fizik-ıı laboratuvarı

GENEL FİZİK - II LABORATUARI
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ, FEN FAKÜLTESİ, FİZİK BÖLÜMÜ
TEMEL ELEKTRİK DEVRELERİ DENEYLERİ FÖYÜ
Edirne, 2015 - 01
FİZİK-II LABORATUVARI
FİZİKTE BİRİMLERİN VE BÜYÜKLÜKLERİN
UYGUN ŞEKİLDE İFADESİ (ANLAMLI SAYILAR)
Fizikte kullanılan başlıca birimler:
Ω (Ohm) , V (Volt) , I (Amper) , s (Saniye) , Hz (Hertz) , F (Farad) , H (Henry) v.s.
109 Katı
--- G (giga)
106 Katı
--- M (mega)
103 Katı
--- k (kilo)
Birimin kendisi
10-3 Katı
--- m (mili)
10-6 Katı
--- µ (mikro)
10-9 Katı
--- n (nano)
10-12 Katı
--- p (piko)
Bir formülde değerler yerine konularak işlem yapılmak istendiğinde, ilgili büyüklüğün
birimi, katları şeklinde değil de, esas halinde yerleştirilmelidir.
Örneğin :
Eldeki değerler : V1= 300 mV , V2=7,5 V , R=1 kΩ
Burada 1kΩ u yerine yazarken 103 ile çarparak Ohm a çevirmeli ve 300 mV’u da 0.3 V
olarak kullanmalıyız.
V − V1 7,5− 0,3
=
= 7,2 . 10 −3 A = 7,2 mA
I= 2
3
R
10
Eldeki değerler : L=4 mH , C=10 nF
T = 2π L C = 6,28 4.10 −3.10 . 10 −9 = 4 .10-5 s =40 µs
İşlemlerin sonucunda elde edilen değerler örneklerde olduğu gibi uygun şekilde ifade
edilmelidir.
Örnek ifade ve söyleyişler :
=4700 Ω
= 4,7 kΩ
=1200 mV
= 1,2 V
=0,9 A
= 0,9 A veya 900 mA
=0,03 V
=0,03 . 103 mV = 30 mV
=8,2 10-5 H = 82 µH
Görüldüğü gibi sonuçlar 10 üzerili sayılarla ifade edilmez, ,’den sonra 0 ile başlayan
rakamlar kullanılmaz ve rakam 1000 ve daha yukarısı ise 1000 e bölünerek birimin başına uygun
kat ismi getirilir.
DİRENÇ RENK KODLARI
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
A
RENK
Siyah
Kahverengi
Kırmızı
Turuncu
Sarı
Yeşil
Mavi
Mor
Gri
Beyaz
Altın
Gümüş
B
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
C
Tolerans
B
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
C
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
10-1
10-2
% Tolerans
1
2
5
10
Direnç şekildeki gibi tolerans çizgisi sağda olacak şekilde tutulur. A ve B renk çizgilerine
karşılık gelen değerler yan yana yazılır. Bu iki haneli bir rakam gibi okunarak C ye karşılık
gelen değer ile çarpılır.
Örnekler
NOT:
A
B
C
DEĞERİ
Kırmızı
Kahverengi
Sarı
Mavi
Kırmızı
Siyah
Mor
Gri
Kırmızı
Siyah
Yeşil
Altın
22 .10 =
0
10 .10 =
5
47 .10 =
-1
68 .10 =
2
2200 Ω =2,2 K Ω
10 Ω
4,7 M Ω
6,8 Ω
Elektronikteki tüm değer ifadelerinde olduğu gibi direnç için de değerler uygun
birimlerle ifade edilmelidir. 12000 Ω , 0.056 K Ω , 0.0082 M Ω gibi gösterim ve söyleyişler
yanlıştır. Bunlar sırayla 12 k Ω , 56 Ω , 8,2 k Ω olarak yazılır ve söylenir.
FİZİK-II LABORATUVARI
1- Avo metre tanıtımı, kırmızı ve siyah renk standardı.
2- Ohm metre nasıl kullanılır, ölçüm esnasında elle tutulmamalı.
3- Ölçüm işlemi bitince alet açık bırakılmamalı.
4- Direnç renk okuma ve ohm metre ile ölçme.
3
R1= Turuncu, Turuncu, Turuncu
33 .10 = 33000 Ω = 33 K Ω
1
R2= Kırmızı, Kırmızı, Kahve
22 .10 = 220 Ω
1
R3= Kahve, Siyah, Kahve
10 .10 = 100 Ω
2
R4= Kahve, Siyah, Kırmızı
10 .10 = 1 K Ω
1
R5= Sarı, Turuncu, Kahve
43 .10 = 430 Ω
5- Aynı dirençleri ohm metre ile ölçme
6- Devre kurulumu ve eşdeğer direnç ölçümü. (Deneysel)
1
R1
100 Ω
2
R2
430 Ω
ReşD =……………..(1 ve 3 arası)
R3
220 Ω
3
7- Eşdeğer devreyi hesaplayarak bulunuz. (Kuramsal)
ReşK =……………..
