fizik

ana

lise2

ELEKTRİK YÜKÜNÜN ÖLÇÜLMESİ VE ELEKTRİK AKIMI

Yazar monurkar

Pazartesi, 05 Mart 2007

ELEKTRİK YÜKÜNÜN ÖLÇÜLMESİ VE ELEKTRİK AKIMI

Elektrik yüklerinin ( elektronların ) iletken içindeki hareketi elektrik akımını oluşturur. Elektrik yüklerinin hareketine elektrik akımı denir.

Metallerde iletkenliği sağlayan serbest elektronlardır. Sıvı çözeltilerde ve gazlarda ise pozitif ve negatif yüklü iyonlardır.

Elektrik akımının yönü pozitif yüklerin hareket yönü ile aynı yönlü , negatif yüklerin (elektronların ) hareket yönü ile zıt yönlü kabul edilmektedir.

Elektrik yükünün ölçülmesi için yük ölçer gerekir. Basit bir elektrik devresinde şunlar bulunabilir : Üreteç , iletken teller , lamba , reosta , anahtar gibi.

Pil devrede elektron akışının sürekliliğini sağlayan bir üreteçtir. Pilin (+) ve (-) kutupları vardır. Pilin devrede yük akışını sağlamasının nedeni (+) ve (-) kutuplar arasında potansiyel farkının (gerilim) olmasıdır. Potansiyel farkı ( V ) sıfır olduğunda yük akışı durur ve akım geçmez.

Bir Elektrik Devresinde Açığa Çıkan Maddenin Yük Miktarına Bağlılığı

Elektroliz : Bileşik halindeki bir sıvı maddenin elektrik akımı etkisiyle ayrışmasına Elektroliz denir.

Elektrik akımının etkisi ile ayrışan bileşiğe (çözeltiye ) Elektrolit denir. Elektrik akımını çözeltiye getiren iki iletkene Elektrot denir. Üretecin (+) kutbuna bağlı elektrota Anot denir. Üretecin (-) kutbuna bağlı elektrota da Katot denir. Elektrikle yüklü atom veya atom gruplarına İyon denir. Bir devrede anoda giden (-) yüklü iyonlara Anyon denir: Katoda giden (+) yüklü iyonlara da Katyon denir.

Suyun Elektrolizi

İçinde su bulunan bir kaba birkaç damla H₂SO₄ çözeltisi bırakırsak su iletken hale gelir. Bu suyun içine su ile dolu deney tüplerini ters çevirip bırakalım. Bir güç kaynağına (Üreteç) bağlı iletkenleri veya elektrotları bu tüplerin içine bırakalım. Devreden akım geçince tüplerde gazlar birikmeye başlar. (+) kutba bağlı tüpte O₂ (Oksijen ) gazı toplanır. (-) kutba bağlı tüpte de H₂ (Hidrojen ) gazı toplanır. Toplanan H₂ gazının hacmi O₂ gazının hacminin iki katıdır. Yapılan ölçümlerde devreden 1C yük geçince 0,06 cm³ oksijen ve 0,12 cm³ hidrojen gazı toplanır.

d_H = 8,4.10^-5 g/cm³ ve d_O= 1,3.10^-3 g/cm³ tür. m=V.d den kütlelerde hesaplanabilir.

Devreden Oksijen gazı toplanan tüp çıkarılırsa kalan kısma Hidrojen Kabı denir.

1- Seri Devreden Geçen yükün Ölçülmesi

Seri bir devrede iletkenin bütün noktalarından geçen yük miktarı ve akım şiddetleri (İ) eşittir. Potansiyel farkı(V) değişebilir.

2 - Paralel Devreden Geçen Yükün Ölçülmesi

Paralel bir devrede bütün kollardaki potansiyel farkları (V) eşittir. Akım şiddeti (i ) değişebilir.

3 - Paralel Kollardan Geçen Yük Miktarı ile Ana Koldan Geçen Yük Miktarlarının Karşılaştırılması

Ana koldan geçen akım paralel kollardan geçen akımların toplamına eşittir.

