Karışık Devreler

Bu bölümde hem seri hem de paralel bağlı devrelerin birlikte nasıl bağlandığını inceleyeceğiz ve çeşitli ölçümler yapacağız. Bu bölümde, önceki bölümlerde öğrendiğimiz kavramların pekiştirilmesini hedefliyoruz. Özellikle elektrik devreleri konusundaki çeşitli kavram yanılgılarına işaret edeceğiz.

Bölgesel Düşünme

Birçok öğrenci devrenin herhangi bir yerinde bir değişiklik yapıldığında, sadece o bölgedeki değişiklikler ile ilgilenip, devrenin geri kalanındaki olabilecek değişiklikleri göz ardı etmektedir. Oysaki devrenin herhangi bir yerindeki değişiklik, tüm devreyi etkileyecektir. İlk olarak Şekil-1'deki gibi bir devre kurun.

Şekil-1

Bu devre üzerinde biraz konuşalım. Re direnci ile R2 direnci birbirlerine paralel bağlanmış, bu iki direncin eşdeğer direnci olan 2 Ohm'luk direnç is R3 direncine seri bağlanmış şekildedir. Her direnç üzerinden geçen akıma bakacak olursak, R1 direnci üzerinden 1 Amper, R2 direnci üzerinden 2 Amper, bunların toplamı olan 3 Amperlik akım ise R3 direnci üzerinden geçmektedir. Bu devrenin toplam direnci nedir diye soracak olursak, R=V/I bağıntısını kullanarak:

R_toplam = 24 / 3 = 8 Ohm

bulunacaktır. Dirençlerin bağlanma bağlantılarını kullanarak toplam direncin 8 Ohm olduğunu da siz gösteriniz.

Şimdi devre üzerinde bir değişiklik yapalım ve Pr2 ampermetresinin önündeki (sağındaki) bağlantıyı kopartalım. Ölçümlerimizi tekrar yaptığımızda (devreyi çalıştırarak), Şekil-2'deki gibi bir sonuca ulaşmamız gerekiyor.

Şekil-2

Şekil-2'deki ölçümlerde gördüğümüz gibi Pr2 ampermetresinin sıfır (0) Amper ölçtüğünü görüyoruz. Bunun anlamı R2 direncinden akımın geçmiyor olmasıdır. Peki diğer dirençler. R1 direnci üzerinden önce 2 Ampler'lik akım geçerken şimdi 2.67 Apmer'lik akım geçiyor. Yani direnc üzerinden geçen akım artmıştır. Ya R3 direnci üzerinden geçen akım? Sabit mi kalmıştır? Eğer sabit kaldığını düşünmüş iseniz, yanılmışsınızdır. Çünkü R3 direnci üzerinden geçen akım 2.67 Amper olmuştur. Daha önce 3 Amper'lik akım geçiyordu, şimdi ise akımda bir azalma olmuştur. Sonuç olarak R2 direnci üzerinden geçen akım artmış, R1 direnci üzerinden geçen akım azalmıştır.

Peki güç kaynağından geçen akım ile ilgili neler söyleyebiliriz? Önceki durumda güç kaynağından 3 Amper'lik akım geçerken son durumda 2.67 Amper'lik akım geçmiştir. Yani güç kaynağının sağladığı akımda bir azalma olmuştur. Bunun anlamı güç kaynağının devreye sağladığı güçte azalma olmasıdır.

Alıştırma-1

Şekil-1'deki R3 direncini, diğer dirençlerin önüne bağlayınız (kol-t üzerine, Şekil-3'de görüldüğü gibi) ve yukarıdaki yapılan ölçümleri tekrarlayarak akımlarda olan değişikliği belirleyiniz ve üzerinde yorum yapınız.

Alıştırma-2

Şekil-3'de görülen devreyi kurunuz. Fenerlerde kullanılan küçük ampüllerin dirençleri yaklaşık 2 Ohm civarındadır. Şekil-3'de görülen her direncin değerini 2 Ohm yapınız ve ampül gibi düşününüz. Her bir dirençten geçen akımı ölçünüz ve üzerinde harcanan gücü hesaplayınız. Bir dirençten akım geçiyorsa, üzerinde harcanan gücün P=I²·R ile hesaplandığını hatırlayınız. Bu durumda pilin (3 Volt'luk) devreye sağladığı gücü bulunuz. Sonra R2 direncinin önündeki (solundaki) teli silerek direnç üzerinden geçen akımı kesiniz. Kalan dirençler üzerinde harcanan gücü bulunuz. Eğer dirençleri ampul olarak düşünse idik, parlaklıklarında ne gibi değişiklikler olacaktı? Güç kaynağının önceki durumda sağladığı güç ile son durumda sağladığı gücün oranına bakınız.