Reş=R1+R2
Reş=(R1*R2)/ (R1+R2)
( FL 2 – 1 )
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ
Fizik-II Dersi Laboratuvar Protokolü
Deneyin Adı: Doğru Gerilim ve Akım Ölçmeleri
Deneyin Kodu: FL 2 - 1
Adı Soyadı
Numarası
Deney Grubu
İmza
:
:
:
:
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . .
DENEY VERİLERİ:
5- Ohm metre ölçme
R1D=……………………
R2D=……………………
R3D=……………………
R4D=……………………
R5D=……………………
6- Devre deneysel eşdeğer direnci
ReşD=……………………….
7-Kuramsal eşdeğer direnç hesabı
ReşK=……………………….
Tarih ...../…/201
FİZİK-II DERSİ LABORATUVARI
( FL 2 – 2 )
DOĞRU GERİLİM VE AKIM ÖLÇMELERİ
KURAM :
Doğru gerilim ve akım denildiğinde, değeri ve yönü zamanla değişmeyen gerilim ve
akımlardan söz edilmektedir. Bu çalışmada doğru gerilim ve akım ile direnç ölçmelerini ve
bunları ölçen bazı aletleri kullanmasını öğreneceğiz.
Kullanacağımız devrede bir doğru gerilim kaynağı ile sayısal multimetreler yer alacaktır.
DENEYİN YAPILIŞI :
A) Gerilim Ölçmeleri:
1-) Doğru gerilim kaynağını minimum konuma getiriniz
Vk
ve sayısal voltmetreyi (Vs), DC Volt konumuna getirerek
Şekil-1 deki gibi bağlayınız. (Virgülden sonra iki hane
alınız.)
Vs
Şekil-1
2-) Gerilimi yavaş yavaş artırarak aşağıdaki tabloyu doldurunuz (Vk, doğru gerilim kaynağı
voltmetresidir).
Vs (V) :
1,80
2,00
2,80
3,20
Vk (V) :
….
….
…… ….
3,80
4,40
5,10
6,00
….
….
….
….
B) Akım Ölçmeleri:
1) Doğru gerilim kaynağını minimum konuma getiriniz, sayısal ampermetreyi (Is) mA
konumuna getirerek Şekil-2 deki gibi bağlayınız.
Ik
2) Gerilimi yavaş yavaş artırarak aşağıdaki
tabloyu doldurunuz.
Vk (V):
5,0 6,0
8,5
Is (mA) :
…. ….
….
2,0
3,3
3,8
….
…… ….
R=1kΩ
Is
4,5
10,0
….
Şekil-2
….
V=4.5volt değeri için Ohm kanunu kullanarak R direncini hesaplayınız.
R(4.5v)=..........
C) Bilinmeyen Direnç (Rx) Tayini:
Şekil-3 deki devreyi, değerinin bilinmediği varsayılan R1=1 kΩ ve Rx=1 kΩ ile kurunuz. Vk
ve Vs yi voltmetre ile aşağıda verilen değerler için okuyarak I=(Vk-Vs) / R1 ifadesinden
bulacağınız I değeri ile, I-Vs grafiğini çiziniz ve eğimden Rx değerini bulunuz.
Vk(V) :
3,0
4,0
5,0
6,0
8,0
10,0
Vs(V) :
….
….
….
….
….
….
I(mA) :
….
….
….
….
….
….
Vk
R1=1kΩ
Rx
Vs
Şekil-3
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ
Fizik-II Dersi Laboratuvar Protokolü
Deneyin Adı: Doğru Gerilim ve Akım Ölçmeleri
Deneyin Kodu: FL 2 - 1
Adı Soyadı
Numarası
Deney Grubu
İmza
:
:
:
:
Tarih ...../…/201
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . .
DENEY VERİLERİ:
A) Gerilim Ölçmeleri
Vs (V) : 1,8
2,0
2,8
3,2
3,8
4,4
5,1
6,0
Vk (V) : ….
….
……
….
….
….
….
….
Vk (V) :
2,0
3,3
3,8
4,5
5,0
6,0
8,5
10,0
Is (mA) :
….
….
……
….
….
….
….
....
B) Akım Ölçmeleri
2)
R(4.5Volt)=...........
C) Bilinmeyen Direnç (Rx) Tayini
Vk(V) :
3,0
4,0
5,0
6,0
8,0
10,0
Vs(V) :
….
