Bir öğrenci, ayarlanabilir direnç (reosta) kullanarak bir ampulün parlaklığını değiştirmek istiyor. Devredeki reostanın sürgüsünü bir yöne hareket ettirdiğinde ampulün parlaklığının azaldığını gözlemliyor.
Buna göre, öğrenci reostanın sürgüsünü nasıl hareket ettirmiş olabilir ve bu durum ne anlama gelir?
A) Sürgüyü direnç telinin boyunu kısaltacak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin azaldığı anlamına gelir.
B) Sürgüyü direnç telinin boyunu uzatacak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin arttığı anlamına gelir.
C) Sürgüyü direnç telinin kalınlığını artıracak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin azaldığı anlamına gelir.
D) Sürgüyü direnç telinin malzemesini değiştirecek yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin değiştiği anlamına gelir.
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, günlük hayatta sıkça karşılaştığımız bir elektrik devresi elemanı olan reostanın (ayarlanabilir direnç) çalışma prensibini ve ampul parlaklığı üzerindeki etkisini anlamaya çalışacağız. Adım adım ilerleyerek bu konuyu netleştirelim:
-
1. Ampul Parlaklığı ve Akım İlişkisi: Bir ampulün ne kadar parlak yandığı, üzerinden geçen elektrik akımının miktarıyla doğrudan ilişkilidir. Yani, ampulden geçen akım artarsa ampul daha parlak yanar; akım azalırsa ampulün parlaklığı da azalır. Soruda ampulün parlaklığının azaldığı belirtildiğine göre, devreden geçen akımın azaldığını anlıyoruz.
-
2. Ohm Kanunu ve Direnç İlişkisi: Elektrik devrelerinde akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiyi açıklayan temel yasa Ohm Kanunu'dur. Bu kanun $V = I \cdot R$ şeklinde ifade edilir. Burada $V$ gerilim (volt), $I$ akım (amper) ve $R$ direnç (ohm) demektir. Bu formülü akımı bulmak için düzenlersek, $I = V / R$ elde ederiz. Bu formül bize şunu söyler: Devredeki gerilim (pilin voltajı gibi) sabitken, devrenin toplam direnci ($R$) artarsa, devreden geçen akım ($I$) azalır. Tam tersi, direnç azalırsa akım artar.
-
3. Reosta (Ayarlanabilir Direnç) Nedir ve Nasıl Çalışır?: Reosta, bir elektrik devresindeki direnci isteğe bağlı olarak değiştirmemizi sağlayan bir elemandır. İçinde genellikle uzun bir direnç teli bulunur ve bu telin üzerinde hareket edebilen bir sürgü (kontak) vardır. Sürgüyü hareket ettirerek, akımın devreyi tamamlamak için geçtiği direnç telinin uzunluğunu ayarlarız.
-
4. Direncin Tel Uzunluğuna Bağımlılığı: Bir telin elektrik direnci, telin uzunluğuyla doğru orantılıdır. Yani, tel ne kadar uzun olursa direnci de o kadar büyük olur. Matematiksel olarak $R = \rho \cdot (L / A)$ formülüyle ifade edilir. Burada $\rho$ özdirenç, $L$ telin uzunluğu ve $A$ telin kesit alanıdır.
-
5. Gözlemi Yorumlama: Öğrenci, reostanın sürgüsünü hareket ettirdiğinde ampulün parlaklığının azaldığını gözlemliyor.
- Parlaklık azaldığına göre, ampulden geçen akım ($I$) azalmıştır.
- Akım azaldığına göre (Ohm Kanunu'na göre), devrenin toplam direnci ($R$) artmıştır.
- Devrenin toplam direnci arttığına göre, reosta üzerindeki direnç telinin devrede kullanılan kısmı uzatılmış olmalıdır.
-
6. Seçenekleri Değerlendirme: Şimdi seçenekleri yukarıdaki çıkarımlarımıza göre inceleyelim:
- A) Sürgüyü direnç telinin boyunu kısaltacak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin azaldığı anlamına gelir. Direnç azalırsa akım artar, parlaklık artar. Bu bizim gözlemimizle çelişir.
- B) Sürgüyü direnç telinin boyunu uzatacak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin arttığı anlamına gelir. Direnç artarsa akım azalır, parlaklık azalır. Bu, öğrencinin gözlemiyle tamamen uyumludur.
- C) Sürgüyü direnç telinin kalınlığını artıracak yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin azaldığı anlamına gelir. Reosta sürgüsü telin kalınlığını değiştirmez. Ayrıca, telin kalınlığı artarsa direnç azalır (çünkü direnç kesit alanıyla ters orantılıdır), bu da parlaklığı artırır. Bu da çelişir.
- D) Sürgüyü direnç telinin malzemesini değiştirecek yönde hareket ettirmiştir, bu da devredeki direncin değiştiği anlamına gelir. Reosta sürgüsü telin malzemesini değiştirmez, sadece telin uzunluğunu ayarlar.
Bu analizler sonucunda, öğrencinin reostanın sürgüsünü direnç telinin boyunu uzatacak yönde hareket ettirdiğini ve bunun da devredeki toplam direnci artırarak akımı azalttığını ve dolayısıyla ampulün parlaklığını düşürdüğünü anlıyoruz.
Cevap B seçeneğidir.
