Ampullerin Bağlanma Şekli

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste Ampullerin Bağlanma Şekli konusunu gözlemden çıkarıma doğru kuracağız. Önce ne olduğunu göreceğiz, sonra neden böyle olduğunu açıklayacağız.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:

• Kazanım 1: Seri ve paralel bağlı devreleri tanır ve akımın nasıl dağıldığını açıklar.
• Kazanım 2: Seri bağlı devrede toplam direncin dirençlerin toplamına eşit olduğunu uygular.
• Kazanım 3: Paralel bağlı devrede toplam akımın kollardaki akımların toplamı olduğunu hesaplar.
• Kazanım 4: Ampermetreyi seri, voltmetreyi paralel bağlayarak ölçüm yapar.
• Kazanım 5: Evlerde priz ve lambaların paralel bağlandığını gerekçesiyle açıklar.
• Kazanım 6: Bir ampulün arıza durumunda devrenin nasıl etkilendiğini tahmin eder.

Ön bilgi: bundan önce gördüğümüz

Bu konu, Enerji Dönüşümleri ve Elektrik başlığında öğrendiklerimizin üzerine kurulur. Önceki konudaki kavram burada yeniden kullanılıyor; bu yüzden o adımı atlamamak önemlidir.

• Enerji Dönüşümleri ve Elektrik — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.
• Basit Makineler — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.

1. Seri Bağlama Nedir?

Dirençleri birbirine eklenerek tek bir hat hâlinde bağlanan ampullere seri bağlı denir. Seri bağlı devrede akım bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer. Bu yüzden bir ampuldeki akımı ölçen ampermetre, devrenin herhangi bir noktasına seri bağlanabilir. Dirençler toplandığı için toplam direnç artar, akım küçülür ve her ampul daha sönük yanar.

Seri bağlı devrede bir ampul sönerse hat kesilir, akım bütün devrede geçemez ve diğer ampuller de söner. Bu nedenle seri bağlama, bir ampulün çalışmasına bütün devrenin bağlı olduğu yerlerde kullanılır.

2. Paralel Bağlama Nedir?

Birden çok ampulün her biri aynı iki noktaya bağlanıyorsa devreye paralel bağlı denir. Paralel bağlı devrede her ampulün uçlarındaki gerilim birbirine eşittir ve kaynak geriliminin tamamıdır. Akım ise kollara ayrılır; toplam akım, kollardaki akımların toplamıdır. Bir ampul söndüğünde diğer kollar etkilenmez, o yüzden aydınlatma ve prizler hep paralel bağlanır.

Paralel bağlamada toplam direnç her bir ampulün direncinden küçük çıkar. Bağlanan ampul sayısı arttıkça toplam direnç azalır, toplam akım artar.

3. Seri ve Paralel Bağlamanın Karşılaştırması

Karşılaştırma tablosundan çıkarılan temel sonuç şudur: seri bağlamada akım sabit, gerilim değişkendir; paralel bağlamada gerilim sabit, akım değişkendir.

4. Ampermetre ve Voltmetre Nasıl Bağlanır?

• Ampermetre seri bağlanır. İç direnci çok küçüktür; yanlışlıkla paralel bağlanırsa kısa devre oluşur ve ampermetre zarar görebilir.
• Voltmetre paralel bağlanır. İç direnci çok büyüktür; bu sayede devreden geçen akımı değiştirmeden gerilimi ölçer.
• Ölçüm yaparken ölçülen büyüklüğün birimi şıkkın yanına yazılır: akım için A, gerilim için V.

Evlerde her odaya ayrı sigorta takılması da paralel bağlamayla ilgilidir. Bir odada oluşan aşırı akımda yalnızca o odanın sigortası atar ve odanın geri kalanı aydınlanmaya devam eder. Bu, lambaların ayrı kollara yerleştirilmesinin pratik sonucudur.

5. Karışık Devreler

Bazı devrelerde ampuller hem seri hem paralel bağlanır; bunlara karışık devre denir. Karışık devrede önce paralel kolların eşdeğer direnci bulunur, sonra bu değer seri bağlı dirençlerle toplanır. Toplam direnç bulunduktan sonra akım hesaplanır. Sorularda önce kol kol çalışmak, sonra birleştirmek hatasını önler.

Özet Seri bağlı devrede akım bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer, toplam direnç dirençlerin toplamına eşittir ve bir ampulün sönmesi bütün devreyi durdurur. Paralel bağlı devrede her ampulün uçlarındaki gerilim kaynak gerilimine eşittir, toplam akım kollardaki akımların toplamıdır ve bir ampul sönse bile ötekiler çalışır. Bu yüzden ev aydınlatması ve prizler paralel bağlanır. Ampermetre seri, voltmetre paralel bağlanır.

Sık Yapılan Hatalar Seri devrede toplam direnci dirençlerin çarpımı sanmak; paralel devrede akımın bütün kollarda eşit olduğunu düşünmek; ampermetreyi paralel bağlamak; bir ampulün sönmesinin paralel devredeki öteki ampulleri de durduracağını varsaymak; eşdeğer direnç hesabında ters oran kuralını atlamak; karışık devrede paralel kolu çözmeden akım hesaplamak.