….
….
….
….
….
I(mA) :
….
….
….
….
….
….
FİZİK-II DERSİ LABORATUVARI
( FL 2 – 3 )
KIRCHOFF YASALARI
(Doğru Akım ve Gerilim Ölçümleri)
KURAM:
Üzerinde pasif ve aktif devre elemanları olan bir devrede;
Kirchoff gerilimler yasası: Herhangi bir anda devrenin herhangi bir çevresindeki n tane elemanın
gerilimleri toplamı sıfırdır:
n
∑Vk (t ) = 0
k =1
Kirchoff akımlar yasası: Herhangi bir anda bir düğüme giren ve çıkan n tane akımın toplamı
sıfırdır.
n
∑ ik (t ) = 0
k =1
Devre üzerindeki iki nokta arasındaki potansiyel farkını veya gerilimi ölçmek için voltmetre
kullanılır. Voltmetreler ölçülecek noktalar arasına paralel bağlanırlar. Ölçülecek gerilim doğru
gerilim ise + ve – kutuplanmaya uygun olarak bağlanmalıdır.Voltmetrelerin iç dirençleri çok
büyük (idealde sonsuz) olmalıdır. Çünkü paralel bağlantıda kendi iç direnci üzerinden bir akım
geçmesi ve bunun bir kayıp yaratması istenmez.
Devrenin herhangi bir noktasından geçen akımın ölçülebilmesi için bu nokta açık devre edilerek
bu uçlar arasına ampermetre seri olarak bağlanır. Ampermetrelerin idealde sıfır olması gereken
çok küçük bir iç dirençleri vardır. Böylece, hem iki noktayı kısa devre etmiş hem de üzerinden
geçen akımın, kendi iç direnci üzerinde bir gerilim düşümü yani kayba neden olması önlenmiş
olur.
Voltmetre ve ampermetreler, analog (orantılı) olarak adlandırılan ve bir skala ve ibreden oluşan
elektro-mekanik aletler olabileceği gibi, tamamen elektronik sayısal (dijital) olarak da üretilirler.
Sayısal ölçü aletleri, ayarları (kalibrasyon) iyi yapıldığında daha hassas bir ölçüme izin verir.
Her iki tip ölçü aleti de ‘kok’ (kare ortalaması karekökü) veya ‘etkin değer’ olarak adlandırılan
türden alternatif gerilim ölçümü yaparlar.
DENEY:
220 Ω
2
1
1 kΩ
3
430 Ω
100 Ω
4
1) Aşağıdaki devreyi kurarak devrenin girişine 10.0 V’luk doğru gerilim uygulayınız. Her bir
çevredeki eleman uçlarındaki gerilimleri, yönlerine dikkat ederek (aynı yön sırasını takip
ederek) voltmetre ile ölçünüz. Örnek bir ölçüm sırası aşağıda verilmiştir. Bu gerilimler ile
Kirchoff gerilimler yasasının doğruluğunu gösteriniz.
1
220 Ω
2
+
100 Ω
10 V
-
4
1 kΩ
430 Ω
3
Örneğin Şekilde gösterildiği gibi, her iki kapalı çevrede de saat yönünde dolaşırsak:
Sol Kapalı Çevre:
Sağ Kapalı Çevre:
220 Ω uçlarındaki voltaj : V12=
1 kΩ uçlarındaki voltaj : V23=
430 Ω "
"
: V34=
100 Ω "
"
: V24=
100 Ω "
"
: V42=
Kaynak "
"
: V41=
Hatırlatma: Örneğin V23 voltajını ölçerken, voltmetrenin + ucu ilk noktaya (2) ve eksi ucu da
ikinci noktaya (3) bağlanmalıdır.
2) Devre üzerinde aşağıda gösterilen 2 numaralı düğüm noktası etrafındaki iA, iB ve iC düğüm
akımlarını sırasıyla ölçünüz. Ölçüm sırasında ampermetrenin + ve – uçlarını 2 düğümüne göre
hep aynı yönde bağlayınız. Bu akım değerlerini kullanarak Kirchoff akımlar yasasının
doğruluğunu gösteriniz. Akımın - işaretli ölçülmesi veya hesaplanması ne anlama geliyor
olabilir?
220 Ω
iA
iB
2
+
iA=...........
iC
10 V
1 kΩ
100 Ω
-
iB=...........
iC=...........
