grafiğin eğimi, akımdaki değişimin potansiyel farktaki değişime oranına eşittir ve bu oran iletkenin R direncinin tersini verir.

Acaba bir iletkenin direnci nelere bağlıdır ve nasıl değişir?

Bir iletkenin direnci o iletkenin boyuna (L), iletkenin dik kesit alanına (S) ve iletkenin cinsine bağlı olarak değişir. Bir iletkenin direnci iletkenin uzunluğu ile doğru orantılıdır. İletkenin uzunluğu arttıkça direnç değeri de artar. Ancak bir iletkenin S kesit alanı arttıkça iletkenin direnci azalır veya kesit alanı azaldıkça direnç artar. Yani bir iletkenin direnci kesit alanı ile ters orantılıdır. Görüldüğü gibi, bir iletkenin direnci iletkenin geometrisine bağlı olarak değişir. Bir iletkenin direnci iletkenin cinsine bağlı olarak da değişir. Örneğin aynı kesit ve uzunluğa sahip bakır ve alüminyum iletkenlerinin dirençleri birbirinden farklıdır. Direnç değerlerindeki farklılık iletkenlerin elektriksel iletkenliklerinin farklı olmasından kaynaklanır. Elektriksel iletkenliği küçük olan iletkenin direnci büyük olur. Bir başka deyişle direnç elektriksel iletkenlikle ters orantılıdır. Bir iletkenin direnci elektriksel özdirenci ile doğru orantılıdır. Yani iletkenin elektriksel özdirenci küçük ise direnç değeri küçük, büyük ise direnç değeri büyük olacaktır. Bildiğimiz gibi iletkenin R direnci iletkenin geometrisine bağlıdır ve iletkene özgü bir özellik değildir. Ancak iletkenin geometrisine bağlı olmayan elektriksel özdirenç, iletkenleri tanımak ve birbirinden ayırt etmek için kullanılan karakteristik bir fiziksel özelliktir. Bir başka deyişle, her iletkenin elektriksel özdirenci birbirinden farklıdır.

İletken maddelerin özdirenci sıcaklığa bağlı mıdır? Bağlı ise nasıl değişir?

İletken maddelerin özdirenci sıcaklığa bağlıdır ve artan sıcaklıkla özdirenç artar. Bir iletkenin özdirenci belirli bir sıcaklık aralığında aşağıda verilen denkleme uygun olarak sıcaklık arttıkça doğrusal olarak değişir.

Direncin sıcaklıkla değişiminden faydalanılarak yapılan elemanlardan bir örnek veriniz?

Direncin sıcaklıkla değişiminden faydalanılarak direnç termometreleri yapılır. Direnç termometrelerinde, genellikle platinden yapılmış metal bir tel kullanılır. Tel ısındıkça direnci artar ve böylece hassas olarak sıcaklık ölçülür.

Dört-uç tekniği nedir?

Dört-uç tekniği yüksek elektriksel iletkenliğe sahip malzemelerin deneysel olarak iletkenliklerini belirlemek için kullanılan bir tekniktir. İletken çubuk üzerinde dört bağlantı girişi vardır. Bir akım kaynağı kullanılarak iki dış uçtan bir akım uygulanır ve diğer iki iç uç arasındaki potansiyel fark bir voltmetre yardımıyla ölçülür. Böylece farklı akımlar sürülerek, iletken çubuğun uçları arasındaki potansiyel fark değerleri okunur. Daha sonra akım-voltaj grafiği çizilir ve eğimi hesaplanarak iletken çubuğun direnci bulunur.

Deneyde kullanacağımız gerekli araç ve gereçler hakkında bilgi veriniz?

Bu deneyde kullanacağımız gerekli araç ve gereçler aşağıda listelenmiştir: • DC güç kaynağı • Gerilim yükseltici • Dijital multimetre • Alüminyum çubuk • Bakır çubuk • 50 cm uzunluğunda mavi bağlantı kablosu • 50 cm uzunluğunda kırmızı bağlantı kablosu

Multimetre? Multimetre hakkında bilgi veriniz?

Akım, gerilim ve direnç ölçmek için geliştirilmiş elektronik ölçü aletine multimetre denir. Multimetrenin genellikle ortasında dönebilen bir kademe anahtarı bulunur. Kademe anahtarı çevrilerek akım, voltaj ya da direnç bölgesine getirildiğinde, multimetre sırası ile ampermetre, voltmetre ya da ohmmetre olarak kullanılır. Multimetreler analog ve dijital olarak iki çeşittir ve her iki tip multimetrenin de kullanılma yöntemleri aynıdır. Dijital multimetrelerde ölçüm değerleri doğrudan rakamla gösterildiğinden multimetrenin kullanımı basit ve kolaydır.

