Değişik malzemeler değişik dirençler göstermektedirler. Örneğin; wattlık lambanın direnci ohm olarak ölçülür. Bir dirençten akım geçtiği zaman elektronlar enerji kaybetmektedir. bir dirençten elektron geçtiği zaman iş yapıyor anlamına gelmektedir. Bu iş ise ısıya dönüşmektedir. Potansiyel fark, akım ve ve direnç arasında bulunan ilişki Ohm kanunu olarak isimlendirilmektedir. Ohm kanununa göre akım, potansiyel farkın dirence oranı olarak açıklanmaktadır.
Ohm Kanununa göre; Devrede bulunan akım şiddeti (I), gerilim (U), direnç (R) olarak ifade edilirse.
Akım Şiddeti = Gerilim / Direnç olur. Yani; I = U/R şeklinde ifade edilir.
Ohm Kanunu Tanımı, Formülü, Örnekleri ve Soruları
Ohm Kanunu; Elektrik direnç birimi olarak ifade edilebilir. Simgesi ise Ω şeklindedir. Bir iletkenin üzerinden geçen elektrik akımına karşı iletkenin gösterdiği direnç olarak da isimlendirilebilir.
Ohm Kanunu Deneyi Nedir?
Ohm kanunu deneyinin yapılabilmesi için kapalı bir elektrik devresi kurulmalıdır. Bu devrede Reosta ile ampermetrenin devreye seri olarak bağlanması, voltmetrenin ise paralel bir şekilde bağlanması gerekmektedir. Burada akımın, gerilim ve dirence göre hareketleri incelenmektedir. Akım, gerilime ve dirence göre değiştiği için önce akım sonra da gerilimin sabit tutulması gerekir.
Gerilim Sabit Tutulduğunda;
İlk önce kollu reosta kolu 50 Ω yapılır. Burada voltmetrenin volt gösterdiği sırada ampermetrenin hangi değeri gösterdiği not alınır. Sonrasında reosta kolu ile Ω arasında bir değere getirilir. Gerilim ise yine voltta sabit tutulur. Gerilim sabit tutularak direnç arttırıldığı zaman akımın azaldığı görülmektedir.
Bu uygulamayı ampermetre üzerinde gözlemlemek mümkündür. Ancak aynı çıkarım ohm kanunu kullanılarak da yapılabilmektedir. Yapılan incelemeye göre akım şiddeti ile direnç arasında ters orantı olduğu söylenebilir.
Direnç Sabit Tutulduğunda;
Kollu reosta kolu 50 Ω yapılarak direnç bu değerde sabit tutulur. Bu defa devreye sırası ile , ve volt gerilim verilir. Gerilim artırıldıkça ampermetrenin değerinin de arttığı görülmektedir. Yani; direnç sabit tutulup gerilim artırıldığı zaman akım da artar. Direnç ve akım arasında doğru orantı bulunur.
Akım Şiddeti (Amper): Bir ohm direncin iki ucu arasında bulunan gerilim 1 volt olarak ölçüldüğünde direnç üzerinden geçen akım şiddeti de 1 amper olur.
Gerilim (Voltaj): 1 Ω dirence sahip olan alıcı üzerinden geçen akım şiddeti 1 amper olduğunda alıcının iki ucu arasındaki gerilim de 1 volt olarak ölçülür
Ohm kanunu gerilim (voltaj veya potansiyel fark), elektrik akımı ve dirençarasındaki ilişkiye denir. Alman fizik öğretmeni ve bilim insanı Georg Ohm tarafından yılında keşfedildiği için bu kanun onun adıyla anılır. Elektrik devrelerinde Ohm kanunu vazgeçilmezdir, bunu bilirseniz bir devredeki gerilimi de akımı da hesaplayabilirsiniz. Ohm kanununu anlamak için gelin birlikte Ohmun deneyini biz de yapalım. Bunun için devre yapım seti doğru akım simülasyonunu kullanabiliriz. Araştırma sorumuz şu: voltaj ile akım arasındaki ilişki nasıldır? Bu soruyu araştırmak için bağımsız değişkenimiz olan gerilimi değiştireceğiz, bunun karşısında değişen bağımlı değişkenimiz olan akımı ölçeceğiz. Kontrol değişkenimiz ise direnç, direnci sabit tutacağız, yani bu ölçümleri hep aynı direnç ile alacağız. Bir direnç, biraz kablo ve çeşitli pillerden oluşan basit bir elektrik devresi kuralım. Sonra direncin üstündeki potansiyel farkı ve akımı ölçelim. Bakalım gerilim (voltaj veya potansiyel fark) ile akım arasında bir ilişki bulabilecek miyiz?
Aşağıdaki resimde ben devreyi kurdum ve her seferinde bir pil ekleyerek gerilimi değiştirdim. Her seferinde de direncin üstündeki voltajı (gerilimi) ve akımı ölçtüm. Voltmetreyi dirence paralel bağladığıma ve ampermetreyi seri bağladığıma dikkat edin. Ayrıca voltmetrenin kırmızı ucunu pillerin artı ucunun olduğu tarafa, siyah ucunu da pillerin eksi ucunun olduğu tarafa bağladığıma dikkat edin.
