EET 148 Ölçme Laboratuvarı

DENEY 3
3.1 Ohm Kanunun İncelenmesi
Not: Deneye gelmeden önce Kirchoff kanunları deneyinin tablosunda (Sayfa 7) teorik
sonuçlar yazan kısmı Şekil 3.2.1 ‘de verilen devre şemasına göre hesaplayıp doldurunuz.
AMAÇ: DA devrelerinde akım, gerilim ve direnç arasındaki bağıntının çıkarılması akımgerilim ve akım- direnç değişim eğrilerinin çizilmesi
3.1.1 Deneyin Teorisi
Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluğa ve bu amaçla; Krom-Nikel, Tungsten, Volfram vb
iletkenlerden yapılmış devre elemanlarına direnç denilmektedir. Bir direnç elemanı bir DA
kaynağına bağlandığında dirençten, uygulanan gerilim ve direncin kendisiyle orantılı bir akım
geçer. Dirençten geçen akım direnç elemanını ısıtarak ısı enerjisi açığa çıkarır. Böylece
kaynaktan dirence aktarılan güç dirençte tamamen ısıl enerjiye dönüştürülerek harcanır. Başka
bir ifade ile dirençte enerji depolanmaz. Bunun sonucu olarak, direnç elemanına uygulanan
gerilim kesildiğinde geçen akım hemen sıfır olur ve direnç uçlarında herhangi bir emk
indüklenmez. Bir direnç elemanının akım, gerilim ve direnci arasındaki ilişki Ohm Kanunu ile
açıklanmaktadır.
3.1.2 OHM Kanunu
Direnç elemanlı bir DA devresinde (Şekil 3.1), dirençten geçen akım (I); direncin uçlarına
uygulanan gerilimle (Şekil 3.1 de kaynak gerilimi ile) (E) doğru, direncin kendisiyle (R) ters
orantılıdır. Ohm Kanunu: elektrik devresinde akım, gerilim ve direnç veya empedans
arasındaki bağıntıyı açıklar. AA devresinde direncin yerini empedans almaktadır. Ohm
Kanununa göre bir DA devresinde akım gerilimle doğru dirençle ters orantılı olarak değişir.
Bir başka ifade ile devreye uygulanan gerilimin (V), devre akımına (I) oranı sabit olup devre
direncini (R) verir. Ohm kanununun bu tanımı, iletkenler (metaller) için ve sıcaklığın etkisi
dikkate alınmadığı zaman geçerlidir. Devre direncine aynı zamanda devre sabiti de
denilmektedir. Şekil 3.2 de, bir DA devresinde direnç sabit iken akımın gerilimle, gerilim
sabitken de akımın dirençle değişim eğrileri verilmektedir.
+
I
R
V
Şekil 3.1: Temel doğru akım devresi.
1
I(A)
I(A)
V=Sabit
R=Sabit
R(ohm)
V(V)
a)
b)
Şekil 3.2. Bir DA devresinde a) Akım-gerilim (I-V) b) Akım-direnç (I-R) eğrileri.
Şekil 3.1 de verilen DA devresinde, Ohm Kanununa göre devre akımı gerilimi ve direnci
arasındaki bağıntılar aşağıdaki gibidir.
Akım:
I
V
R
A
(3.1)
Direnç:
R
V
I

(3.2)
Gerilim:
V  I .R
V 
(3.3)
Eşitlik 3.1 den, devre akımının uygulanan gerilimle doğru, devrenin direnci ile ters; eşitlik 3.2
den, devre geriliminin devre akımına oranı devrenin direncine eşit ve eşitlik 3.3 den, devreye
uygulanan gerilimin devre direnci ve akımı ile doğru orantılı olduğu görülmektedir. Ohm
kanunu ile ifade edilen bir devredeki; akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiler grafiksel
olarak da açıklanabilmektedir.
Şekil 3.2-a da, akımın devreye uygulanan gerilimle doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir.
Akımın gerilime bağlı değişimi, eğimi sabit bir doğruyu vermektedir. Doğrunun eğimi de
devre direncini vermektedir. Şekil 3.2-b de, gerilim sabit iken akımın dirençle ters orantılı ve
hiperbolik olarak değiştiği görülmektedir. Ayrıca, akım-direnç değişim eğrisinin eksenleri
kesmediği görülmektedir. Bunun anlamı, direnç çok küçüldüğünde akımın çok fazla arttığı ve
kısa devreye gittiğini, direnç çok fazla artırıldığında ise akımın azaldığı fakat sıfır olmadığı
görülmektedir. Bir başka ifade ile bir devrede direncin değeri sıfır ile sonsuz arasında
değiştirilememektedir.
2
3.1.3 Deney Bağlantı şemaları
R1=2K2
R2 =2K2
R3 =2K2
R4 =2K2
V
+ V
-
A
Şekil 3.3: DA devresinde Akım-gerilim (I-V) Karakteristik Eğrisinin elde edilmesi.
R1=2K2
R2 =2K2
R3=2K2
R4 =2K2
2
1
3
4
V
+ V
-
A
Şekil 3.4: Akım-direnç (I-R) karakteristik eğrisinin elde edilmesi.
3.1.4 Deneyin yapılışı
1. Şekil 3.3 deki devreyi kurunuz. Güç kaynağının gerilimini sıfıra getiriniz.
