Sorunun Çözümü
Devredeki L ampulünün parlaklığını artırmak için, L ampulünden geçen akımı ($I_L$) veya L ampulü üzerindeki gerilimi ($V_L$) artırmamız gerekir. Ampullerin özdeş olması nedeniyle dirençleri $R$ olsun.
Başlangıç Durumu:
- L ve F seri bağlıdır: $R_{LF} = R + R = 2R$.
- N ve S seri bağlıdır: $R_{NS} = R + R = 2R$.
- (L-F) kolu ile (N-S) kolu paralel bağlıdır. Bu paralel kısmın eşdeğer direnci: $$R_{par} = \frac{R_{LF} \cdot R_{NS}}{R_{LF} + R_{NS}} = \frac{2R \cdot 2R}{2R + 2R} = \frac{4R^2}{4R} = R$$
- B ampulü bu paralel kısma seri bağlıdır. Devrenin toplam eşdeğer direnci: $$R_{eq} = R_B + R_{par} = R + R = 2R$$
- Devreden geçen toplam akım: $I_{toplam} = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{V}{2R}$.
- Paralel kısım üzerindeki gerilim: $V_{par} = I_{toplam} \cdot R_{par} = \frac{V}{2R} \cdot R = \frac{V}{2}$.
- L ampulünden geçen akım: $I_L = \frac{V_{par}}{R_{LF}} = \frac{V/2}{2R} = \frac{V}{4R}$.
I. F ampulü devreden çıkarılıp devre tamamlanmalı.
- (L-F) kolu sadece L ampulü olur: $R_L = R$.
- (N-S) kolu değişmez: $R_{NS} = 2R$.
- Paralel kısmın yeni eşdeğer direnci: $$R'_{par} = \frac{R_L \cdot R_{NS}}{R_L + R_{NS}} = \frac{R \cdot 2R}{R + 2R} = \frac{2R}{3}$$
- Devrenin yeni toplam eşdeğer direnci: $$R'_{eq} = R_B + R'_{par} = R + \frac{2R}{3} = \frac{5R}{3}$$
- Devreden geçen yeni toplam akım: $I'_{toplam} = \frac{V}{R'_{eq}} = \frac{V}{5R/3} = \frac{3V}{5R}$.
- Paralel kısım üzerindeki yeni gerilim: $V'_{par} = I'_{toplam} \cdot R'_{par} = \frac{3V}{5R} \cdot \frac{2R}{3} = \frac{2V}{5}$.
- L ampulünden geçen yeni akım: $I'_L = \frac{V'_{par}}{R_L} = \frac{2V/5}{R} = \frac{2V}{5R}$.
- Karşılaştırma: $I_L = \frac{V}{4R}$ ve $I'_L = \frac{2V}{5R}$. ($1/4 = 0.25$, $2/5 = 0.4$). $I'_L > I_L$ olduğu için L'nin parlaklığı artar.
- Sonuç: I. işlem doğrudur.
II. B ampulü devreden çıkarılıp devre tamamlanmalı.
- B ampulü çıkarıldığında, paralel kısım doğrudan gerilim kaynağına bağlanır.
- (L-F) kolu değişmez: $R_{LF} = 2R$.
- (N-S) kolu değişmez: $R_{NS} = 2R$.
- Paralel kısmın eşdeğer direnci değişmez: $R''_{par} = R$.
- Devrenin yeni toplam eşdeğer direnci: $R''_{eq} = R''_{par} = R$.
- Devreden geçen yeni toplam akım: $I''_{toplam} = \frac{V}{R''_{eq}} = \frac{V}{R}$.
- Paralel kısım üzerindeki yeni gerilim: $V''_{par} = I''_{toplam} \cdot R''_{par} = \frac{V}{R} \cdot R = V$.
- L ampulünden geçen yeni akım: $I''_L = \frac{V''_{par}}{R_{LF}} = \frac{V}{2R}$.
- Karşılaştırma: $I_L = \frac{V}{4R}$ ve $I''_L = \frac{V}{2R}$. ($1/4 = 0.25$, $1/2 = 0.5$). $I''_L > I_L$ olduğu için L'nin parlaklığı artar.
- Sonuç: II. işlem doğrudur.
III. L ampulüne seri başka bir ampul ilave edilmeli.
- L ampulüne seri başka bir ampul (X diyelim) eklendiğinde, (L-F) kolu (L-X-F) olur.
- (L-X-F) kolunun direnci: $R_{LXF} = R + R + R = 3R$.
- (N-S) kolu değişmez: $R_{NS} = 2R$.
- Paralel kısmın yeni eşdeğer direnci: $$R'''_{par} = \frac{R_{LXF} \cdot R_{NS}}{R_{LXF} + R_{NS}} = \frac{3R \cdot 2R}{3R + 2R} = \frac{6R}{5}$$
- Devrenin yeni toplam eşdeğer direnci: $$R'''_{eq} = R_B + R'''_{par} = R + \frac{6R}{5} = \frac{11R}{5}$$
- Devreden geçen yeni toplam akım: $I'''_{toplam} = \frac{V}{R'''_{eq}} = \frac{V}{11R/5} = \frac{5V}{11R}$.
- Paralel kısım üzerindeki yeni gerilim: $V'''_{par} = I'''_{toplam} \cdot R'''_{par} = \frac{5V}{11R} \cdot \frac{6R}{5} = \frac{6V}{11}$.
- L ampulünden geçen yeni akım: $I'''_L = \frac{V'''_{par}}{R_{LXF}} = \frac{6V/11}{3R} = \frac{2V}{11R}$.
- Karşılaştırma: $I_L = \frac{V}{4R}$ ve $I'''_L = \frac{2V}{11R}$. ($1/4 = 0.25$, $2/11 \approx 0.18$). $I'''_L < I_L$ olduğu için L'nin parlaklığı azalır.
- Sonuç: III. işlem yanlıştır.
L ampulünün parlaklığını artırmak için I ve II numaralı işlemler yapılabilir.
Cevap B seçeneğidir.