Günlük hayattan bir uygulama

Konuyu pekiştirmek için günlük hayattan bir uygulamaya bakmak gerekir. Aşağıdaki görev, Ampullerin Bağlanma Şekli bilgisini gerçek bir işin içinde kullandırmak için hazırlandı; çözerken hangi adımı nerede kullandığımızı not etmek faydalıdır.

Uygulama sorusu: Seri ve paralel bağlı iki devre çizerek her birinde akımın, gerilimin ve toplam direncin nasıl değiştiğini açıklayınız?

Bu görev için 20 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.

Dersi tekrar ederken bakacağınız notlar

• Seri bağlamada akım sabit, paralel bağlamada gerilim sabittir. Bu tek cümle, tablodaki bütün farkları hatırlatır.
• Paralel devrede önce her kolun akımını bulup sonra toplamak, eşdeğer direnç hesabından daha güvenlidir.
• Karışık devrede soru 'paralel' diyorsa önce o kolu tek bir direnç gibi birleştirin, sonra seri kuralı uygulayın.
• Ampermetre ve voltmetre bağlantısını şema çizerek pekiştirin; kısa devre riski bu şekilde görülür.
• Evdeki prizlerde gerilimin her yerde aynı olduğu fikri, paralel bağlamanın günlük hayattaki karşılığıdır.

Adım adım çözülmüş örnekler

İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.

Örnek 1: Seri Bağlı Devrede Akım

Soru: 12 V'luk bir kaynağa, her biri 4 ohm dirençli üç ampul seri bağlanmıştır. Devreden geçen akım kaç amperdir?

1. Adım 1: Seri bağlı devrede toplam direnç, dirençlerin toplamıdır: 4 + 4 + 4 = 12 ohm.
2. Adım 2: Ohm yasası yazılır: I = V / R.
3. Adım 3: Değerler konur: I = 12 bölü 12 eşittir 1 amper bulunur.
4. Adım 4: Sonuç: devreden 1 amperlik akım geçer ve her ampul 4 volt alır.

Cevap: Devreden geçen akım 1 amperdir.

Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.

Örnek 2: Paralel Bağlı Devrede Toplam Akım

Soru: 12 V'luk bir kaynağa 6 ohm ve 6 ohm dirençli iki ampul paralel bağlanmıştır. Kaynak toplam kaç amper çeker?

1. Adım 1: Paralel bağlı her ampulün uçlarındaki gerilim kaynak gerilimidir, yani 12 volt.
2. Adım 2: Her kolun akımı Ohm yasasıyla bulunur: 12 bölü 6 eşittir 2 amper.
3. Adım 3: Toplam akım kollardaki akımların toplamıdır: 2 + 2 = 4 amper.
4. Adım 4: Kontrol için eşdeğer direnç 3 ohmdur ve 12 bölü 3 yine 4 amper verir.

Cevap: Kaynağın çektiği toplam akım 4 amperdir.

Kavram karşılaştırma tablosu

Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.

Kural, formül ve ölçü tablosu

Aşağıdaki tablo bu konudaki kuralları tek bakışta toplar. Karar verirken önce bu tabloya bakmak, kuralı hatırlamakta işe yarar.

Sık Yapılan Hatalar

Aşağıdaki hatalar bu konuda en sık görülenlerdir. Her biri için önce hatanın kendisi, sonra neden yanlış olduğu ve doğrusu anlatılmıştır.

• Seri toplamını ürün sanmak: Seri bağlı devrede toplam direnç dirençlerin toplamıdır, çarpımı değil. İki ampul 4 ohm ve 6 ohm ise toplam direnç 10 ohmdur.
• Paralel kolda akımı eşit saymak: Paralel bağlı kollarda gerilim eşittir, akım eşit değildir. Akım, her koldaki direncin büyüklüğüne göre farklılık gösterir.
• Ampermetreyi paralel bağlamak: Ampermetrenin iç direnci çok küçük olduğu için paralel bağlandığında kısa devre oluşur ve ölçüm aleti zarar görebilir.
• Paralel toplamda ters kuralını atlamak: Paralel bağlı dirençler toplanmaz, tersleri toplanır. Eşdeğer direnç daima en küçük dirençten küçüktür.
• Bir ampulün sönmesinin etkisini karıştırmak: Seri bağlı devrede bir ampulün sönmesi bütün devreyi durdururken, paralel bağlı devrede yalnızca o kolu etkiler.