430 Ω
Yol Gösterme:
Akımları ölçerken kullanacağınız ampermetre, sırasıyla hangi akımı ölçecekseniz o hat kesilerek
araya seri bağlanmalıdır. Örneğin, iA akımını ölçmek için, 220 Ω'luk direncin ucunu 2 nolu
düğüm noktasına bağlayan kırmızı kablo çıkarılmalı ve ampermetrenin bir ucu (örneğin - uç) 2
nolu düğüme ve diğer ucu da 220 Ω'un boştaki ucuna bağlanmalıdır. Daha sonra iB akımını
ölçerken, ampermetre bir önceki iA ölçümünde bağlandığı yerinden çıkarılıp, önceden sökülen
kırmızı kablo yerine takılmalıdır. Şimdi 1 kΩ'luk direncin 2 nolu düğüme giden ucuna ait
kırmızı kablo sökülmeli ve yerine ampermetre bağlanmalıdır. İşaret hatası olmaması için
ampermetrenin 2 nolu düğüme bağlanan ucu hep aynı (örneğin - uç) kalmalıdır.
3) iA, iB ve iC akım değerlerini bir de teorik olarak hesaplayarak sonuçları karşılaştırınız.
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ
Fizik-II Dersi Laboratuvar Raporu
Deneyin Adı: Kirchoff Yasaları
Deneyin Kodu: FL 2 - 3
Adı Soyadı
Numarası
Deney Grubu
İmza
:
:
:
:
Tarih ...../…/201
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . .
DENEY VERİLERİ:
1-) Her bir çevredeki eleman uçlarındaki gerilimleri yazınız.
I.Çevre
II.Çevre
V12 =...............
V24 =...............
V41 =................
V23 =...............
V34 =...............
V42 =...............
Ölçüm değerlerinizi kullanarak
Doğruluğunu Gösteriniz:
2-)
İA=..........mA,
her
iki
kapalı
İB=...........mA,
çevre
için
Kirchoff
Gerilimler
Yasasının
İC=..........mA
Ölçüm değerlerinizi kullanarak her iki kapalı çevre için Kirchoff Akımlar Yasasının Doğruluğunu
Gösteriniz:
3-)
İA,
İB,
İC
akımlarını.teorik
olarak
hesaplayıp,
sonuçlarınızı
karşılaştırınız. Akımların yönlerini ve eksiliklerin anlamlarını açıklayınız.
deneysel
olanlarla
FİZİK-II DERSİ LABORATUVARI
( FL 2 – 4 )
Kondansatörün Dolma ve Boşalması
KURAM:
Klasik olarak bildiğiniz gibi, iki iletken paralel plaka arasına dielektrik (yalıtkan) bir madde
konulursa kondansatör oluşur. Kondansatörler bu yalıtkan maddenin türüne göre oldukça
çeşitlidir.
Kondansatörü oluşturan bu iki iletken plaka arasına sabit bir V gerilimi uygulanırsa oluşan
elektrik alan sonucu kondansatör plakasındaki elektronlar kaynağın pozitif tarafına doğru çekilir.
Elektronların bu alanı dengelemek amacıyla çekilmesi yük akışıdır. Belirli bir süre sonra iki
plaka arasında alanı dengeleyen Q yükü birikir. Biriken Q yükünün uygulanan V gerilimine
oranı kondansatörün “sığası” ya da “kapasitesi” olarak adlandırılır, C ile gösterilir, birimi
“Farad” dır.
C=Q/V
Q: Biriken yük miktarı
V: Uygulanan gerilim
C: Sığa ya da kapasite
(Coulomb)
(Volt)
(Farad)
Bu kapasite hesaplanmak istenirse aşağıdaki eşitlik kullanılır.
C = ε r .ε o .
εo
εr
A
d
A
d
: Boşluğun dielektrik katsayısı:
8.854x10-12 F/m
: Plakalar arasında kullanılan yalıtkan malzemenin bağıl (relative) dielektrik katsayısı
(oran olduğu için birimsizdir)
: Plakaların alanı
[m]
: Plakalar arası uzaklık
[m]
KONDANSATÖRÜN DOLMASI
Aşağıdaki devre kondansatörün dolması ve boşalması sırasındaki gerilim değişiminin analizi
için kullanılacaktır. Anahtar ”1” konumundayken kondansatör E gerilim kaynağı tarafından R
direncinin ve kondansatörün C sığasının belirleyeceği hızla dolar.
Anahtarın ”1” konumu için şu eşitlikler yazılabilir.
E = VR (t) + VC (t)
E = I R (t).R + VC (t)
Seri bağlı olduklarından IR(t) = IC(t)’dir.
