TEMEL FİZİK LABORATUVARI DENEY RAPORU Deney No: E6 Deneyin Adı: KIRCHHOFF KANUNU VE WHEATSTONE KÖPRÜSÜ Deneyi Yapanlar: ABDULLAH ABU KHADER Deney Tarihi: 15.04.2022 Rapor Notu: DENEYİN AMACI Kirchhoff Akım ve Gerilim Yasası'nun öğrenilmesi, Wheatstone Köprüsü ile direnç değerinin belirlenmesi. Ayarlanabilir dirençlerin incelenmesi. KULLANILACAK ARAÇ VE GEREÇLER Potansiyometre, Direnç, DC güç kaynağı, Sayısal multimetre, Delikli Panel (Breadboard). TEORİK BİLGİ Bir devredeki akımı azaltmak veya gerilimi bölmek için kullanılan devre elemanına direnç denir. Kusursuz bir direncin en önemli özelliği uçları arasındaki V gerilimi ile üzerinden geçen 1 akımı arasında doğru bir orantı olmasıdır. Buna Ohm Kanunu da denir. Ohm Kanunu: V = I*R ile ifade edilir. Bu kanuna göre, bir devrede direnç sabit tutulup gerilim yükseltilirse akim urtar, gerilim azaltılırsa akım azalır. Diğer taraftan gerilim sabit tutulur direnç artırılırsa akim azalır, direnç azaltılırsa akım artar. Diren cin birimi ohm (2)'dur. Telli dirençler. istenilen direnç değerine göre telin kalınlığının, uzunluğunun ve cinsinin seçilmesi ve sonra bu telin yalıtkan destek üzerinde sanılması suretiyle yapılır. Deneyimiz de kullanacağımız iki tip direnç bulunmakta: 1 - Sab it direnç 2 - Ayarlanabilir direnç SABİT DİRENÇLER: Bu tip dirençlerin boyutu ve yapılışı içinden geçecek akıma göre farklı olur. Düşük akımlarda madeni dirençler, yüksek akımlarda daha dayanıklı kil dirençler kullanılır. Direnç üzerindeki çizgiler : A YARLANABİLİR DİRENÇLER : Bir devrede direncin değerinin sürekli olarak değişmesi istenirse istenilen güce göre Potansiyometre kullanılır. Bunların üç ucu vardır. İki dış uç sabit, orta uç ise değişken dir. Potansiyometre üzerindeki ayar çubuğu sağa veya sol a hareket ettirilerek devreden geçen akım istenilen şekilde ayarlanabilir. Bazı elektrik devreleri, Ohm kanunu uygulandığında kolayca çözülemezler. Bu gibi devrelerin çözümünde kolaylık sağlayan bazı çözüm kuralları vardır. Bunlardan biri de Kirchhoff kanu nlarını uygulamaktır. Kirchhoff Akım Kanunu Bir düğüm noktasına gelen akımlar toplamı ile düğüm noktasından çıkan akımların toplamları birbirine eşittir. Kirchhoff Gerilim Kanunu Kapalı bir devre içerisinde (ilmekte) gerilimlerin toplamları sıfıra eşittir. Kirchhoff kanunları ile devreye ait özellikler (direnç, akım veya gerilim) belirlenir ken aşağıda liste halinde verilen kurallara dikkat edilir; 1. Akımlara gelişi - güzel yönler verilir. Bu yönlerin önemi yoktur. Sonuçta akım "+" çıktıysa, başlangıçta seçilen akım yönü doğru, eğer akım " - " çıktıysa seçilen akım yönü terstir. 2. Kapalı devreler ve bu devrelerde dolanma yönleri belirlenir. 3. Kapalı devrede dolanma yönünde gidilirken akımla aynı yönde gidiliyorsa akım "+", zıt yönde gidiliyors a akım " - " alınır. 4. Kapalı devrede dolanma yönünde gidilirken üretecin artı kutbundan çıkılıyorsa emk "+", eksi kutbundan çıkılıyorsa emk " - " alınır. 5. Kirchhoff kanunları uygulanarak, bilinmeyen büyüklükler sayısınca denklem oluşturulur. 