Fizik – II
Elektrik Yükü ve Akım
Yrd. Doç. Dr. Hakkı SOY
Atom ve Yapısı
Elektrik yükünün anlaşılabilmesi için önce maddenin yapısı ve en
küçük yapı taşı olan atom anlaşılmalıdır.
Tüm malzemelerin temelinde atomlar vardır. Atomlar bir araya
gelerek molekülleri oluşturur.
Doğada 100’den fazla farklı atom olduğu bilinmektedir. Fakat tüm
atomlar proton, nötron ve elektron adı verilen üç farklı parçacıktan
meydana gelir.
Proton (+)
Elektron (–)
Nötron (x)
1.673 × 10 − 27 kg
9.11 × 10 − 31 kg
1.675 × 10 − 27 kg
Proton, Nötron ve Elektron
Bohr Atom Modeli (1913)
Atomun kütlesi çekirdek etrafında yoğunlaşmıştır. Çekirdek proton
ve nötronlardan meydana gelir. Protonlar pozitif yüklü parçacıklardır.
Nötronlar ise yüksüz yani nötr durumdadır. Proton ve nötron kütleleri
hemen hemen aynıdır ve elektron kütlesinin yaklaşık 2000 katı
kadar fazladır. Çekirdekte bulunan proton sayısı elementin atomik
numarası olarak isimlendirilir.
Negatif yüklü elektronlar çekirdek etrafındaki sabit yörüngelerde
bulunur. Yörüngeler çekirdek büyüklüğü ile kıyaslandığında oldukça
uzak mesafelerdedir. Atomun çekirdeğinde bulunan proton sayısı,
yörüngelerde yer alan elektron sayısına eşittir. Proton ve elektron
yükleri birbirlerine eşit fakat zıt polaritededir. Elektronlar çekirdek
etrafında rastgele yerleşmez, yörüngelerde dağılımı kabuk ve alt
kabuklar üzerinde gerçekleşir. Atomun kabuk ve alt kabuklarda
tutabileceği elektron sayısı belirli bir kural ile belirlenmiştir.
Elektronların Yörüngelere Dağılımı
Bakır Atomu
Bakır atomu nötr durumda 29 elektrona sahiptir. 1 cm3 bakır için oda
sıcaklığına serbest elektron sayısı 1023 seviyesindedir.
Alüminyumun iletkenliği ise bakırın %60’ı oranındadır. Hafif olduğu
için genellikle güç iletim hatları gibi uygulamalarda tercih edilir.
Gümüş ve altın iyi iletken olmalarına karşın maliyetleri oldukça
yüksektir. Özellikle altın oksitlenmesi çok düşük olduğundan hassas
uygulamalarda yer alan bağlantı elemanlarında kullanılır.
Valans Elektronu
Çekirdekten en uzak alt kabuklarda bulunan elektronlar atomik
etkileşimlerde önemli rol oynar. Çünkü bu elektronlar komşu
atomların elektronlarına en yakında bulunur. Çekirdeğe en uzakta
bulunan bu elektronlar valans elektronları olarak isimlendirilir.
Örneğin karbon atomu L kabuğunda 4 valans elektronuna sahiptir.
Periyodik cetvelin sağ tarafında yer alan asal gaz adı verilen
elementlerin alt kabukları tamamen dolu olup kimyasal
reaksiyonlarda nadir kullanılırlar. Bu elementlerin çoğu gaz halde
olup atomlarını katı ve sıvı hale getirmek kolay değildir.
Bir atom en son alt kabuğunda tutabileceği elektron sayısına
ulaşmışsa asal gazlar gibi kararlı konfigürasyona sahiptir ve
dışarıdan elektron kabul etmez. Doğada bulunan elementler son
yörüngelerinde elektron sayılarını kuracağı bağlar ile tamamlayarak
asal gazlara benzemeye çalışır.
Periyodik Cetvel
İyon Kavramı
Atom normalde aynı sayıda proton ve elektrona sahiptir, yani
yüksüzdür. Eğer atomun elektronlardan biri yörüngeden ayrılırsa
veya atom dışarıdan bir elektron kazanırsa yük dengesi bozulur.