Şekil-3

Açık Uçlardaki Potansiyel

Şekil-2'deki devreye geri dönelim. Pr2 ampermetresinin önündeki açık ucun potansiyeli nedir? Şimdi sizin verdiğiniz cevabın doğruluğunu ölçüm yaparak görelim. Ampermetrelerin önündeki (solundaki) düğüm noktalarındaki potansiyelleri ölçelim. Bunun için Pr1 ampermetresi önündeki düğüm noktasına Va1, Pr2 ampermetresinin önündeki düğüm noktasına Va2 ve Pr3 ampermetresinin önündeki düğüm noktasına Va3 diyelim. Son durum Şekil-4'deki gibi olacaktır.

Şekil-4

Devreyi çalıştırdıktan sonra, tablo üzerine çift tıklayarak Va1.V, Va2.V ve Va3.V değerlerinin ölçülmesini sağlayın. Va2 noktasındaki potansiyel nedir? Sıfır mı? Yoksa Va3 noktasındaki potansiyel ile aynı mı? Şekil-4'de görüldüğü gibi, Va2 noktasındaki (R2 direncinin sol tarafı) potansiyelin sıfır olmadığı görülüyor. Bunun nedeni ne olabilir? Seri devreleri anlatırken, son paragraflarda potansiyel düşmelerden bahsetmiştik. Potansiyel düşmenin yaşanabilmesi için, o koldan akımın geçmesi gerekiyor ve bir dirençteki potansiyel düşme o direnç üzerinden geçen akım ile direncin çarpımına eşitti (V=IR). Şimdi R2 direncinden akım geçmediğine göre, burada bir potansiyel düşme olmayacaktır (V=0·6=0 Volt). Bu nedenle Va2 noktasındaki potansiyel, Va3 noktasındaki potansiyel ile aynıdır. Aynı yorumu yaparak Va1 noktasındaki potansiyelin neden güç kaynağının artı ucu (pozitif terminali) terminali ile aynı olduğunu açıklayın.

Alıştırma-3

Şimdi Şekil-4'deki devrede açık Pr2 ampermetresi ile kol-1 arasını tekrar birleştirerek, ölçümleri yineleyin. Daha sonra R1 direncinin uçları arasını kısa devre yaptırarak her bir dirençten geçen akımın nasıl değiştiğini inceleyin. R3 direnci üzerinden geçen akımda değişiklik oldu mu?

Alıştırma-4

Şekil-5'deki devreyi kurarak Va noktasındaki potansiyeli ölçünüz.

Şekil-5

R1 direnci üzerinden akım geçiyor mu? Eğer R1 direnci bir ampül olsaydı ışık verirmiydi?

Alıştırma-5

Şekil-6'daki devreyi kurunuz. Devredeki her direncin değeri 3 Ohm'dur. Güç kaynağının 20 Volt olduğunu düşünürsek

a1, a2 ve a3 noktalarındaki potansiyellerini ölçünüz.

R=V/I formülünü kullanarak güç kaynağına bağlı toplam direnci bulunuz.

Her direnç üzerinden geçen akımı ölçünüz.

Her direnç üzerindeki potansiyel düşmeyi bulunuz.

Şekil-6

Aşağıdaki her soruda bir önceki basamakta yapılanlar iptal edilecek ve devre Şekil-6'da görülen haline döndürülecektir.

a2 ve a3 noktaları birleştirilirse (kısa devre yapılırsa), devrenin diğer elemanlarından geçen akımdaki değişikliği gözleyiniz.

a1 ve a2 noktalarını birleştiriniz (kısa devre yaptırınız), ve değişmeleri izleyiniz.

a3 ve a6 noktaları birleştirilirse her dirençten geçen akım nasıl değişir?