Özet

Kısaca: Seri bağlı devrede dirençler tek hat hâlinde birleşir, akım bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer, toplam direnç dirençlerin toplamına eşittir ve bir ampulün sönmesi bütün devreyi durdurur. Paralel bağlı devrede her ampul aynı iki noktaya bağlandığı için uçlarındaki gerilim kaynak gerilimine eşittir, toplam akım kollardaki akımların toplamıdır, toplam direnç dirençlerin terslerinin toplamının tersidir ve bir ampul sönse bile ötekiler yanmayı sürdürür. Bu özellikleri nedeniyle ev aydınlatması, prizler ve her oday…

Derste gördüğümüz ana fikirler şunlar:

• Seri bağlı devrede akım her noktada aynı, gerilim her ampulde farklıdır.
• Paralel bağlı devrede gerilim her ampulde aynı, akım kollara göre değişkendir.
• Seri bağlı devrede bir ampul yanarken sönse bütün devre durur.
• Ampermetre daima seri, voltmetre daima paralel bağlanır.
• Evde aydınlatma ve prizler paralel bağlanır; böylece bir lamba sönünce diğerleri yanar.
• Paralel bağlamada toplam direnç, tek bir dirençten daha küçüktür.
• Seri bağlı devrede dirençler toplandığı için toplam direnç artar ve akım azalır.
• Karışık devrede önce paralel kolun eşdeğer direnci bulunur, sonra seri dirençlerle toplanır.

Kendini dene

Aşağıdaki sorular konunun farklı yönlerini yoklar. Önce kendin çöz, sonra cevap anahtarına bak; eğer bir soruyu yanlış yaptıysan yukarıdaki ilgili bölüme geri dön.

1. 6 voltluk bir kaynağa önce 2 ohm'luk bir direnç seri bağlanmış, bu direncin ucuna 4 ohm ve 4 ohm'luk iki direnç paralel bağlanmıştır. Devreden geçen toplam akım kaç amperdir? (Şıklar: 2 · 3 · 6 · 1,5)
2. 12 voltluk bir kaynağa seri bağlanan her biri 4 ohm dirençli üç ampul bulunmaktadır. Devreden geçen akım kaç amperdir? (Şıklar: 1 · 2 · 3 · 4)
3. Seri bağlı bir devrede akım nasıl dağılır? (Şıklar: Bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer · Paralel kola eşit paylaşılır · Yalnızca ilk ampulden geçer · Akımın değeri ampule göre değişir)

Cevap anahtarı: 1) 1,5 — Paralel koldaki iki direncin eşdeğeri, 1 bölü 4 artı 1 bölü 4 eşittir 1 bölü 2 olduğu için 2 ohmdur. Bu değer seri dirençle toplanınca 2 + 2 = 4 ohm olur ve akım 6 bölü 4 eşittir 1,5 amper bulunur.

2) 1 — Seri bağlı devrede toplam direnç 4 + 4 + 4 = 12 ohmdur. Ohm yasasına göre akım, 12 bölü 12 eşittir 1 amper olur.

3) Bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer — Seri bağlı devrede tek bir hat vardır ve akım bu hat boyunca bütün ampullerden aynı büyüklükte geçer. Akımın kollara bölündüğü durumlar paralel bağlamada görülür.

İlgili konular

Bu konuyu öğrenmek şu başlıkları da kolaylaştırır. Aynı üniteden ve sonraki üniteden ikişer konu seçtik:

• Elektrik Enerjisinin Dönüşmesi — aynı ünitede, bir sonraki adım.
• Ohm Yasası — aynı ünitede, bir sonraki adım.
• Sesin Oluşumu, Yayılması ve Sesin Madde ile Etkileşimi — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Periyodik Tablo — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.

Kaynak notu

Bu derste Ampullerin Bağlanma Şekli konusu için kullanılan sayısal değerlerin tamamı adım adım gösterilerek hesaplandı; yaklaşık değer gereken yerde yaklaşık ifadesi açıkça yazıldı. Bu anlatım başka bir kitaptan cümle aktarmadan, konunun tanım ve kural düzeni yeniden yazılarak hazırlandı.

Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:

• Seri ve paralel bağlı iki devre çizerek her birinde akımın, gerilimin ve toplam direncin nasıl değiştiğini açıklayınız? (20 puan)
• Aynı iki ampulü önce seri, sonra paralel bağlayıp 6 voltluk bir kaynakla deneyin; gözlediğiniz parlaklık ve akım değişimini nasıl yorumlarsınız? (25 puan)
• Bir apartmanın salon aydınlatması bozulduğunda elektrikçi lambaların ayrı ayrı sigortaya bağlandığını görüyor. Bu tasarımın avantajı nedir ve bir kolda oluşan kısa devrede neden bütün dairenin ışıkla… (20 puan)

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: 4 ohm ve 6 ohm dirençler seri bağlıdır. Bu devreye 20 voltluk kaynak bağlandığında devrenin toplam gücü kaç watt olur?

1. Adım 1: Toplam direnç hesaplanır: 4 + 6 eşittir 10 ohm.
2. Adım 2: Devre akımı bulunur: 20 bölü 10 eşittir 2 amper.
3. Adım 3: Devre gücü hesaplanır: 20 × 2 = 40 watt.
4. Adım 4: Aynı sonuç dirençler tek tek hesaplandığında da bulunur ve toplam güç korunur.

Sonuç/cevap: Devrenin toplam gücü 40 watt olur.