İletken ve Yalıtkan Maddeler Deneyi: Pil ve LED ile

Fen dersinde "Hangi maddeler elektriği iletir?" sorusunu araştıracaksanız bu deney tam size göre. Bu yazıda pil, LED ve iki açık uçlu bir test devresi kuruyoruz. Sonra evdeki maddeleri tek tek deneyip tahmin ve sonuçları bir tabloya yazıyoruz. Tuzlu su ile saf suyun farkını da gösteriyoruz. Deney ortaokul ve lise öğrencileri için uygundur.

İletken ve yalıtkan madde nedir?

İletken madde, elektrik akımının içinden kolayca geçmesine izin veren maddedir. Yalıtkan madde ise akımın geçmesine çok büyük direnç gösteren, yani elektriği iletmeyen maddedir. Bakır, alüminyum ve demir gibi metaller iyi iletkendir. Plastik, cam, kauçuk ve kuru tahta yalıtkandır.

Fark, maddenin içindeki yük taşıyıcılardan gelir. Metallerde serbestçe hareket eden elektronlar vardır. Yalıtkanlarda elektronlar atomlara sıkıca bağlıdır ve kolay hareket edemez. Elektrik kabloları bu yüzden içte bakır, dışta plastikten yapılır. Devre kurmayı ilk kez deneyecekseniz önce basit elektrik devresi nasıl yapılır yazısına bakabilirsiniz.

Deney için hangi malzemeler gerekir?

Bu deney için 3 kalem pil, kırmızı LED, 220 Ω direnç, aktif buzzer ve birkaç krokodil kablo yeterlidir. Multimetre isteğe bağlıdır; zayıf iletkenleri ölçmek için işe yarar.

Malzeme listesi

Ayrıca 3 adet AA kalem pil, iki bardak, sofra tuzu ve saf su (eczane ya da marketten) gerekir. Test edilecek maddeleri evden toplayabilirsiniz.

Test devresi nasıl kurulur?

Test devresi, pilin artı ucundan direnç ve LED üzerinden bir test ucuna, ikinci test ucundan da pilin eksi ucuna giden açık bir halka olarak kurulur. İki uç birbirine değmedikçe devre açıktır ve LED yanmaz.

1. Pilleri yuvaya kutuplarına dikkat ederek takın. Kırmızı kablo artı (+), siyah kablo eksi (−) uçtur.
2. Kırmızı krokodili 220 Ω direncin bir bacağına takın.
3. Direncin diğer bacağını bir krokodil kabloyla LED'in uzun bacağına (anot) bağlayın.
4. LED'in kısa bacağına (katot) yeni bir krokodil kablo takın. Bu kablonun boştaki ucu test ucu A olur.
5. Pil yuvasının siyah krokodili test ucu B olur.
6. A ve B uçlarını birbirine değdirin. LED yanıyorsa devre hazırdır. Yanmıyorsa LED'i ters çevirin.

LED'den geçen akım yaklaşık (4,5 − 2) / 220 ≈ 11 mA olur. Bu değer LED için güvenlidir. Direnç hesabının ayrıntısı LED direnci hesaplama yazısında. Sesli gösterge isterseniz direnç ve LED'i çıkarıp yerine buzzer'ı koyun; buzzer'ın artı ucu pilin artısına bakmalıdır. 5 V aktif buzzer 4,5 V'ta da öter.

Hangi maddeler iletken, hangileri yalıtkan?

Metal eşyalar ve kurşun kalem ucu (grafit) iletkendir; plastik, tahta, kâğıt, cam ve lastik yalıtkandır. Her maddeyi denemeden önce tahmininizi tabloya yazın. Sonra maddeyi iki test ucuna aynı anda dokundurup LED'e bakın.

Grafit ilginç bir örnektir: metal değildir ama iletir. Kalem ucunun iki ucunu test uçlarına dokundurun. Multimetreyle ölçerseniz, uç uzadıkça ve inceldikçe direncin arttığını görürsünüz.

Tuzlu su elektriği neden iletir?

Tuzlu su elektriği iletir, çünkü tuz suda çözününce artı yüklü sodyum ve eksi yüklü klorür iyonlarına ayrışır ve bu iyonlar akımı taşır. Saf suda neredeyse hiç iyon yoktur, bu yüzden çok kötü bir iletkendir. Musluk suyunda biraz mineral bulunur; sonucu saf su ile tuzlu suyun arasında kalır.

1. İki bardağa aynı miktarda saf su koyun. Birine bir tatlı kaşığı tuz ekleyip karıştırın.
2. Test uçlarını önce saf suya, birbirine değmeden 2 cm aralıkla batırın. LED'e bakın.
3. Uçları kurulayın ve aynı aralıkla tuzlu suya batırın. LED'in yandığını göreceksiniz.
4. Tuz miktarını artırın ya da uçları birbirine yaklaştırın. LED'in parlaklığındaki değişimi not edin.

Tuzlu suda uçların çevresinde küçük kabarcıklar görebilirsiniz. Buna elektroliz denir; akım suyu ve tuzu ayrıştırarak az miktarda gaz çıkarır. Deneyi kısa tutun ve bardağa eğilip koklamayın. Multimetreniz varsa direnç (Ω) kademesinde iki suyu karşılaştırın; saf suyun direnci çok daha yüksek çıkar. Multimetre kullanımı için multimetre nasıl kullanılır yazısına bakabilirsiniz.