Yük dengesi bozulmuş atım ve moleküller iyon olarak isimlendirilir.
Nötr durumda bir atomdan elektron koparmak için gerekli olan enerji
iyonizasyon enerjisi olarak tanımlanır. Örneğin Sodyum atomu son
kabuğunda tek bir valans elektronuna sahiptir ve bu elektron
kolaylıkla yörüngesinden koparılabilir.
Nötr Atom
Pozitif iyon
Negatif iyon
Lityum Atomu ve İyon Hali
Kovalent Bağ
İki atom birbirlerine yaklaştırıldıklarında valans elektronları
birbirleriyle ve komşu atomun pozitif yüklü çekirdeğiyle etkileşime
girer. Bu etkileşim sonucunda çoğu zaman iki atom arasında bağ
kurulur ve enerji bakımından daha kararlı yapıdaki molekül oluşur.
Bağ kurulumunda atomlar arasında elektron alışverişi veya elektron
ortaklığı gözlenir.
İki atom birbirlerinin valans elektronlarının tamamını veya birkaç
tanesini paylaşarak kovalent bağ kurar. Paylaşılan elektronlar ve
çekirdek arasındaki güçlü etkileşim sebebiyle kovalent bağ diğer
bağ tiplerine göre oldukça yüksek enerjiye sahiptir. Bu durum
kovalent bağa sahip sıvılarda yüksek kaynama derecesi, katılarda
ise sert yapıya sebep olur. Tüm valans elektronları atomlar arasında
bağ ile kilitli olduğundan elektrik alan uygulansa bile elektronlar
kristal yapı içerisinde kaymaz. Bu sebepten kovalent bağ ile bağlı
malzemelerin elektriksel iletkenliği oldukça düşüktür.
Metalik Bağ
Metal atomları az sayıda valans elektronuna sahiptir ve bu
elektronları yörüngesinden kopartmak zor değildir. Çok sayıda metal
atomu bir araya geldiğinde, elektron kaybeden metal iyonları ile
iyonlar arasındaki serbest elektronlar arasında etkileşim meydana
gelir. Sonuç olarak elektronların ortaklaşa paylaşımı sonucunda
kristal yapı oluşturacak şekilde metalik bağ meydana gelir.
Metaller sahip oldukları serbest valans elektronları sebebiyle yüksek
elektrik iletkenliğine sahiptir. Bir metal elektrik alana maruz
kaldığında bu serbest elektronlar toplu olarak elektrik alan kuvveti
yönünde hareket eder. Elektronların hareketleri esnasında metal
iyonları ile çarpışmaları sebebiyle ısı şeklinde ortaya çıkan bir enerji
transferi gerçekleşir. Bu sebepten metaller aynı zamanda yüksek
termal iletkenliğe sahip olup iyi ısı iletimi gerçekleştirebilecek
özelliktedir.
İyonik Bağ
İyonik bağ çoğunlukla metal ve meyal olmayan elementlere sahip
malzemelerde görülür. Bu tip bağ yapısına örnek olarak tuz (NaCl)
verilebilir. Sodyum sadece bir tane valans elektronuna sahip alkali
metaldir. Bu elektron kolaylıkla yörüngesinden koparılarak pozitif
iyon (Na+) elde edilebilir. Bu pozitif iyon yapısıyla sodyum, asalgaz
olan neona benzer. Klor ise son yörüngesinde (3p) beş elektrona
sahip olup bir elektron daha alarak negatif yüklü iyon (Cl-) şeklinde
son yörüngesindeki elektronları tamamlayıp yine asal gaz durumuna
gelir. Sodyumun valans elektronunun klora transfer edilmesiyle
katyon ve anyon adı verilen zıt yüklü (Na+) ve (Cl-) iyonlar arasında
iyonik bağ kurulur.