Ölçüm sonuçlarımızı bir tabloda gösterelim:
Gerilim (V) | Akım (A) |
---|---|
9 | 0,5 |
18 | 1 |
27 | 1,5 |
36 | 2 |
45 | 2,5 |
54 | 3 |
63 | 3,5 |
72 | 4 |
Elimizde voltaj ve akım değer çiftleri var. Bunlar matmatikteki sıralı ikililer. Ne zaman böyle bir veri setimiz olsa, hep grafik çiziyoruz. Çünkü bu sayılar arasındaki ilişkiyi (fonksiyonu) arıyoruz. Öyleyse bakalım bu değişkenlerin grafiği neye benziyor. Bu veriyi Google Sheetste (Excel de kullanabilirsiniz) yeni bir tabloya girdim ve dağılım grafiği çiz dedim. Bir de veriye eğilim çizgisi eklemesini söyledim. Grafik şöyle görünüyor:
Çok düzgün (hatta fazla düzgün, simülasyon olduğu için hiç hata yok, telin direnci sıfır yapılabiliyor örneğin) doğrusal bir model (eğilim çizgisi) oturduğunu görüyoruz. Bu elimizdeki devredeki direncin uçları arasındaki potansiyel fark (gerilim veya voltaj) ile akımın doğru orantılı olduğunu gösteriyor. Voltaj arttıkça akım da artıyor. Bu çizginin eğimi bize direncin değerini verir. Tüm noktalar eğilim çizgisinin üstünde olduğu için birini seçip kullanabiliriz eğimi bulmak için. Örneğin V = 45 V, I = 2,5 A noktasını seçelim:
tan \theta = R = \frac{V}{I}R = \frac{45 \space V}{2,5 \space A} = 18 \space \OmegaBuradan varacağımız ilk sonuç Ohm Kanununun formülü yani matematiksel modeli:
V = IR
İkinci sonuç da birimlerle ilgili. Direncin birimi olan ohm aslında volt bölü amper demek.
ohm = \frac{volt}{amper}\Omega = \frac{V}{A}V = IR aslında her şeyi özetliyor:
Aşağıda Ohm Kanunu PHET Simülasyonundan aldığım resim bu durumu özetliyor. Akımı değiştiremediğimize, yalnızca voltaj ve direnci değiştirebildiğimize dikkat etmelisiniz. Zaten Ohm kanunun en önemli kullanım alanı akımı kontrol edebilmektir. Akımı kontrol edersek bilgisayar yapabiliyoruz.
Ohm kanunu doğanın temel bir kanunu değildir. Daha ziyade belirli malzemeler için geçerli olan ampirik (deneysel) bir ilişkidir. Bazı maddeler ve devre elemanları Ohm kanununa uymaz. Örneğin, diyotlarda Ohm kanunu çalışmaz. Bu nedenle elinizde LED ampul varsa Ohm kanunu kullanarak direncini hesaplayamazsınız. Ohm kanununa uymayan malzemelere Ohmik olmayan, uyan malzemelere Ohmik denir.
Dikkat etmemiz gereken önemli bir noktada V ile voltajı yani potansiyel farkı gösterdiğimiz. Aslında V ile elektrik potansiyeli gösterilir ve doğru gösterimin ∆V = IR olması gerekir. Değişimi (yani farkı) gösteren deltayı (üçgen sembolünü) atıp sadece V olarak göstermek adet olmuş.
Bir el feneri iki adet kalem pille (AA) çalışmaktadır. Kalem piller fenerin ampulüne 3 V gerilim sağlarken ampulden geçen akım mA olduğuna göre, ampulün direnci kaç ohmdur?
Çözüm:
Ohm kanunun yazalım:
V = IR
V = 3 V ve I = 0,3 A olduğunu biliyoruz (miliamperi ampere çevirmek için e böldük).
R = \frac{V}{I}R = \frac{3\space V}{0,3 \space A} = 10 \space \OmegaDirenci R olan bir iletkenin uçlarına V voltajı uygulandığında iletkenin üstünden geçen akım I oluyor. Sonra iletkenin uçları arasındaki gerilim iki katına çıkarılıyor, 2V oluyor.
Buna göre aşağıdaki önermelerden hangisi veya hangileri doğrudur?
I. İletkenin direnci 2R olur.
II. İletkenin üstünden geçen akım 2I olur.
III. İletkenin direnci R olur.
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
D) II ve III
E) I ve II
Çözüm:
Ohm kanunun hatırlayalım: V = IR; I = V/R
Eğer iletkenin boyunu ya da kesit alanını değiştirmiyorsak, direncin değişmemesi gerekir. Dolayısıyla I. önerme yanlış. Direnç R olarak kalmalı. Dolayısıyla III. önerme doğru.
2V = IR
I = 2V/R = 2(V/R)
I = 2I
Dolayısıyla II. önerme doğru. Cevap D, II. ve III. önermeler doğru.
Aşağıdaki video hem simülasyonun nasıl kullanıldığını gösteriyor, hem de Ohm kanunu deneyinin yapılışını anlatıyor. İzlemenizi öneririm.
Elektrik Akımı, direnç ve potansiyel farkı arasındaki ilişkiyi analiz eder.