2. Kaynağın gerilimini, 5V aralıklar la 20 volta kadar artırarak her kademedeki akım ve
gerilim değerlerini Tablo 3.1.1‘e kaydediniz.
3. Şekil 3.4 deki devreyi kurunuz ve gerilim kaynağının gerilimini 20 volta ayarlayınız
4. Anahtar “1” konumunda iken, akım ve gerilim değerlerini alarak Tablo 3.1.1’e
kaydediniz.
5. Sırasıyla anahtarı; 2, 3 ve 4. konumlara getirerek akım ve gerilim değerlerini Tablo
3.1.1’e kaydediniz.
6. Kaynak çıkış gerilimini sıfıra getirerek deneye son veriniz.
3
3.2 Kirchoff Kanunlarının İncelenmesi
AMAÇ: Deneysel olarak Ohm Kanunu ve Kirchoff kanunlarını doğrulama. Seri ve paralel
bağlı dirençlerde gerilim ve akım dağılımlarını gözlemleme.
Teorik Açıklamalar
3.2.1. Kirchoff Akım Kanunu: Bir düğüme giren akımların toplamı, çıkan akımların
toplamına eşittir. Ya da bir düğüme giren ve çıkan akımların toplamı sıfırdır şeklinde ifade
edilir.
3.2.2. Kirchoff Gerilim Kanunu: Kapalı bir göz (çevre, döngü) içerisindeki toplam gerilim
düşümü sıfırdır. Ya da kapalı bir çevrede harcanan gerilimlerin toplamı, sağlanan gerilimlerin
toplamına eşittir.
Kirchoff Akım Kanunu
Kirchoff Gerilim Kanunu
i2  i3  i1  i4
V1  V2  V3  V4  0
PT  V1  I  V2  I  V3  I
4
Seri Devre
Paralel Devre
V = V1 + V2 + ⋯ Vn
I = I1 = I2 = ⋯ In
PT = V1 ∙ I + V2 ∙ I + ⋯ Vn ∙ I
V = V1 = V2 = ⋯ Vn
I = I1 + I2 + ⋯ In
PT = V1 ∙ I1 + V2 ∙ I2 + ⋯ Vn ∙ In
DENEY BAĞLANTI ŞEMASI
I1
A
R1
I2
I5
V1
R2
+
V2
I3
I4
V
V5
R5
V5
B
-
R3
V3
V4
R4
V4
C
B
Şekil 3.2.1 Kirchoff Kanunları Deney Şeması
DENEYİN YAPILIŞI
1. Yukarıdaki devrede R1=150 Ω, R2=R5=120Ω, R3=180Ω, R4=270Ω’dur. V gerilimini
6V alarak her bir direnç üzerindeki akım ve gerilimi ölçünüz. Yaptığınız deneysel
çalışmayı teorik olarak çözümlediğiniz sonuçlarla karşılaştırınız.
2. Elde ettiğiniz deneysel sonuçlarla Kirchoff Akım Kanunu ve Kirchoff Gerilim
Kanunu’nun geçerliliğini ispatlayınız.
3. A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnci (R AB) ölçünüz.
5
Adı Soyadı:
No:
Ohm Kanunu Deneyi
Tablo 3.1.1. Deneyden alınan değerler
I–V Karakteristiği (R sabit)
Rort
(R=R)=
V
I
R=V/I
(Rö)
R1+R2+R3+R4
[V]
[mA] [k] [k]
[k]
5
10
15
20
Rort=(R1+R2+R3+R4)/4
I–R Karakteristiği (V sabit)
%
()
-
V
R
I= V/R
[V]
20
20
20
20
[k]
[mA]
Sorular
1. Gerilim yatay, akım dikey eksende olmak üzere, akım-gerilim (I-V) karakteristik
eğrisini ve akım-direnç (I-R) karakteristik eğrisini altta verilen alanlara çiziniz.
2. Deneyden çıkardığınız sonuçları yazınız
Kirchoff Kanunları Deneyi
V=6V
TEORİK SONUÇLAR
R1
Gerilimler
Akımlar
V1=
I1=
R2
V2=
R3
DENEYSEL SONUÇLAR
Güçler
Akımlar
P1=
Gerilimler
V1=
I1=
I2=
P2=
V2=
I2=
V3=
I3=
P3=
V3=
I3=
R4
V4=
I4=
P4=
V4=
I4=
R5
V5=
I5=
P5=
V5=
I5=
P=
6
Adı Soyadı:
No:
Sorular
1. Yukarıdaki devrede bütün dirençler birbirine seri bağlandığında eşdeğer direnç ne
olur?
2. Yukarıdaki devrede bütün dirençler birbirine paralel bağlandığında eşdeğer direnç ne
olur?
3. Seri bağlı devredeki dirençlerden herhangi biri kopuk olduğunda, diğer dirençlerdeki
akım ve gerilimler nasıl değişir? Açıklayınız.
4. Paralel bağlı devredeki dirençlerden herhangi biri kopuk olduğunda, diğer
dirençlerdeki akım ve gerilimler nasıl değişir? Açıklayınız.
5. Seri bağlı lambalardan oluşan bir devrede, lambalardan birisinde bir gevşeklik veya
kopukluk olduğunda, lambalarda ne gibi değişiklikler olur? Açıklayınız.
6. Paralel bağlı lambalardan oluşan bir devrede, lambalardan birisinde bir gevşeklik veya
kopukluk olduğunda, lambalarda ne gibi değişiklikler olur? Açıklayınız.
7