6. Denklemler çözülerek aranan değerler bulunur. Wheatstone Köprüsü Seri bağlı iki dirençten oluşan iki dalın birbirleriyle paralel bağlanması sonucunda ortaya çıkan kapalı devre ile gösterilebilir. Wheatstone köprüsü, elektriksel dirençleri karşılaştırmaya ya da ölçmey e yarayan elektrik devresidir. Dört direncin kare oluşturacak biçimde birbirine bağlanmasından oluşur. Orta büyüklükteki dirençlerin tam doğru ölçülebilmesi için kullanılabilecek en uygun yöntem “Wheatstone Köprüsü” yöntemidir. Çok küçük değerli dirençleri n hatasız ölçülebilmesi için ise wheatstone köprüsü üzerinde yapılan bir değişiklikle elde edilen ve “Kelvin Köprüsü” olarak bilinen düzenek kullanılır. Yalıtım direnci ve sızıntı direnci gibi çok yüksek değerli dirençlerin ölçülmesinde ise, MEGER (Megaohm metre) denen ölçü aletleri ile yüksek gerilim altında direnç ölçme işlemi yapılır. DENEYİN YAPILIŞI Köprünün dengeye getirilmesi ve denge sağlayan direncin ölçülmesi: 1. Verilen dirençlerin değerlerini renk kodları yardımıyla belirlemek ve Tablo E6.1'de uy gun yere kaydemek. 2. Direnç değerlerini multimetre yardımıyla ölmek ve Tablo E6.1'de uygun yere kaydetmek. 3. Değerleri R2=10k ohm (potansiyometre), R1=1k ohm, R3=3.3k ohm ve R4=3.3k ohm olan dirençleri delikli panel üzerinde bağlamak. 4. Multimetreyi ge rilim ölçer (Voltmetre) duruma getirmek. 5. DC güç kaynağı 5V^a ayarlamak. 6. Voltmetreyi devredeki b ve c noktalarına bağlamak. 7. DC güç kaynağını devreye bağlamak. 8. Potansiyometreyi R2 ayarlayarak voltmetrede "0" değerini elde etmek. 9. Bu durumda köp rü dengededir. Dengede R2 potansiyometreyi devreden çıkararak direnç değerini ölçüp tekrar devreye takmak. 10. Devredeki her bir direnç üzerindeki gerilim değerini voltmetre ile ölçüp gerilim değerlerini Tablo E6.1'deki uygun yere kaydetmektir. SORULAR 1 - Bir direncin toleransı ne demektir? Tolerans: Tam olarak istenen değerlerde direnç üretmek zor olduğundan dirençlerin değerlerinde belli bir hata payı vardır. Bu değere tolerans denir. Piyasadaki dirençlerin toleransı %0.05 ile %20 arasında değişme ktedir. Direncin toleransı ne kadar düşük ise kararlılığı da o kadar yüksek olur. 2 - Direncin birim olan ohm olarak bilinmektedir. Direnç birimini kg, m, s ve C cinsinden gösteriniz. SONUÇ VE YORUM Bugünkü dene yden sonra fizik dersinde öğrendiğimiz Kricho ffs yasalarının gerçek devrelerde yer aldığını gözlemledik ve yeni bir bakış açısı kazanabildik. Teorikte mevcut olan ve birçok bilim adam tarafından kabul görmüş tüm yasalar büyük bir emekten sonra elde edilmiş bir sonuçtur. Onlar bizim öğrenme süremizi a zaltıp yeni şeyleri keşfetme imkanı sağlamaktadırlar. Tabi ki kaçırmamamız gereken bir nitelik vardır: yasalar her ne kadar doğru olsa da bir yuvarlama temsil etmektedirler. Bunu da açıkça deneyimizde gözlemledik. Dirençlerde okunan değerler, ölçülen değe rlere göre fark göstermektedirler. Bunun nedeni de iç dirençte kaybolan potansiyeldir. Bilim adamları bunu fark edip tolerans diye bir değer tanımladılar. O da okunan ve ölçülen değerler arasındaki farkı göstermekte.