Maddeyi hem tanımamızı hem de diğer maddelerden ayırmamızı sağlayan özelliklere ne denir?

Her maddenin kendine özgü fiziksel özellikleri vardır. Bu özelliklere maddenin ayırt edici (karakteristik) özellikleri denir. Bu özellikler maddeyi hem tanımamızı hem de diğer maddelerden ayırmamızı sağlar.

Elektriksel iletkenlik nedir?

Bir maddenin üzerinden geçen elektrik akımına gösterdiği kolaylığa “elektriksel iletkenlik” denir.

İletken madde ve yalıtkan madde ne demektir?

Elektrik akımını ileten maddelere “iletken” ve iletmeyen maddelere ise “yalıtkan” adı verilir.

İletken ve yalıtkan maddelere örnek veriniz.

Bir maddenin direnci ne kadar küçük ise, o maddeden elektrik akımı o kadar kolay geçer ve madde o kadar iyi bir iletkendir. Katı maddelerin elektriksel iletkenlikleri incelendiğinde altın, gümüş, bakır, alüminyum gibi metallerin elektrik akımını iyi ilettikleri; plastik, elmas gibi yalıtkanların ise elektriği hemen hemen hiç iletmedikleri dikkat çeker.

Bir maddenin iletken ya da yalıtkan olduğuna nasıl karar verilir?

İletkenlerin elektriksel iletkenliği 5×107 (ohm·m)-1 civarındadır ve yalıtkanların ise 1×10-12 (ohm·m)-1’den küçüktür.

Maddelerin iletken ya da yalıtkan olmasının sebebi nedir?

Katı maddelerde akım oluşmasını sağlayan serbest elektronların sayısından ve madde içerisindeki hareket kabiliyetlerinden kaynaklanır. Metallerde serbest elektron sayısı fazladır ve bu yüzden metaller elektrik akımını iyi iletirler. Yalıtkanlar ise serbest elektronları hemen hemen hiç olmayan katılardır.

Yarıiletken nedir?

Elektriksel iletkenlikleri iletkenler ve yalıtkanlar arasında olan katı maddelere ise yarıiletken adı verilir.

Yarı iletkenlere örnek veriniz.

Silisyum ve germanyum en iyi bilinen örnekleridir ve yarıiletkenler elektroniğin gelişimine hız kazandırmış malzemelerdir.

Elektrik akımı nedir?

Serbest elektronların iletken içindeki hareketi elektrik akımı oluşturur. İletken bir telin herhangi bir kesitinden birim zamanda geçen yük miktarına elektrik akımı denir.

Güç kaynağı nedir?

Günlük hayatımızda kullandığımız saat, hesap makinesi, cep telefonu gibi doğru akımla çalışan herhangi bir aygıtın çalıştırılabilmesi için, aygıtın içinden sürekli ve aynı büyüklükte elektrik akımının geçmesi gerekir. Elektrik akımının sürekli olması, elektron hareketinin sürekli olması anlamına gelir. Elektron hareketini sürekli hale getirebilmek için elektrik enerjisi üreten kaynaklar kullanmak gerekir. Elektrik enerjisi üreterek sürekli elektrik akımının oluşmasını sağlayan kaynaklara “elektrik enerjisi kaynağı”, “elektrik akımı kaynağı”, “güç kaynağı” veya “üreteç” adı verilir. Güç kaynaklarına en basit örnek pillerdir. Kapalı bir devrede güç kaynağının bir ucundan çıkan elektronlar belirli bir yolu takip ederek güç kaynağının diğer ucuna gelirler. Böylece güç kaynağı elektron akışının sürekli olmasını sağlayarak sürekli bir elektrik akımı oluşturur ve aygıt çalışır.

Akım yoğunluğu nedir?

Bir iletkende birim yüzeyden geçen elektrik akımına yani birim alan başına düşen elektrik akımına “akım yoğunluğu” denir. Akım yoğunluğu akım yönünde (dolayısı ile elektrik alan yönünde) olan bir vektördür ve J ile gösterilir. SI birim sisteminde akım yoğunluğunun birimi A/m2’dir.

Serbest elektron nedir?