E = I C (t).R + VC (t)
Kondansatörün akım-gerilim ilişkisi gereğince I C (t) = C
E = R.C.
dVC (t)
dt
dVC (t)
+ VC (t)
dt
diferansiyel denklemi Vc(0)=0 başlangıç koşuluyla çözülürse
VC (t) = E(1 − e
−
t
RC
) = E(1 − e
−
t
τ
)
(1)
şeklindeki, kondansatör geriliminin zamanla değişimini gösteren ifadeye ulaşılır.
t = 0 için
t  ∞ için
VC(0) = 0 ve
VC(∞) = E
olur. Yani başlangıçta boş olan (uçları arasında potansiyel fark bulunmayan) ideal kondansatör,
potansiyel fark sonucu akan akımla yavaş yavaş dolar (şarj olur) ve belirli bir süre sonra
kondansatör gerilimi E değerine ulaşacağından akım akmaz, kondansatör gerilimi bu değerde
sabitlenir. R.C çarpımı devrenin "Zaman Sabiti" (Time Constant) olarak adlandırılır ve
τ (Okunuşu: "To") ile gösterilir. Birimi saniyedir.
(1) ifadesinde t = τ için,
VC(t) = E.( 1 – e -τ/τ ) = E.( 1 – e -1 ) = E.( 1 – 0,368 ) = (0,632).E
(2)
bulunur. Yani, kondansatör boşken devreye bağlanırsa τ saniye sonra kondansatör üzerindeki
gerilim E değerinin 0.632’sine ulaşmış olacaktır. Yaklaşık 5τ saniye sonunda kondansatörün
dolmuş olduğu söylenebilir.
10
9
Kondansator Gerilimi (V)
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
50
40
60
70
90
80
100
Zaman (s)
Şekil 1: Kondansatörün dolma eğrisi
Örnek olarak, E=10 V, R=10 kΩ ve C=1000 µF için kondansatörün gerilim değişimi (ya da
dolma eğrisi) Şekil 1’de verilmiştir. Bu değerler için zaman sabiti hesaplanırsa,
τ = R.C = (10.103).(1000.10-6) = 10 s
bulunur. Eğriye dikkat edilirse 10 s sonra kondansatör gerilimi 6.32 V’a ulaşmıştır. 50 saniye
sonra kondansatörün 10 V’a ulaştığı söylenebilir.
Kondansatörün gerilim değişimini bildiğimize göre akım değişimini de bulabiliriz. Kondansatör
geriliminin üstel artması sonucu, bir ucu DC gerilim kaynağına diğer ucu kondansatöre bağlı
bulunan R direncinin üzerindeki gerilim de üstel olarak azalır. Bu fark direnç üzerinden geçen
akımı ve dolayısıyla seri bağlı olduklarından kondansatörü dolduran akımı oluşturur. Bu nedenle
devreden geçen akım, R direnci uçlarındaki potansiyel farkın maksimum olduğu ilk anda en
büyük değerini alacak kondansatörün dolmasıyla üstel olarak azalarak sıfıra doğru azalacaktır.
Matematiksel olarak ise akan akım kondansatör geriliminin zamana göre türevinin C ile
çarpımıdır.
Dolayısıyla genel olarak,
Vc(t) = E ( 1 – e-t/τ) ise,
t
t
t
−
dVC (t)
d
C.E − τ
E −
I C (t) = C
e = e R.C
= C. (E(1 − e τ )) =
dt
dt
τ
R
ifadesi akım değişimini verecektir. İfadeye dikkat edilirse;
t = 0 için
IC(0) = E/R
olmaktadır. İlk başta kondansatör gerilimi sıfır olduğundan direnç doğrudan toprağa bağlıymış
gibi düşünebilirsiniz. Daha sonra, artan kondansatör gerilimiyle akım azalır ve
t  ∞ için IC(∞) = 0 olur. Yani kondansatör dolduğundan artık içerisinden akım akmaz.
-3
KONDANSATOR AKIMI (A)
1
x 10
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
10
20
30
40
50
60
Zaman (s)
70
80
90
100
Şekil 2 : Kondansatör dolması sırasında akan akımın zamanla değişimi
KONDANSATÖRÜN BOŞALMASI
Şimdi, daha önce E gerilimine kadar dolmuş olan kondansatörü anahtarı "2" konumuna alarak R
direnci üzerinden boşaltalım. Daha önceki elektrik alan sonucu kondansatörün üst tarafında
birikmiş olan yükler R direncinin kondansatör plakaları arasında köprü olmasıyla iki tarafta
dengelenir ve kondansatör boşalmış olur.
Bu defa R direnci üzerindeki gerilim ile C kondansatörü üzerindeki gerilim birbirini izleyerek
azalacaktır. VC’nin değişimi;
VC (t) = E.e
−
t
RC
= E.e
−
t
τ
olacaktır.
Eşitliği kontrol etmek gerekirse, E gerilimine kadar dolmuş olan kondansatörün boşalması için
anahtarın "2" konumuna alındığı ana t=0 dersek;
t=0
için
t∞ için
Vc(0) = E.e-0 = E
Vc(∞) = E.e-∞ = 0 olur.