Hangi güvenlik kurallarına dikkat edilmeli?

Bu deney 4,5 V pille yapıldığı için güvenlidir; yine de şu kurallara uyun:

• Deneyi yalnızca kalem pille yapın. Prize, uzatma kablosuna ya da 220V şebeke elektriğine hiçbir şey sokmayın ve bağlamayın.
• Deneyi bir öğretmen ya da yetişkinin gözetiminde yapın.
• Test uçlarını direnç olmadan birbirine uzun süre değdirmeyin. Pilin iki ucunu doğrudan birleştirmek kısa devredir; pil ısınır ve akabilir.
• Pilleri ters takmayın, farklı marka ya da eski-yeni pilleri karıştırmayın. Isınan ya da akan pili hemen çıkarın.
• Su deneyinde pil yuvasını kuru bir yerde tutun. Deneyden sonra uçları kurulayın.

Ödevinizi nasıl sunarsınız?

Ödevinizi, önce tahmin sonra deney sonucu yazdığınız bir tablo ve tuzlu su ile saf suyun karşılaştırmasıyla sunabilirsiniz. Bilimsel yöntemin adımlarını göstermek puanınızı yükseltir.

• Soru: "Hangi maddeler elektriği iletir?"
• Hipotez: "Metal eşyalar iletir, plastik ve tahta iletmez."
• Deney: En az 10 maddeyi test edin; tahmin ve sonucu tabloya yazın.
• Ek deney: Tuzlu suda tuz miktarını artırıp LED parlaklığını gözlemleyin.
• Sonuç: Tahminlerinizden kaç tanesinin doğru çıktığını yazın.

Sunumda devreyi bir karton üzerine yapıştırıp test uçlarını açıkta bırakın. Dinleyicilerden madde getirmelerini isteyin; deney canlı yapılınca daha akılda kalır. Başka kablolar için krokodil kablolar kategorisine bakabilirsiniz.

Sık sorulan sorular

İnsan vücudu elektriği iletir mi?

Evet, insan vücudu elektriği iletir, çünkü vücut sıvılarında tuz ve iyonlar bulunur. Bu deneydeki 4,5 V pil, kuru derinin yüksek direnci yüzünden LED'i yakmaya yetmez. Şebeke elektriği ise vücuttan tehlikeli akım geçirebilir ve öldürücü olabilir. Bu nedenle prize, kablolara ve elektrikli cihazların içine asla dokunmayın; ıslak elle anahtar ve fişe de dokunmayın.

Saf su neden elektriği iletmez?

Saf su elektriği çok az iletir, çünkü içinde akımı taşıyacak iyon neredeyse yoktur. Su molekülleri nötrdür; yük taşımazlar. Musluk suyu, şişe suyu ve deniz suyu ise çözünmüş mineraller içerdiği için iletir. Deniz suyu, tuz oranı yüksek olduğu için bunların en iyi iletkenidir. Saf su da havadaki maddeleri ve kaptaki kirleri hızla çözer, bu yüzden zamanla biraz iletken hâle gelir.

LED yerine ampul kullanabilir miyim?

Evet, 4,5 V'a uygun küçük bir el feneri ampulü kullanabilirsiniz; direnç gerekmez. Ancak ampul, LED'den çok daha fazla akım ister. Bu yüzden grafit ya da tuzlu su gibi zayıf iletkenlerde ampul yanmayabilir, LED ise sönük de olsa yanar. Zayıf iletkenleri ayırt etmek için LED daha duyarlı bir göstergedir.

LED hiç yanmıyorsa ne yapmalıyım?

Önce iki test ucunu birbirine değdirin. LED yine yanmıyorsa büyük ihtimalle ters takılmıştır; uzun bacak direnç tarafında olmalıdır. Sonra pillerin yönünü ve krokodillerin metal kısma sıkıca tutunduğunu kontrol edin. Pil yuvasının çıkışını multimetreyle ölçün; yaklaşık 4,5 V görmelisiniz. Değer çok düşükse pilleri yenileyin.

Hangi metal elektriği en iyi iletir?

Elektriği en iyi ileten metal gümüştür; onu bakır, altın ve alüminyum izler. Bakır hem çok iyi iletir hem de gümüşten ucuzdur; bu yüzden kablolarda en çok bakır kullanılır. Bu basit test devresiyle metaller arasındaki farkı göremezsiniz, çünkü hepsinde LED aynı parlaklıkta yanar. Farkı görmek için çok hassas ölçü aletleri gerekir.

Özet

• İletken madde akımı geçirir, yalıtkan madde geçirmez.
• Test devresi: 4,5 V pil, 220 Ω direnç, LED ve iki açık test ucu.
• Metaller ve grafit iletken; plastik, tahta, cam ve kâğıt yalıtkandır.
• Tuzlu su iyonlar sayesinde iletir; saf su neredeyse hiç iletmez.
• Deneyi yalnızca pille, yetişkin gözetiminde yapın; 220V'a hiçbir şey bağlamayın.
• Ödevde tahmin-sonuç tablosu ve tuzlu su deneyiyle bilimsel yöntemi gösterin.