Negatif yüklü parçacıklar olan elektronlar bir konumdan başka bir konuma hareket ettiklerinde, bu elektronlara “serbest elektron” denir. Bir katı maddeye potansiyel fark uygulandığında, serbest elektronların sayısı ve hareket kabiliyetleri elektriksel iletkenliği belirler

Direnç nedir?

Elektrik devresinde akım bir uçtan diğer uca ulaşıncaya kadar zorluklarla karşılaşır. Bir iletkenin elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa “direnç” denir ve direnç R harfi ile temsil edilir. Elektrik iletiminde ya da elektrik devrelerinde kullanılan her iletkenin bir direnci vardır.

Direncin sebebi nedir?

Direnç, iletken içerisinde hareket eden serbest elektronların, iletken içindeki atomlarla ve diğer serbest elektronlarla çarpışmalarından kaynaklanır. Elektrik devrelerinde direncin temel görevi akımı sınırlamak ya da düzenlemektir.

Ohm yasası nedir?

R dirençli bir iletkenin iki ucu arasına bir potansiyel fark uygulandığında, iletkenin içinde bir E elektrik alanının ve bir J akım yoğunluğunun oluştuğunu öğrenmiştik. İletken içinde bir noktadaki elektrik alan o noktadaki akım yoğunluğunu belirler. Birçok metalde sabit sıcaklıkta akım yoğunluğu elektrik alanla doğru orantılı olarak değişir yani elektrik alan ne kadar artarsa akım yoğunluğu da o kadar artar. Buna göre, sabit sıcaklıkta akım yoğunluğunun elektrik alana oranı sabit olup, bu sabite “elektriksel iletkenlik (?, sigma diye okunur)” adı verilir ve elektriksel iletkenlik akımı oluşturan elektrik alandan bağımsızdır. Sabit sıcaklıkta akım yoğunluğu ile elektrik alan arasındaki bu ilişki “Ohm Yasası” olarak bilinir.

Elektriksel iletkenlik nedir ve birimi nasıl gösterilir?

Geometrileri aynı ancak elektriksel iletkenlikleri farklı olan iki iletkene aynı büyüklükte bir elektrik alan uygulanırsa, daha büyük elektriksel iletkenliğe sahip olan iletkenin akım yoğunluğunun daha büyük olacağı da açıktır. Buna göre, bir iletkenin üzerinden geçen elektrik akımına gösterdiği kolaylığa bir başka deyişle iletkenin serbest elektronların akışına izin verme yeteneğine “elektriksel iletkenlik” denir. Elektriksel iletkenliğin birimi (?·m)-1’dir.

Elektrik özdirenç nedir ve birimi nasıl gösterilir?

Bir iletkenin elektriksel iletkenliğinin tersine elektriksel özdirenç (t, ro diye okunur) adı verilir. O halde yüksek elektriksel özdirence sahip bir iletkenin elektriksel iletkenliği küçük olacaktır ya da bir iletkenin elektriksel özdirenci ne kadar küçükse elektriksel iletkenliği o kadar büyük olacaktır. Elektriksel özdirencin birimi (?·m)’dir.

Dört uç tekniği ne için uygulanır?

Dört-uç tekniği yüksek elektriksel iletkenliğe sahip malzemelerin deneysel olarak iletkenliklerini belirlemek için kullanılan bir tekniktir.

Süperiletken ne demektir?

Çok düşük sıcaklıklarda pek çok metalin özdirenci (veya direnci) çok küçüktür fakat sıfır değildir. Bazı metaller çok düşük sıcaklıklara soğutulduklarında, kritik bir sıcaklık değerinde özdirençlerinin aniden sıfıra düştüğü görülür. Bu olaya süperiletkenlik ve bu özelliği gösteren maddelere de süperiletken adı verilir. Örneğin civa 4,2 Kelvin (K) sıcaklığının altında süperiletkendir

Metallerin elektriksel iletkenliği deneyinde kullanacağınız araç ve gereçler nelerdir?

• DC güç kaynağı (14 V AC/12 VDC, 5 A) .......................................... 1 adet
• Gerilim yükseltici ......................................................................... 1 adet
• Dijital multimetre ......................................................................... 2 adet
• Alüminyum çubuk ........................................................................ 1 adet
• Bakır çubuk ................................................................................ 1 adet
• 50 cm uzunluğunda mavi bağlantı kablosu ...................................... 3 adet
• 50 cm uzunluğunda kırmızı bağlantı kablosu ................................... 4 adet