Basit Elektrik Devresi Deneyi: Ampul Ne Zaman Yanar?

Deneyin amacı ve kapalı devre kavramı

Deneyin amacı, bir pilin elektrik enerjisi sağlayabildiğini ve bu enerjinin kablolar üzerinden ampule ulaştığında ampulü yakabildiğini gözlemlemektir. Elektrik devresi, elektrik yüklerinin hareket edebildiği tamamlanmış bir yol olarak düşünülebilir. Kapalı devrede pilin bir ucundan başlayan bağlantı, ampulden geçerek pilin diğer ucuna ulaşır. Böylece elektrik akımının dolaşabileceği kesintisiz bir yol oluşur.

Ampulün yanmasının nedeni, akımın ampulün içindeki ince telden geçmesidir. Bu tel akıma karşı direnç gösterir ve elektrik enerjisinin bir bölümü ısı ile ışığa dönüşür. Kablolardan biri çıkarılırsa ya da kablo ampulün uygun bağlantı noktasına değmezse yol kesilir. Bu durumda devre açık hâle gelir ve ampul yanmaz. Örneğin bir kablonun bir ucunu pilin artı kutbuna, diğer ucunu ampulün bir bağlantı noktasına bağlayıp ampulün diğer bağlantı noktasını ikinci bir kabloyla pilin eksi kutbuna bağladığınızda kapalı bir yol kurulur. Bağlantılardan birini kaldırdığınızda ampul söner.

Açık devrede yol kesildiği için akım dolaşamaz; kapalı devrede ise bağlantı tamamlandığı için akım devrenin elemanlarından geçebilir. Seri ve paralel devrelerin ayrıntılı karşılaştırılması farklı bir konudur.

Gerekli malzemeler

Deney için bir pil, iki bağlantı kablosu ve pile uygun küçük bir ampul gerekir. Ampulün kablo uçlarının değebileceği iki bağlantı noktası olmalıdır; ampul duyuna sahipseniz ampulü duya takarak bağlantıyı daha kolay ve sağlam hâle getirebilirsiniz. Kabloların uçlarında iletken metal kısmın bulunması bağlantı kurulmasını sağlar. Pilin gerilimi ampulün gerektirdiği değere uygun seçilmelidir; böylece ampulün çalışması kolaylaşır ve gereksiz ısınma önlenir. Malzemeleri kullanmadan önce pilin ve kabloların dış kaplamasında belirgin bir hasar olmadığını kontrol edin.

Devrenin kurulma adımları

Önce pili düz bir yere koyun ve artı ile eksi kutuplarını belirleyin. Birinci kablonun bir ucunu pilin artı kutbuna, diğer ucunu ampulün bağlantı noktalarından birine bağlayın. Bağlantının metal kısımların birbirine temas ettiğinden, fakat kablonun kaplı bölümünün bağlantı yerine gelmediğinden emin olun.

İkinci kablonun bir ucunu ampulün boşta kalan bağlantı noktasına bağlayın. Bu kablonun diğer ucunu pilin eksi kutbuna değdirin. İki kablo da doğru noktalara temas ettiğinde pil, kablolar ve ampulden oluşan kesintisiz bir yol meydana gelir; ampulün yanması beklenir. Ampul yanmıyorsa bağlantıları tek tek kontrol edin: Kablonun pil kutbuna temas edip etmediğine, ampulün duya veya bağlantı noktalarına doğru yerleşip yerleşmediğine ve pilin uygun durumda olup olmadığına bakın.

Ampulün yanıp yanmadığını karşılaştırmak için ikinci kablonun pilin eksi kutbundan ayrıldığı bir durum oluşturabilirsiniz. Bu durumda devre tamamlanmaz ve ampul söner. Kabloyu yeniden pilin eksi kutbuna değdirdiğinizde yol tamamlanır ve ampul tekrar yanabilir. Devre sembolleri ve devre şeması çizimi ayrı bir konudur.

Devrenin temel çalışma açıklaması

Pil, devredeki elektrik yüklerini hareket ettirecek enerjiyi sağlayan kaynaktır. Kablolar, elektrik yüklerinin devrenin bir bölümünden diğerine ilerleyebildiği iletken yolu oluşturur. Ampul ise bu akış sırasında elektrik enerjisinin ışık ve ısıya dönüşmesini sağlayan devre elemanıdır. Pilin enerjisi tek başına ampulü yakmaz; pil, kablo ve ampulün birlikte tamamladığı kapalı bir yol gerekir.

Kapalı yol boyunca akımın aynı devre üzerinde dolaşabilmesi, bağlantı noktalarının kopmamış olmasına bağlıdır. Kablolardan birinin boşta kalması, ampulün bağlantı noktalarından birine temas etmemesi veya pil kutuplarından birine bağlantı yapılmaması akım yolunu keser. Bu nedenle ampulün yanması, yalnızca ampulün sağlam olduğunu değil, devrenin tamamlandığını da gösterir. Akım yönü anlatılırken genellikle pozitif yüklerin hareket edeceği yön esas alınır; metallerde hareket eden elektronların yönü bunun tersidir. Elektrik akımının yönüyle ilgili ayrıntılar ayrı bir başlıkta ele alınır. Ohm kanunu ve devre hesaplamaları için ohm-yasasi-hesaplama konusu incelenebilir.

Güvenlik uyarıları

Deneyde yalnızca uygun ve sağlam bir pil kullanın. Kablonun iki ucunu doğrudan pilin artı ve eksi kutuplarına bağlamayın; bu bağlantı ampulü devre dışı bırakır ve kısa devre oluşturabilir. Kısa devrede elektrik akımı ampul gibi bir devre elemanından geçmeden çok kısa bir yoldan ilerleyebilir. Bu durum pilin veya kabloların ısınmasına yol açabilir. Pil, kablo ya da ampul belirgin biçimde ısınırsa bağlantıyı hemen ayırın ve malzemelerin soğumasını bekleyin.

Bağlantıları değiştirirken önce kablolardan birini pilden ayırın. Hasarlı kabloları kullanmayın; metal uçlara gereksiz yere dokunmayın ve pili açmaya çalışmayın. Deney küçük çocuklar tarafından yapılıyorsa bir yetişkin gözetimi bulunmalıdır. Elektrik akımının insan vücudundan geçmesi tehlikeli olabileceği için deneyi yalnızca düşük gerilimli pil ve uygun deney malzemeleriyle yapın.

Gözlemlenecek sonuçlar

Her iki kablo da doğru bağlantı noktalarına değdiğinde ampulün yanması beklenir. Bu gözlem, pilin, kabloların ve ampulün oluşturduğu yolun kapalı olduğunu gösterir. Bir kabloyu pilin kutbundan ayırdığınızda veya ampulün bir bağlantısını kopardığınızda ampul söner. Çünkü devrede akımın geçebileceği kesintisiz bir yol kalmaz.

Bağlantıyı yeniden tamamladığınızda ampul tekrar yanabilir. Ampul hiç yanmıyorsa bunun nedeni her zaman açık devre olmayabilir; pilin enerjisinin azalması, ampulün arızalı olması veya kablo uçlarının metal bağlantı noktalarına temas etmemesi de kontrol edilmelidir. Gözlem yaparken hangi bağlantıyı değiştirdiğinizi ve ampulün nasıl tepki verdiğini not edebilirsiniz. Örneğin “İkinci kablo ayrıldığında ampul söndü, yeniden bağlandığında yandı” gözlemi, ampulün yanması ile kapalı devre arasındaki ilişkiyi açıkça gösterir.