Üreteçlerin Bağlanması Ile Ilgili Sorular

Devreye akım üreten kaynaklara üreteç denir. Üreteçler doğru akım kaynaklarıdır. Devrelerde üreteç olarak günlük hayattan iyi bildiğimiz piller kullanılır. Her üretecin bir iç direnci vardır ve r ile gösterilir. İç direnç Şekil ll deki gibi pile seri bağlı direnç gibi davranır. Üreteçlerin elektromotor (emk) kuvvetleridevreye akım üretir. Elektromotor kuvveti s ile gösterilir. Kullanım amaçlarına göre üreteçler seri ya da paralel olarak bağlanır. Şimdi pillerin bağlanma şekillerini ve amaçlarını inceleyelim.

1. Seri Bağlı Üreteçler

Üreteçlerin (pillerin), (+) kutuplarını (-) kutuplarına bağlamak suretiyle oluşturulan bağlama şeklidir. Şekil l deki gibi bağlanmış iki pilin toplam emk si;

Pillerin toplam iç direnci ise;

Şekil II deki gibi üç tane pil seri bağlandığında toplam emk; ε_T = ε₁ + ε₂ + ε₃toplam direnç r_T = r₁ + r₂ + r₃ ile bulunur. Seri bağlı pillerin her birinden aynı miktarda akım çekilir. Daha fazla potansiyel fark elde etmek istediğimizde piller bu şekilde bağlanır.

Piller şekil III deki gibi ters bağlandığında devrenin toplam emk si;

Devrenin eş değer direnci;

Reş = R + r1 + r2 olur. Buradan ana koldan geçen akım ohm kanununa göre;

2. Paralel Bağlı Üreteçler

Üreteçlerin (+) ve (-) uçları kendi aralarında Şekil I deki gibi bağlanmasıyla oluşturulan devrede piller paralel bağlanmış demektir. Şekil l de pillerden çekilen akımlar i olmasına rağmen ana koldaki R direncinden 2i akımı geçer. Dirençten akım geçmesi için Üreteçlerin özdeş olması gerekir. Eğer piller özdeş olmazsa dirençten akım geçişi olmaz. Bunun yerine Üreteçlerin potansiyelleri eşit oluncaya kadar Üreteçler arası akım geçişi olur. Şekil II de özdeş Üreteçlerin her birinin emk&#;si s iken devrenin toplam emk si bir üretecin emk değerine eşittir.

Devrelerde pillerin ömrünü uzatmak için piller paralel bağlanmaktadır.

Üreteçlerin Seri ve Paralel Bağlanması Çözümlü Sorular

Pillerin Yapısı ve Ömrü konu anlatımı konusuna gitmek için tıklayın

Bir elektrik devresinden elektrik akımının geçebilmesi için gerekligerilimi (voltaj veya potansiyel fark da denir) sağlayan devre elemanına üreteç denir. En sık kullanılan üreteç türleri pil, batarya, akü ve güç kaynaklarıdır. Bu yazıda elektrik devrelerinde doğru akımdan bahsediyor olacağız, sınıfta alternatif akımı öğreneceksiniz. Şimdiye kadar elektrik devrelerinde hep tek üreteç ile çalışmış olabilirsiniz. Şimdi gerçek elektrik devrelerinde birden fazla üretecin seri ve paralel bağlanmasını inceleyeceğiz.

Neden birden fazla üretece gerek duyulur? Çünkü bazen bir pilin sağlayabileceğinden daha büyük bir gerilime veya bir devreden geçen akımın daha uzun sürmesini yani sürekliliğini sağlamaya ihtiyaç vardır. Örneğin, el fenerlerinde ve oyuncak lazerlerde üreteç olarak iki adet kalem pil (AA) kullanılır. Benzer şekilde televizyon kumandalarında da iki adet ince pil (AAA) kullanılır. Bir elektrik devresinde kaç pil kullanacağınızı ve pilleri nasıl bağlayacağınızı ihtiyacınıza göre belirlersiniz. Tıpkı dirençlerin bağlanmasında olduğu gibi pillerin bağlanmasında da yalnızca iki olasılık vardır: seri bağlama ve paralel bağlama.

Üreteçlerin (pillerin) seri bağlanması

Üreteçleri yani pilleri seri bağlamak demek bir pilin artı ucu (pozitif kutbu), ikinci pilin eksi ucuna (negatif kutbuna) denk gelecek şekilde yerleştirmektir. Pilleri seri bağlamanın amacı iki pilin potansiyel farklarını birleştirerek daha büyük bir gerilim elde etmektir. Aşağıdaki resimde iki kalem pilin birbirine nasıl doğru şekilde seri bağlanacağı gösteriliyor.