Örnek1 : Bir elektroliz devresinde 300C yük geçince

a) Kaç cm³ oksijen gazı toplanır.

b) Kaç cm³ Hidrojen gazı toplanır.

c) Toplanan oksijenin kütlesini bulun. (d_Oksijen = 1,3.10^-3 g/cm³ )

Çözüm :

a) Devreden 1C yük geçince 0,06 cm³ Oksijen toplanırsa

Devreden 300C “ “ X “ “ “

X = 300. 0,06 = 18 cm³ Oksijen toplanır

b) Devreden 1C yük geçince 0,12 cm³ Hidrojen toplanırsa

Devreden 300C “ “ X “ “ “

X = 300.0,12 = 36 cm³ Hidrojen toplanır

c) V_Oksijen = 18 cm³ d_Oksijen = 1,3.10^-3 g/cm³ m = ?

m= V. d = 18.1,3.10^-3 = 23,4.10^-3 gram

Örnek2 : Bir elektroliz devresinde 24 cm³ oksijen gazı toplanması için ne kadar yük geçmesi gerekir.

Çözüm :

Devrede 0,06 cm³ Oksijen gazı toplanması için 1C yük geçiyorsa

“ 24 cm³ “ “ “ “ X “ “

0,06. X = 24 ise X = 24 / 0,06 = 400 C yük geçmesi gerekir

Örnek3 : Bir elektroliz devresinde 96 cm³ Hidrojen gazı toplanması için ne kadar yük geçmesi gerekir.

Çözüm :

0,12 cm³ Hidrojen toplanması için 1C yük geçerse

96 cm³ “ “ “ X “ “

0,12 . X = 96 ise X = 96 / 0,12 = 800 C

Örnek4 :

Özdeş kaplardan oluşan şekildeki elektroliz devresinde C kabındaki tüpte 20 cm³ oksijen gazı toplandığına göre

a) B kabındaki tüpte toplanan gazın türünü ve hacmini bulun.

b) A kabındaki tüpte toplanan gazın türünü ve hacmini bulun.

Çözüm :

a) B kabındaki tüp (-) kutba bağlı olduğu için Hidrojen gazı toplanır.

B ve C paralel kollardır. paralel kollarda geçen akım veya yük miktarları birbirine eşittir. Bu nedenle B kabındaki tüpte toplanan Hidrojenin hacmi C kabında toplanan oksijenin hacminin iki katıdır.

V_B = 2.V_C = 2.20 = 40 cm³ Hidrojen

b) A kabındaki tüp (-) kutba bağlı olduğu için Hidrojen gazı toplanır.

A kabı ana koldadır. Ana koldan geçen akım paralel kollardan geçen akımların veya yüklerin toplamına eşittir. Buradaki şekilde iki tane paralel kol vardır. Dolayısıyla A kabında bulunan tüpteki hidrojenin hacmi B kabındaki hidrojenin hacminin iki katı olur.

V_A = 2.V_B = 2.40 = 80 cm³ Hidrojen

Örnek5 :

Özdeş kaplardan oluşan şekildeki elektroliz devresinde E kabındaki tüpte 16 cm³ oksijen gazı toplandığına göre

a) D kabındaki tüpte toplanan gazın türünü ve hacmini bulun.

b) C kabındaki tüpte toplanan gazın türünü ve hacmini bulun.

c) B kabındaki tüpte toplanan gazın türünü ve hacmini bulun.

d) B kabından ne kadar yük geçer.

e) B kabından kaç tane elektron geçmiştir. ( 1ē = 1,6.10^-19 C )

Çözüm :

a) D kabındaki tüp (-) kutba bağlı olduğu için hidrojen gazı toplanır.

D kabı E kabına paralel olduğu için E ve D özdeş kaplarından geçen akımlar veya yükler eşittir. Ancak D kabındaki tüpte toplanan Hidrojenin hacmi E kabındaki tüpte toplanan Oksijenin hacminin iki katıdır.

