Konu anlatımı
Bir devrede ölçüm yapmak ve anahtar açılıp kapandığında neyin değiştiğini öngörmek, devre sorularının çoğunu çözmeni sağlar. Bu alt başlıkta ölçüm aletlerinin bağlanışını, kısa devreyi ve anahtarlı devreleri yorumlamayı göreceksin.
Ampermetre ve voltmetre
Ampermetre, akımını ölçeceği elemanla seri bağlanır; devreyi etkilememesi için direnci çok küçüktür ve ideal ampermetrenin direnci sıfır kabul edilir. Voltmetre, gerilimini ölçeceği elemana paralel bağlanır; üzerinden akım geçmemesi için direnci çok büyüktür ve ideal voltmetrenin direnci sonsuz kabul edilir. Ampermetre paralel bağlanırsa elemanı kısa devre eder ve çok büyük akım geçebilir; voltmetre seri bağlanırsa devreden neredeyse hiç akım geçmez ve voltmetre yaklaşık olarak üretecin gerilimini gösterir.
Kısa devre
Bir devre elemanının iki ucu direnci önemsiz bir telle birleştirilirse akım direnç göstermeyen bu yolu seçer; elemandan akım geçmez ve elemanın gerilimi sıfır olur. Buna kısa devre denir. Kısa devre olan lamba söner, devrenin eşdeğer direnci azalır ve öbür elemanlardan geçen akım artar. Üretecin iki ucu doğrudan birleştirilirse çok büyük akım geçer; teller ısınır, pil bozulabilir ve yangın çıkabilir. Sigortalar bu tehlikeye karşı devreyi keser.
Anahtar açılıp kapanınca
Anahtar kapanınca devreye paralel bir kol eklenirse eşdeğer direnç azalır ve ana kol akımı artar. İç direnci önemsiz bir üretece doğrudan paralel bağlı kollardaki lambaların parlaklığı yeni bir kol eklense de değişmez, çünkü gerilimleri hep üretecin gerilimine eşittir. Paralel grup bir lambayla seri bağlıysa seri lambanın akımı artar ve lamba parlaklaşır; paralel gruptaki lambaların gerilimi ise azalır ve bu lambalar sönükleşir. Çözümde önce eşdeğer direncin nasıl değiştiğini, sonra ana kol akımını, en son kolların gerilim ve akımlarını düşün.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Özdeş L₁, L₂ ve L₃ lambalarından L₂ ile L₃ birbirine paralel bağlanmış, bu ikili L₁ ile seri olarak iç direnci önemsiz bir üretece bağlanmıştır. L₃'ün koluna seri bağlı anahtar başlangıçta açıktır. Anahtar kapatılınca lambaların parlaklıkları nasıl değişir?
Çözüm. Anahtar açıkken L₃'ten akım geçmez; L₁ ve L₂ seri bağlıdır ve eşit parlaklıkta yanar. Anahtar kapanınca L₂ ile L₃ paralel olur ve bu grubun eşdeğer direnci bir lambanınkinin yarısına iner; devrenin eşdeğer direnci azalır, ana kol akımı artar ve L₁ daha parlak yanar. L₁'in gerilimi arttığı için paralel grubun gerilimi azalır; L₂ sönükleşir, L₃ ise yanmaya başlar ve L₂ ile aynı parlaklıktadır. Örneğin üreteç 12 V ve her lamba 6 Ω ise L₁'in gücü 6 W'tan yaklaşık 10,7 W'a çıkar, L₂'ninki 6 W'tan yaklaşık 2,7 W'a iner.
Örnek 2. İç direnci önemsiz 12 V'luk bir üretece 2 Ω ve 4 Ω'luk dirençler seri bağlanmıştır. Ana kola bağlı ideal ampermetre ve 4 Ω'luk direncin uçlarına bağlı ideal voltmetre ne gösterir?
Çözüm. İdeal ampermetrenin direnci sıfır olduğu için devrenin eşdeğer direnci 2 + 4 = 6 Ω'dur ve ampermetre 12/6 = 2 A gösterir. İdeal voltmetreden akım geçmediği için devreyi etkilemez ve 4 Ω'luk direncin gerilimini gösterir: 2·4 = 8 V. 2 Ω'luk direncin gerilimi 4 V'tur ve iki gerilimin toplamı üretecin gerilimine eşittir.
Sık yapılan hatalar
- Ampermetrenin direncinin büyük, voltmetreninkinin küçük olduğunu sanmak.
- Kısa devre olan lambadan da akım geçtiğini düşünmek.
- Yeni bir paralel kol eklenince eşdeğer direncin arttığını sanmak; paralel kol eklemek eşdeğer direnci azaltır.
- Ampermetre seri bağlanır ve direnci çok küçüktür; voltmetre paralel bağlanır ve direnci çok büyüktür.
- Kısa devre olan elemandan akım geçmez.
- Önce eşdeğer direnci, sonra ana kol akımını, en son kolları düşün.