Eğer birinci pilin artı ucunu diğer pilin artı ucuna denk getirirecek şekilde bağlarsanız, pilleri ters şekilde seri bağlamış olursunuz. Aşağıdaki resimde iki kalem pilin ters bağlanması gösteriliyor. Tersten kastımız birbirinin gerilimini götürmesi. Ters bağlanmış iki özdeş pilin toplam potansiyel farkı sıfır olur. Yani hiç pil (üreteç) kullanmamış gibi olursunuz.

Bu iki resme iyice bakmalısınız. Biri doğru (+ uç &#; uca geliyor), diğeri yanlış (+ uç + uca geliyor). Eğer eksi uç eksi uca gelseydi doğru mu yoksa ters mi bağlanmış olurdu? Yorumlarda cevabınızı bekliyorum.

Şimdi de Devre yapım seti simülasyonunu kullanarak üreteçlerin seri bağlanma durumlarını inceleyelim. Aşağıdaki resimde iki tane 9 voltluk pil seri olarak doğru şekilde bağlanmış. Devreden 1,8 A akım geçtiğini ve ampulün de ışık verdiğini görüyoruz. Birinci pilin ucu ile ikinci pilin ucu arasındaki potansiyel farkın 18 V olarak ölçüldüğünü görüyoruz. Yani iki tane 9 voltluk pil seri bağlandığında bir tane 18 voltluk pil yani üreteç işlevi görüyor. Seri bağlanan pillerin voltajları (gerilimleri veya potansiyel farkları) toplanır.

Aşağıdaki resim yukarıdakinin aslında aynısı. Tek farkı yukarıdaki resim kurduğumuz devrenin gerçek görüntüsü iken, aşağıdaki resim aynı devrenin sembolik (simgesel veya temsili de denir) gösterimi. Pilleri temsil eden iki düşey çizgiden uzun olanı artı ucu (pozitif kutbu), kısa olanı eksi ucu (negatif kutbu) temsil ediyor. İki pil doğru şekilde seri bağlandığında birinci pilin (soldaki pili kastediyoruz) kısa çizgisinin (eksi ucunun), ikinci pilin (yani sağdaki pilin) uzun çizgisine (artı ucuna) bağlandığını görüyoruz.

Aşağıdaki resimde ise bu kez aynı devrede pillerden birini ters çevirdik. Yani birinci pilin artı ucu ikinci pilin artı ucuna dokunuyor. Buna ters bağlama dememizin nedeni sıranın bozulması (+,- değil +,+ veya -,- şeklinde dizilmesi). Bu durumda iki pilin birlikte potansiyel farkının 0 V olduğunu görüyoruz. Yani piller birbirlerinin gerilimini götürmüş. Bu nedenle devreye akım sağlayamıyorlar, ampermetre 0 A gösteriyor ve ampul de yanmıyor.

Aşağıdaki resim bir önceki pilleri ters olarak seri bağlandıkları devrenin sembolik gösterimi. Dikkat etmeniz gerekn birinci pilin kısa çizgisiyle (eksi ucu), ikinci pilin kısa çizgisinin (eksi ucunun) bağlanmış olması. Sorularda karşınıza çıkarsa artık pillerin nasıl bağlandıklarını tanıyabilirsiniz.

Seri bağlamanan pillerin her birinden geçen akımın büyüklüğü aynıdır. Ama devreye sağladıkları toplam gerilim her pilin potansiyel farkının toplamı olur.

I = I₁ = I₂ = .. = I_N

V_{seri piller} = V₁ + V₂ + .. + V_N

Seri bağlı özdeş pillerin tükenme süresi tek bir pilin tükenme süresine eşittir. Yani bir pil bir devrede kullanıldığında bir saatte bitiyorsa, seri bağlı dört pil de aynı devrede bir saatte biter. Ama devreye daha çok potansiyel fark ve dolayısıyla akım sağlar. Bunu Ohm Kanununda öğrenmiştik.