V_D = 2.V_E = 2.16 = 32 cm³ Hidrojen

b) C kabındaki tüp (+) kutba bağlı olduğu için Oksijen gazı toplanır.

C kabı E kabıyla paralel olduğu için C ve E kaplarından geçen akımlar eşittir. Her iki kaptaki tüpte (+) kutba bağlı olduğu için toplanan oksijenlerin hacimleri de eşittir.

V_C = V_E = 16 cm³ Oksijen

c) B kabındaki tüp (-) kutba bağlı olduğu için Hidrojen gazı toplanır.

B kabı ana kol üzerindedir. Şekildeki gibi Ana koldan geçen akım her üç paralel koldan geçen akımların toplamına eşittir. Dolayısıyla paralel kollar üzerindeki kaplardaki tüplerde toplanan veya havaya karışan hidrojen gazının hacmi kadar hidrojen gazı B kabındaki tüpte toplanır. Başka bir deyişle paralel kollardan biri üzerindeki özdeş kaplardan birindeki tüpte toplanan Hidrojen gazının hacminin Üç katı kadar hacimde Hidrojen gazı ana kol üzerindeki B kabında bulunan Hidrojen tüpünde toplanır. Sorudaki şekilde D kabındaki tüpte toplanan Hidrojen gazının hacminin üç katı kadar Hidrojen gazı B kabındaki tüpte toplanır.

V_B = 3.V_D = 3.32 = 96 cm³ Hidrojen

d) 0,12 cm³ hidrojen için 1C yük gerekirse

96 cm³ " " X " " Buradan X = 96 / 0,12 =800C olur.

e) 1 elektronun yükü 1,6.10^-19 C ise

X " " 800C dir. Buradan X = 800 / 1,6.10^-19 = 500.10¹⁹ tane elektron

AMPERMETRENİN DEVREDEN GEÇEN YÜK ÖLÇÜMÜNDE KULLANILMASI

Yapılan deneylerde devreden geçen elektrik yükü miktarı ile toplanan Hidrojen gazı miktarının orantılı olduğu görülmüştür.

Akım Şiddeti ( i) : Bir elektrik devresinden birim zamanda ( 1 saniyede ) geçen elektrik yükü miktarına akım şiddeti denir.

Akım şiddeti birimi Amper dir. Amper = Coulomb / Saniye dir.

Akım Şiddeti = Yük i = q olur.

Zaman t

Örnek : Bir elektrik devresinde 50 saniye süre ile 150C yük geçerse akım şiddeti kaç amper olur.

Çözüm : t = 50 s q=150C i =?

i = q /t = 150 / 50 = 3 Amper olur.

Örnek : Bir iletkenden 5 saniyede 6,4 Amperlik akım geçiyor.

a) Ne kadar yük geçer.

b) Bu iletkenden kaç elektron geçmiştir. (1ē = 1,6.10^-19C )

Çözüm :

a) q = t. i = 5 . 6,4 = 32 C

b) 1ē ( 1 elektronun yükü ) 1,6.10^-19C ise

X “ 32 C “

X = 32 / 1,6.10^-19 = 20.10¹⁹ tane elektron

Örnek : Bir elektroliz devresinde 5 dakika süre ile 4 Amperlik akım geçiyor.

a) Geçen yükü bulun.

b) Toplanan Oksijenin hacmini bulun.

c) Toplanan Hidrojenin hacmini bulun.

d) Toplanan Oksijenin kütlesini bulun. ( d_Oksijen = 1,3.10^-3 gr /cm³ )

Çözüm : t=5 dakika = 300 saniye i = 4 amper

a) q = t. i = 4 . 300 = 1200 C

b) devreden 1C yük geçince 0,06 cm³ oksijen toplanıyorsa

“ 1200C “ “ X “ “ toplanır.

X = 1200. 0,06 = 72 cm³ oksijen

c) Aynı miktar yük ile toplanan Hidrojen Hacmi Oksijen hacminin iki katı olur.