Kondansator Gerilimi (V)
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
60
50
Zaman (s)
70
80
90
100
R direnci üzerinden akan akım ise VC=VR geriliminin R değerine bölünmüşü olacaktır:
t
t
E − RC
E −τ
I R (t) =
.e
=
.e
R
R
DENEY:
Deney iki aşamadan oluşmaktadır; 1. aşama kondansatörün doldurulması (şarjı), 2.
aşama kondansatörün boşaltılması (deşarjı). Deneyin 1. aşaması için seçici anahtarın
(komütatörün) I. konumu, 2. aşama içinde II. konumu kullanılır. Anahtarın 0 konumu boşta
konumudur. Deneyin başında anahtar 0 konumunda olmalıdır.
1. Devreyi şekildeki gibi kurunuz (R=33 kΩ, C=1000 µF)
Kondansatörün + ve - uçlarının doğru
bağlantısına dikkat edin !
2. Anahtar "0" konumunda iken DC kaynak voltajı, Ek=10 V olacak şekilde ayarlayınız.
3. Ölçü aletinizi DC Volt ölçecek voltmetre konumuna getiriniz.
4. Deney düzeneğinde bulunan kronometreyi sıfırlayınız ve seçici anahtar I konumuna getirildiği
anda kronometreyi de saymaya başlatınız (Start).
5. Aşağıdaki tabloya, karşılık gelen zamanlarda voltmetreden değer okuyarak, Doldurma
1.ölçüm sütununa kaydediniz. (Noktadan sonra 1 hane yeterlidir.)
Zaman
(sn)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Doldurma Doldurma Doldurma
1.ölçüm
2. ölçüm Ortalaması
(Volt)
(Volt)
(Volt)
Boşaltma
1. ölçüm
(Volt)
Boşaltma Boşaltma
2. ölçüm Ortalaması
(Volt)
(Volt)
6. Kondansatörün doldurma işlemi bitince seçici anahtarı 0 konumuna getiriniz, kronometreyi
durdurup sıfırlayınız.
7. Fazla beklemeden deneyin ikinci aşamasına geçiniz (boşaltma). Seçici anahtarı II konumuna
getirdiğiniz anda kronometreyi başlatınız. Voltmetreden okunan değerleri tabloda (Boşaltma 1.
ölçüm) sütununa kaydediniz.
8. Deneyin 4,5,6 ve 7. adımlarını ikinci ölçüm için tekrarlayarak tabloyu doldurunuz.
9. Daha sonra, Doldurma 1 ve 2 nin aritmetik ortalaması ve Boşaltma 1 ve 2 nin aritmetik
ortalamalarını alarak tabloyu doldurunuz.
10. Doldurma ve boşaltma grafiklerini milimetrik kağıda çizerek τκ = R.C ifadesinden zaman
sabitini hesaplayınız. Bu zamana karşılık gelen voltaj değerini (Vcd), doldurma grafiği üzerinde
gösteriniz.
Sonucunuzu, VdC(t) = Ed.( 1 – e -τ/τ ) = Ed.( 1 – e -1 ) = Ed.( 1 – 0,368 ) = (0,632).Ed
denklemiyle hesaplayacağınız voltaj değeriyle karşılaştırınız.
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ
Fizik-II Dersi Laboratuvar Raporu
Deneyin Adı: Kondansatörün Dolma ve Boşalması
Adı Soyadı
Numarası
Deney Grubu
İmza
:
:
:
:
Deneyin Kodu: FL 2 - 4
Tarih ...../…/201
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . .
DENEY VERİLERİ:
Zaman
(sn)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Doldurma
1.ölçüm
(Volt)
Doldurma
2. ölçüm
(Volt)
Doldurma
Ortalaması
(Volt)
Boşaltma
1. ölçüm
(Volt)
Boşaltma
2. ölçüm
(Volt)
Boşaltma
Ortalaması
(Volt)
τκ= R.C =........................................s
Vcd (τκ ) =.....................V (Kondansatörün uçları arasındaki gerilim. Grafikten bulunacak)
VdC(t) = Ed.( 1 – e -τ/τ ) = Ed.( 1 – e -1 ) = Ed.( 1 – 0,368 ) = (0,632).Ed
Ed=..............................V (Güç kaynağının gerilim değeri)
FİZİK-II DERSİ LABORATUVARI
( FL 2 – 5 )
EŞ POTANSİYEL VE ELEKTRİK ALAN ÇİZGİLERİ
AMAÇ:
1.
Zıt yükle yüklenmiş iki iletkenin oluşturduğu eş potansiyel çizgileri araştırıp bulmak.
2.
Bu eş potansiyel çizgileri kullanarak elektrik alan çizgilerinin haritasını çıkarabilmek.