Günlük hayatta karşılaştığımız durumların çok büyük bir kısmında pilleri seri bağlamamız gerekir. Örneğin aşağıdaki resimde bir yeşil lazeri çalıştırabilmek için içine iki adet kalem pil yerleştirmem gerekiyor. Ama pilleri nasıl yerleştireceğim. Lazeri açtığımda şöyle görünüyor:

Sağ tarafta içi alüminyum (iletken hatırlayın) olan lazerin pil yuvası görülüyor. Sol taraftaki pil yuvasının kapağında yay şeklinde bir iletken tel var. Yay genellikle pilin eksi ucunun denk geleceği yeri gösterir. Sonra ilk pili yuvaya yerleştiriyorum.

Pilin arkası düz olan kısmı eksi ucudur, çoğu pilin üstünde işaretlenmiştir, ama işaretlenmemişse bu ipucundan anlayabilirsiniz. Pilin artı ucu yuvanın tabanına değiyor, eksi ucu açıkta. Ardından ikinci pili yerleştiriyorum. İkinci pilin artı ucunun (sivri kısmının), ilk pilin eksi ucuna (düz kısmına) denk geldiğine dikkat edin. Bu şekilde pilleri yerleştirdikten sonra lazeri denedim ve çalıştığını gördüm.

Eğer pili aşağıdaki gibi artı ucu yukarı gelecek şekilde yerleştirseydim ne olurdu? Yukarıdaki resimde tam bunu yaptım. Lazer çalışır mıydı, çalışmaz mıydı? Yorumlara yanıtınızı yazabilirsiniz.

Üreteçlerin (pillerin) paralel bağlanması

Üreteçleri yani pilleri paralel bağlamak demek iki pilin artı uçlarını (pozitif kutuplarını) ve eksi uçlarını (negatif kutuplarını) birbiriyle birleştirerek bağlamak demektir. Bunu göstermek anlatmaktan daha kolay, aşağıdaki resimde simülasyonda bu kez iki pili paralel bağlıyorum. Pillerin artı (sarı) kutuplarının ve eksi (siyah) kutuplarının yerleşimine dikkat edin. İki pilin birleştiği düğüm noktaları arasında okunan geirlim 9 volt, devreden geçen akım da 0,9 amper.

Aşağıdaki resim de üstteki devrenin sembolik (devre elemanı simgeleriyle) gösterimi. Kısa çizgilerle kısa çizgilerin, uzun çizgilerle uzun çizgilerin paralel bağlandığına dikkat edin.

Bu devreyi bir de tek pil bağlanmış devre ile karşılaştıralım. Aşağıdaki resimde iki pilden birinin kaldırılmış hali gösteriliyor. Akım, gerilim ve lamba parlaklığı aynı kalmış, değişmemiş. Öyleyse pilleri paralel bağlamaya ne gerek var?

Pilleri paralel bağlamanın amacı bir pilin sağlayabileceği potansiyel farkın devreye daha uzun süre sağlanmasını yani devreden geçen akımın daha uzun süre aynı şekilde devam edebilmesini başarmaktır. Böylece devreye akım sağlama kapasitesi artırılmış olur. Bu devrede bir pil bir saatte bitiyorsa, paralel bağlanmış özdeş iki pil iki saatte biter.

Piller paralel bağlandığında kutupları aynı noktada birleştirildiği için, kaç pil bağlanmış olursa olsun devredeye sağlanan potansiyel fark değişmez. Paralel bağlı özdeş piller, bir devrede bir pilin oluşturacağı akımı oluşturur. Ama pillerin tükenme süresi pil sayısı kadar artar.

V = V₁ = V₂ = .. = V_N

I = I₁ = I₂ = .. = I_N

Aşağıdaki resimde iki pilin iki metal parçası kullanarak nasıl doğru biçimde paralel bağlanacağı gösteriliyor. Pillerin artı uçlarının aynı yöne baktığına ve eksi uçlarının da aynı yöne baktığına dikkat edin.

Aşağıdaki resimde ise piller paralel bağlanmış ama ter bağlanmış: bu gerçekten yanlış bağlama. Pillerin zıt kutupları (+ ve -) aynı yönü gösteriyor.

Pilleri paralel bağlarken ters bağlamak çok tehlikeli olabilir. Örneğin, yukarıdaki iki pil de metal parçaları da kısa zamanda çok ısındılar. Neden? Yorumlarda cevabınızı bekliyorum.

Üreteç ve üreteçlerin bağlanması ile ilgili kazanımlar

Üreteçlerin seri ve paralel bağlanma gerekçelerini açıklar.

• Öğrencilerin deney veya simülasyonlarla üreteçlerin bağlanma şekillerini incelemeleri ve tükenme sürelerini karşılaştırmaları sağlanır.