Statik Elektrik (Elektrostatik) Kavramı
Elektrik ve elektronik, elektronlarla ilgilenen bilim dalıdır. İlk olarak
M.Ö. 600 yıllarında eski Yunanlılar elektrikle ilgili bazı gözlemler
yapmışlardır.
Elektrik soyut bir kavramdır, gözle görülemez ama etkileri kolayca
hissedilebilir.
Kauçuk çubuk yün beze sürtülür.
Çubuk plastik topu iter.
Sürtme işlemi sonucunda elektrik yükü oluşmaz, normalde yüksüz
(nötr) yani eşit sayıda pozitif ve negatif yük bulunan malzemeler
arasında bir miktar elektrik yükü geçişi meydana gelir.
Elektrik Yükü
Benjamin Franklin (1706–1790) yaptığı deneyler sonucunda iki farklı
elektrik yükü bulunduğu gözlemlenmiştir.
Negatif yük: Yün kazağa sürtülmüş kauçuk çubuk
Pozitif yük: İpek beze sürtülmüş cam çubuk
Farklı malzemeden yapılmış iki nesne birbirlerine temas ettiğinde
biri pozitif diğeri ise negatif elektrik yükü ile yüklenir. Yük dağılımı
malzemelerin özelliğine göre değişir.
Kauçuk çubuk
Cam çubuk
Basit Deneyler
Pozitif ve Negatif Elektrik Yükü
Elektrik Yükünün Ölçülmesi
Elektrik yükü Coulomb (C) birimi ile ölçülür. 1 proton yükü + 1.6 ×
10 − 19 C ve 1 elektron yükü ise – 1.6 × 10 − 19 C değerindedir.
Elektrik yükü ölçülürken 1 elektron yükü e = 1.6 × 10 −19 C baz alınır.
Herhangi bir elektrik yükü ölçüleceğinde elektron ve proton sayısına
bakarak (pozitif veya negatif) 1.6 × 10 − 19 C ile çarpım yapılır.
1 elektron yükü oldukça düşüktür. Örneğin – 1 C yük miktarı
düşünülürse, burada 1 / 1.6 × 10 −19 tane elektrondan söz edilir.
Elektrik Yükleri Arasında Etkileşim
Kural: Aynı yükler birbirlerini iter, zıt yükler birbirlerini çeker. Çekme
veya itme kuvveti her iki kuvvet için birbirine eşittir.
Coulomb Kanunu
Elektrik yükleri arasındaki kuvvet Fransız Fizikçi Charles Augustin
de Coulomb (1736–1806) tarafından yapılan deneyler sonucunda
açıklanmıştır. Birbirlerinden R kadar uzakta bulunan Q1 ve Q2
yüklerinin birbirlerine uyguladıkları kuvvet Coulomb kanunu ile
aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Kuvvet yükler ile doğru orantılı, mesafenin karesi ile ters orantılıdır.
Kuvvetlerin Süperpozisyonu
Coulomb kanunu iki farklı elektrik yükü arasındaki etkileşimi açıklar.
İki farklı elektrik yükünün üçüncü bir elektrik yükü üzerinde aynı
anda oluşturacağı toplam kuvvet, bu kuvvetlerin ayrı ayrı
oluşturacakları kuvvetlerin vektör toplamı ile bulunur. Bu özellik
kuvvetlerin süperpozisyonu olarak isimlendirilir ve etkin yük sayısı
kaç olursa olsun uygulanabilir.
Ödev
Aşağıda gösterilen sistemde 1 ve 2 yükleri tarafından  yüküne
uygulanan toplam kuvveti vektör olarak bulun?
2014 Vize Sorusu
İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken
Üzerinde elektrik yükünün hareketi mümkün olan malzemeler
iletken olarak isimlendirilir. Metallerden elektron koparmak kolay
olduğundan iletken karakteristiğinde davranış gösterir. Demir iletken
metallere verilebilecek bir örnektir. Boşlukta kendi halinde duran bir
demir çubuk üzerinde elektron hareketinden söz edilemez.