GENEL BİLGİLER:
Bildiğimiz gibi, herhangi bir yük dağılımı civarında bulunan bir test yükü üstüne bir kuvvet
uygular. Elektrik alan ise; birim pozitif yüke karşı gelen elektrostatik kuvvet olarak
tanımlanır:
E= F/q
(1)
(SI) birim sisteminde F; Newton ve q; Coulomb birimlerine sahip olduğundan elektrik alanın
birimi Newton/ Coulomb (N/C) olur.
Şekil 1. Pozitif q noktasal yükünün elektrik alanının yönü.
Yukarıdaki gibi bir durum için A noktasındaki alanın yönü, A noktasındaki pozitif test
yüküne etki eden kuvvetin yönündedir.
E vektörel bir büyüklük olduğundan, bir yönü vardır. Bu yön; herhangi bir yük dağılımının
pozitif test yükü üstünde oluşturduğu kuvvetin yönündedir. Bir pozitif q noktasal yükünün
civarındaki bir A noktasında yarattığı elektrik alan Şekil 1. de gösterilmiştir. Uzayda çeşitli
noktalardaki yük dağılımından kaynaklanan elektrik alanların şiddeti ve yönünü temsil etmek
üzere elektrik alan çizgileri kullanılır. Bu hayali çizgiler pozitif yük dağılımından başlayıp
negatif yük dağılımında sonlanırlar. Herhangi bir bölgedeki elektrik alan çizgilerinin
yoğunluğu elektrik alanının o bölgedeki şiddeti ile orantılıdır. Herhangi bir noktadaki elektrik
alanın yönü o noktadan geçen alan çizgisine çizilen teğet yönündedir. Bir pozitif noktasal yük,
sonsuz uzunluktaki zıt yüklü paralel iletken iki plaka ve iki dairesel disk için elektrik alan
çizgileri sırası ile Şekil2a, 2b ve 2c 'de gösterilmiştir.
(a)
(b)
Eş potansiyel çizgileri
Elektrik alan çizgileri
(c)
Şekil 2. Elektrik Alan Çizgileri (a) Pozitif Q nokta yükünün elektrik alan çizgileri, (b) Sonsuz
uzunluktaki zıt yüklü paralel iletken iki plakanın, (c) iki dairesel diskin (nokta) elektrik alan
çizgileri
Pozitif q nokta yükünün elektrik alan çizgileri Şekil 2a’da gösterildiği gibidir. Alan çizgileri
radyal olarak dışarı doğrudur ve negatif bir yük yoksa sonsuzda biter. Kaynaktan uzaklaştıkça
yoğunlukları azalır. Eş potansiyel çizgileri şekilde noktalı olarak gösterilmiştir. Sonsuz
uzunluktaki zıt yüklü paralel iletken iki plakanın elektrik alan çizgileri Şekil 2b’de gösterildiği
gibidir. Birbirine paralel olduğundan yoğunlukları sabittir yani elektrik alanı düzgündür. Eş
potansiyel çizgileri noktalı olarak gösterilmiştir. Bu deneyde belirleyeceğimiz eş potansiyel
eğrileri ve elektrik alan çizgilerinin bir benzeri Şekil 2c'de gösterilmiştir.
Eğer uzayda sadece pozitif ya da negatif yük varsa, elektrik alan çizgileri sonsuzda biter ya da
sonsuzda başlar. Böylece; elektrik alan çizgilerin uzaydaki o noktada sadece tek bir yönü olur
ve iki elektrik alan çizgisi aynı noktadan geçmez yani elektrik alan çizgileri kesişmez.
Genellikle, elektrik alan verilen bir yük dağılımıyla oluşur ve aynı potansiyele sahip birçok
nokta vardır. Bu noktalar eş potansiyel noktaları olarak bilinir. Eğer aynı potansiyeldeki tüm
noktalar birleştirilirse eş potansiyel çizgileri elde edilir. Eş potansiyel çizgisi üzerindeki tüm
noktalar aynı potansiyele sahip olduğundan herhangi bir yükü bu çizgi üzerindeki iki nokta
arasında hareket ettirmek için yapılan iş sıfırdır. Bu, verilen yük dağılımın eş potansiyel
çizgilerinin elektrik alan çizgilerine dik olduğunu gösterir. Şekil 2a, 2b ve 2c 'de iki farklı yük
dağılımı için eş potansiyel çizgileri noktalarla gösterilmiştir.
Bilindiği gibi yalıtılmış bir iletken üzerine konulan yük kendisini belirli bir durgun dağılıma
göre ayarlar. Bu nedenle yüzey boyunca elektrik alan bileşeni yoktur ve elektrik alan çizgileri
iletkenin yüzeyine diktir. Yükleri iletken yüzeyi üzerinde hareket ettirmek için yapılan iş sıfır
olup iletkenin yüzeyi eş potansiyel yüzeyidir.
