Bir öğrenci, elektrik devresindeki ampulün parlaklığını etkileyen değişkenleri gözlemlemek amacıyla bir deney tasarlıyor. Özdeş ampuller, piller ve anahtarlar kullanarak iki farklı devre kuruyor.
Birinci devrede $1$ pil varken, ikinci devrede $2$ pil seri bağlanıyor. Bu deneyde gözlemlenecek durum aşağıdakilerden hangisidir?
A) İki devredeki ampuller de aynı parlaklıkta yanar.
B) Birinci devredeki ampul, ikinci devredekinden daha parlak yanar.
C) İkinci devredeki ampul, birinci devredekinden daha parlak yanar.
D) İki devredeki ampuller de hiç yanmaz.
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu deney, elektrik devrelerinde ampul parlaklığını etkileyen temel faktörlerden birini, yani devredeki gerilimin (voltajın) etkisini anlamamızı sağlayacak harika bir örnektir. Şimdi adım adım bu deneyi ve sonuçlarını inceleyelim:
- Deneyin Amacı: Bu deneyde, bir elektrik devresindeki pil sayısının (dolayısıyla toplam gerilimin) ampulün parlaklığı üzerindeki etkisini gözlemlemek istiyoruz.
- Kullanılan Malzemeler:
- Özdeş ampuller: Ampullerin aynı olması, parlaklık farkının sadece pil sayısından kaynaklandığını garanti eder.
- Özdeş piller: Her pilin aynı gerilimi sağladığını varsayarız.
- Anahtarlar: Devreyi açıp kapatmak için kullanılır.
- Devrelerin Kurulumu:
- Birinci Devre: $1$ adet pil, $1$ adet ampul ve $1$ adet anahtar seri bağlanmıştır. Bu devredeki toplam gerilim, $1$ pilin sağladığı gerilime eşittir. Diyelim ki bir pil $V$ kadar gerilim sağlıyor.
- İkinci Devre: $2$ adet pil seri bağlanmış, $1$ adet ampul ve $1$ adet anahtar ile birlikte. Piller seri bağlandığında, gerilimleri toplanır. Dolayısıyla bu devredeki toplam gerilim $2V$ olur.
- Ampul Parlaklığını Etkileyen Faktör: Bir ampulün parlaklığı, üzerinden geçen akımın şiddetine ve ampulün direncine bağlıdır. Daha teknik olarak, ampulün harcadığı güç ($P$) ile doğru orantılıdır. Güç, $P = V \cdot I$ (gerilim çarpı akım) veya $P = I^2 \cdot R$ (akımın karesi çarpı direnç) ya da $P = V^2 / R$ (gerilimin karesi bölü direnç) formülleriyle hesaplanır. Ampuller özdeş olduğu için dirençleri ($R$) aynıdır.
- Devrelerin Karşılaştırılması:
- Birinci Devre İçin: Toplam gerilim $V$ olsun. Ampulün direnci $R$ olsun. Bu durumda ampulün harcadığı güç $P_1 = V^2 / R$ olur.
- İkinci Devre İçin: Toplam gerilim $2V$ olur (çünkü $2$ pil seri bağlı). Ampulün direnci yine $R$ olsun. Bu durumda ampulün harcadığı güç $P_2 = (2V)^2 / R = 4V^2 / R$ olur.
- Sonuç: Gördüğümüz gibi, $P_2 = 4 \cdot (V^2 / R) = 4 \cdot P_1$. Yani ikinci devredeki ampulün harcadığı güç, birinci devredeki ampulün harcadığı gücün $4$ katıdır. Daha fazla güç harcayan ampul, daha parlak yanar. Bu nedenle, ikinci devredeki ampul, birinci devredekinden daha parlak yanacaktır.
Bu gözlem, elektrik devrelerinde gerilimin (voltajın) ampul parlaklığı üzerindeki doğrudan ve önemli etkisini açıkça göstermektedir. Gerilim arttıkça, aynı dirençli ampulden geçen akım artar ve ampul daha fazla güç harcayarak daha parlak ışık verir.
Cevap C seçeneğidir.