Elektronların harekete geçmesi için mutlaka dışarıdan enerji
transferi sağlayacak bir etkide bulunulması gerekir. Buna örnek
olarak mekanik sürtme, ısı, ışık ve kimyasal reaksiyon verilebilir.
Yalıtkan üzerinde elektrik yükünün hareketine izin vermeyen ve
zorluk gösteren malzemelerdir. Son yörüngelerinde elektron sayısı
hemen hemen tamdır. Cam, tahta, kauçuk ve plastik yalıtkan
malzemelere örnek olarak verilebilir.
Yarı iletken ise ne iyi iletken ne de iyi yalıtkandır. Son yörüngeleri
yarı yarıya doludur. Elektronik devrelerde kullanılan pek çok
elemanın yapısında yarı iletken malzemeler bulunur.
Elektrik Akımı
Elektrik yükünün bir noktadan diğerine akışı, elektrik akımı olarak
tanımlanır. İletken bir çubuk üzerinde elektrik yükünün hareket
etmesine izin verse de, olduğu yerde duran bir iletken tel üzerinden
elektrik akımı geçmez. Akım meydana gelmesi için elektrik yükü
iletken üzerinde toplu olarak aynı yönde hareket etmelidir. Elektrik
devrelerinde akımı meydana getirmek üzere hareket eden elektrik
yükü negatif yüklü elektronlardır.
Akımın Yönü
İletken çubuğun uçlarına pil bağlanması durumunda üzerinden
elektrik akımının geçtiği gözlenir. Pil kimyasal enerjiyi, elektrik
enerjisine dönüştürür. Uçlarına pil bağlanan bir iletken çubuk
üzerinde kapalı bir yol oluşur. Pilin negatif terminalinde, pozitif
terminaline göre daha fazla elektron bulunur. Elektronlar negatif
terminalden pozitif terminale doğru harekete geçer. Bu hareket
elektrik akımıdır.
Elektrik Akımının Büyüklüğü ve Yönü
Uzayda belirli bir bölgeden birim zamanda geçen elektrik yükünün
miktarı, elektrik akımının büyüklüğünü belirler. Elektrik akımı Amper
biriminde ölçülür. (Fransız Fizikçi, Andre Marie Ampere)
Akımın yönünün elektronların hareket yönüne ters olduğu kabul
edilmiştir.
Ödev
Başlangıçta nötr durumdaki insan vücudu 1.7 μC negatif yük
kaybediyor. Daha sonra dışarıdan 18.7×1011 tane elektron vücuda
giriyor. Son durumda depolanan elektrik yükü kaç Coulomb’dur?
Araştırma Soruları
Oda sıcaklığında 1 metreküp bakır içerisinde kaç tane serbest
elektron vardır? 5 metre uzunluğunda ve 0.163 santimetre çağında
bakır çubuk içerisinde kaç tane elektron vardır?
İki malzemeden birincisinin valans kabuğunda 4 tane elektron,
ikincisinin ise 1 tane elektron bulunmaktadır. Bunlardan hangisi
daha iyi iletkendir?
İyi iletkenleri valans kabuğundaki elektron sayısı ve oda sıcaklığında
serbest elektron sayısı bakımından özelliklerini açıklayın?
Hava (atmosfer) normalde yalıtkandır. Fakat yıldırım düşmesi
esnasında iletkenlik meydana gelir. Burada elektrik yükünün akışına
sebep olan mekanizmayı açıklayın?
Potansiyel Fark (Gerilim Farkı veya Gerilim)
Potansiyel fark, pozitif ve negatif elektrik yüklerinin birbirlerinden
ayrılmasından kaynaklanır. Uçlarına pil bağlanan bir iletken tel
üzerinden akım geçmesinin temelinde ise iletken çubuğun uçları
arasındaki potansiyel fark bulunur. Bu potansiyel fark pilin gerilimi ile
ölçülür. Pilin uçları iletken tel ile birbirlerine bağlandığında negatif
terminalde sayısı fazla olan elektronlar pozitif terminale doğru
hareket eder. Bu hareketlilik sürdükçe iki terminal arasında
potansiyel fark giderek azalır ve belirli bir süre sonra sıfıra iner.