Bu deneyde; zıt yükle yüklenmiş iletken halkaların eş potansiyel çizgilerini belirleyip
çizeceğiz. Deney düzeneği Şekil 3 'de gösterilmiştir. İletken halkaları siyah iletken kâğıdın
üzerine yerleştirilmiş olan metal iğnelerden güç kaynağına bağlayacağız. Probları kâğıttaki
noktalara dokundurarak herhangi iki nokta arasındaki potansiyel farkı bulacağız. Eğer iki
nokta aynı potansiyele sahipse bu noktalar eş potansiyel noktaları olarak tanımlanır.
DENEYİN YAPILIŞI:
Şekil 3. Deneyin kurulumu
1.
Şekil 3 de gösterilen devreyi kurun. Bağlantı kablolarını kullanarak elektrotları DC
güç kaynağına bağlayın. Bunun için iletken halka elektrotun üzerine bağlantı kablosunun
ucunu yerleştirin, sıkıştırıcı iğneyi sırası ile kablo ucu, elektrot ve iletken kağıttan geçecek
şekilde ve mantar tablaya bastırın. Sıkıştırıcı iğnenin, kablonun ucunu ve elektrotu sağlam bir
şekilde tuttuğundan emin olun. ( Şekil 4 de görüldüğü gibi ).
Şekil 4. Mantar tabla üzerinde iğne, elektrot, kablo ve kağıdın bağlantısı
2.
Güç kaynağının çıkış gerilimini 5.0 volta ayarlayın ve anahtarı açın. Tam bir
iletkenlik için halkaların kontrolünü yaparken halkanın üzerindeki sıkıştırıcı iğnenin
yanına voltmetrenin bir probunu bağlayın. Aynı halka üzerindeki farklı noktalara öbür
probla dokunun. Eğer halka tam olarak çizilmişse halka üzerinde herhangi iki nokta
arasındaki potansiyel fark, elektrotlar arasında uygulanan gerilimin %1’ini geçmeyecektir.
3.
Ölçüm yapmak için voltmetrenin (-) eksi ucunu kaynağın eksi ucuna
bağlayın. Bu eksi elektrot referansımız olur. Voltmetrenin diğer probunu (+) sadece bir
noktada kâğıda dokundurarak kâğıt üzerinde o noktadaki gerilimi ölçebilirsiniz.
Siyah iletken kağıtta, x-ekseni boyunca yedi nokta ( A, B, C, D, E, F ve G )
işaretlenmiştir. Bu noktaları merkez etrafında simetrik dağılmıştır. Bu noktalardan
herhangi birine probu dokundurun, referans elektroda bağlı olarak bu noktanın gerilimini
ölçün ve (VA, VB, VC,.........) kayıt edin. Eş potansiyeli çizmek için voltmetre aynı gerilimi
gösterene kadar probu hareket ettirin. Bu noktanın pozisyonunu grafik kağıdınızda işaretleyin
(SİYAH İLETKEN KAĞIT ÜZERİNDE HİÇBİR İŞARETLEME ve KAĞIDA ZARAR
VERECEK İŞLEM YAPMAYIN!). Probu hareket ettirmeyi sürdürün ama sadece
voltmetreden aynı değeri okuduğunuz yönde devam ettirin. Her bir potansiyel değeri
için X-ekseninin üstünde ve altında üçer adet eş potansiyel noktası bularak bunları grafik
kağıdında işaretleyin.
4.
Her referans noktası için eş potansiyel noktalarını birleştirerek eş potansiyel
eğrilerini çizin. Elektrik alan çizgilerinin eş potansiyel eğrilerine dik olması gerektiği
gerçeğini de kullanarak halkalar arasındaki bölgede oluşan elektrik alan çizgilerini,
yönlerini de oklarla göstererek grafik kağıdı üzerinde çizin.
VA=.............
VB=.............
VC=.............
VD=.............
VE=.............
VF=.............
VG=.............
TRAKYA ÜNİVERSİTESİ
Fizik-II Dersi Laboratuvar Raporu
Deneyin Adı: EŞ POTANSİYEL VE ELEKTRİK ALAN ÇİZGİLERİ
Deneyin Kodu: FL 2 - 5
DENEY VERİLERİ:
Adı Soyadı
:. . . . . .
Numarası
: . . . . . .
Deney Grubu : . . . . . .
İmza
: . . . . .
Kaynak Voltajı, Vk=5.0 Volt
VA=.............
VB=.............
VC=.............
VD=.............
VE=.............
VF=.............
VG=.............
Tarih ...../…/201