V_Hidrojen = 2.V_Oksijen = 2.72 = 144 cm³ Hidrojen

d) m = V.d = 72.1,3.10^-3 = 93,6.10^-3 gram Oksijen

Örnek : Bir elektroliz devresinde 5 dakikada 576 cm³ oksijen toplandığına göre akım şiddeti ne kadardır.

Çözüm :

0,06 cm³ oksijen toplanması için 1C yük geçiyorsa

576 cm³ oksijen için X yük geçer.

--------------------------------------------------------------------------------

X = 576 / 0,06 = 9600 C yük geçer 5 dakika = 300 saniye

İ = q / t = 9600 / 300 = 32 A

Yükün Korunumu

Üreteçten çıkan yük miktarı ile devreyi dolaşıp üretecin öbür ucuna gelen yük miktarında farklılık olmadığı yapılan deneylerden anlaşılmaktadır. Devreden dışarıya yük kaçması yoksa devreye giren yük ile devrenin öbür ucuna ulaşan yükün eşit olması yükün korunduğunu gösterir. Bu olaya Yükün Korunumu denir.

Maddelerin Elektrik İletkenliği

Maddeler tanecikli yapıdadır. Tanecikler de elektrikli yapıdadır. Maddelerin elektrik iletkenliği elektrik yüklerinin bir yerden başka bir yere taşınması anlamına gelir. Bu yüklerin taşınabilmesi için yükleri maddeye bağlayan kuvvetin ortadan kalkması veya yükün serbest olması gerekir.

a) Katıların İletkenliği

Katıların iletkenliği katılar boyunca hareket edebilen elektronlarla sağlanır. Bunlara serbest elektron denir. Üzerinde serbest elektron bulunan bir katının uçlarına üreteç bağlanırsa serbest elektronlar belli bir yönde hareket eder.

Sıcaklık , basınç ve elektrik potansiyel farkı maddelerin iletken olmalarında etkilidir. –273^oC de bütün metallerin iyi birer iletken olabileceği araştırmalar sonucu bulunmuştur. Plastik , cam , porselen gibi maddeler yalıtkandır. Uygun şartlar sağlandığında yalıtkan maddeler de iletken hale geçebilirler.

b) Sıvıların İletkenliği

Sudaki çözeltileri elektriği ileten maddelere elektrolitik maddeler denir. Elektrolitik maddeler suda çözünürse iyonlarına ayrılır. Elektrik yükünün sıvı içinde taşınması (+) ve (-) yüklü iyonlar tarafından sağlanır.

c) Gazların İletkenliği

Normal şartlardaki gaz içerisinde çevreden gelen etkilerden dolayı çok azda olsa serbest elektron ve iyonlar bulunabilir.

Gazları bir tüpün içine bırakalım. Tüpün elektrotları arasında yeterli büyüklükte elektrik potansiyel farkı oluşturulursa tüp içindeki iyonlar ve elektronlar hareket ettirilebilir. Basınç düşürülürse iletkenlik sağlanabilir. İletkenliğin artırılabilmesi için gerilim artırılmalı , basınç azaltılmalıdır.

Gerilim uygulanınca tüpteki gaz moleküllerinin bir kısmı iyonlarına ayrılır. Pozitif iyonlar Katoda doğru , elektronlar ise Anotta doğru hareket eder. İyonlar bu hareketleri sırasında gaz atomları ile çarpışarak gaz içinde iyon ve elektron sayılarının artmasına neden olurlar. Bu iyon ve elektronların hareketi gaz içinde elektrik akımını oluşturur. Flüoresan lambalar bu esasa göre yapılırlar. Bu sırada yayınlanan Ultraviyole ışınlar görünür ışık haline gelir.

Düşük basınçlı helyum turuncu – sarı , hidrojen koyu pembe , cıva buharı mavi – pembe renkli ışık verir.

İyonlaşmamış gaz kütlesi iyi bir elektrik yalıtkanıdır.

Favorilere Ekle

Sik Kullanilanlar

E-posta ile Bildir

Okunma: 6275

Yorumlar (0)