Fiziğin Muhteşem DünyasıEtkileşimli fizik simülasyonları
Ana sayfa › Fizik II › Akım, Direnç ve Doğru Akım Devreleri

Doğru Akım Devreleri ve RC Devresi

Ohm yasası: $V = IR$. Seri bağlı dirençlerden aynı akım geçer, $R_{\text{eş}} = R_1 + R_2 + \dots$; paralel bağlı dirençlerin uçları arasındaki gerilim aynıdır, $1/R_{\text{eş}} = 1/R_1 + 1/R_2 + \dots$. İç direnci $r$ olan bir bataryanın uç gerilimi $V = \varepsilon - Ir$'dir.

Kirchhoff kuralları: (1) Bir düğüme giren akımların toplamı çıkanlara eşittir (yük korunumu). (2) Kapalı bir göz boyunca potansiyel değişimlerinin toplamı sıfırdır (enerji korunumu).

RC devresi

Kondansatör bir direnç üzerinden doldurulurken $q(t) = C\varepsilon\left(1 - e^{-t/\tau}\right)$, boşaltılırken $q(t) = Q_0 e^{-t/\tau}$ olur. Zaman sabiti $\tau = RC$'dir: bir $\tau$ sürede yük son değerinin %63'üne ulaşır (ya da boşalırken %37'sine iner). Akım $I = dq/dt$ üstel olarak azalır.

Parametreler

Bağlantı

Hareketli noktalar akımın yönünü (geleneksel akım: + kutuptan çıkar) ve büyüklüğünü (hız) gösterir.

Hesaplama

Bunu dene

1. Seri bağlamada $R_1 = 10\ \Omega$, $R_2 = 20\ \Omega$, $R_3 = 30\ \Omega$, $\varepsilon = 12$ V, $r = 0$ seçin. Akımı ve her direnç üzerindeki gerilimi bulun. Sonra paralel bağlamaya geçin: hangi direnç en çok güç harcar?

Açıklama
Seride $R_{\text{eş}} = 60\ \Omega$, $I = 0.20$ A; gerilimler 2, 4, 6 V (toplam 12 V) ve en büyük güç en büyük dirençte ($P = I^2R$). Paralelde her direncin uçlarında 12 V vardır; $P = V^2/R$ olduğundan en çok gücü en küçük direnç (10 Ω, 14.4 W) harcar.

2. Bataryanın iç direncini $r = 2\ \Omega$ yapın ve paralel bağlamada dış dirençleri azaltın. Uç gerilimi ne olur? Neden?

Açıklama
Dış direnç azaldıkça akım artar ve iç dirençteki gerilim düşmesi $Ir$ büyür; uç gerilimi $V = \varepsilon - Ir$ azalır. Dış direnç sıfıra giderse (kısa devre) $I = \varepsilon/r$ ve uç gerilimi sıfır olur.

3. RC devresinde $R = 20$ kΩ, $C = 50\ \mu$F, $\varepsilon = 10$ V seçip doldurun. $t = \tau$ anında grafiğe tıklayın. Yük son değerin yüzde kaçı? Akım ilk değerinin yüzde kaçı?

Açıklama
$\tau = RC = 1.0$ s. $t = \tau$'da $q = C\varepsilon(1 - e^{-1}) \approx 0.632\,C\varepsilon = 316\ \mu$C, akım $I = (\varepsilon/R)e^{-1} \approx 0.368 \times 0.50\ \text{mA} = 0.18$ mA. Yaklaşık $5\tau$ sonra kondansatör pratik olarak dolmuştur (%99.3).

Fizik II dersindeki diğer simülasyonlar