Potansiyel Fark ile Akım İlişkisi
Potansiyel fark arttıkça iletken tel üzerinden daha fazla elektrik yükü
yani akım geçer.
Gerilimin Büyüklüğü
İletken tel üzerinde iki nokta arasında potansiyel fark, gerilimin
büyüklüğünü belirler. Gerilim, Volt biriminde ölçülür. (İtalyan Fizikçi,
Alessandro Volta, 1745–1827) 1 Coulomb elektrik yükü, 1 Volt
potansiyel farkına sahip iki nokta arasında hareket ederse yapılan iş
1 Joule değerindedir.
Ödev
İki nokta arasında potansiyel fark 140 mV olarak ölçülüyor. Q
yükünü bu iki nokta arasında transfer etmek için 280 μJ enerji
harcayarak iş yapmak gerekiyorsa Q yükü kaç Coulomb’dur?
Ödev
Şekilde gösterilen aydınlatma lambasının anahtarı kısa bir süre için
kapatılıp tekrar açılıyor. Bu süre içerinde aküde 230.040 Joule enerji
harcandığı ve 6 Amper akım geçtiği ölçülüyor. Akünün gerilimi 12
Volt ise anahtar kaç saniye süre kapatılmıştır?
Pratik Gerilim Kaynakları - Pil
Pratikte en fazla kullanılan gerilim kaynaklarından biri pildir. Pil
içerisinde elektrik yükleri kimyasal etkileşim sağlayacak şekilde
birbirlerinden ayrılmıştır. İçerideki elektrot karbon çubuk, dışarıdaki
elektrot ise çinkodan yapılmıştır. Amonyum klorid ile manganez
dioksit karışımı macun arasında kimyasal reaksiyon oluşur. Çinko
kısımda aşırı elektron bulunduğundan negatif yük taşır. İki elektrot
arasında yük ayrımı sebebiyle potansiyel fark (1.5 V) meydana gelir.
Gerilim Kaynaklarının Seri ve Paralel Bağlanması
SERİ BAĞLANTI
PARALEL BAĞLANTI
Gerilim ve Akım Ölçümü
Gerilim voltmetre, akım ise ampermetre ile ölçülür. Günümüzde
gerilim ve akım ölçümlerini aynı anda yapabilecek multimetre adı
verilen cihazlar kullanılmaktadır.
Ampermetre ve Voltmetre
Gerilim ölçümü yapılırken multimetre devreye paralel bağlanır. Buna
karşın akım ölçümü yapılırken multimetre devreye seri bağlanır.
Bağlantı yapılırken + ve – terminallere dikkat edilmelidir.
Soru
Aşağıda gösterilen gerilim ölçümleri sonucunda voltmetre hangi
değeri gösterir?
Direnç
Bir iletken telin uçları arasına gerilim kaynağı bağlanarak uçlar
arasında potansiyel fark meydana getirilirse iletken tel üzerinde
akım geçer. Alman Fizikçi Georg Simon Ohm (1787–1854) yaptığı
deneylerde farklı gerilim değerleri için tel üzerinden geçen akımın
değiştiğini, fakat gerilimin akıma oranının her zaman sabit kaldığını
gözlemlemiştir.
Elektrik devrelerinde gerilimin akıma oranı direnç olarak ifade edilir.
Direnç malzemenin üzerinden geçen elektrik akımına karşı
gösterdiği zorluktur. Her malzeme elektrik akımına karşı direnç
gösterir. İletkenlerin direnç değerleri düşük, yalıtkanların ise oldukça
yüksektir.
Direnç gerçekte malzeme üzerinde hareket eden elektronların
birbirlerine çarpmaları sonucunda ısı şeklinde ortaya çıkan enerjidir.
Malzemede serbest elektron sayısı arttıkça direnç düşer. Gümüş,
bakıra göre daha fazla serbest elektrona sahiptir. Bu sebepten aynı
boyutta gümüş tel, bakır telden daha düşük dirence sahiptir.
Ohm Kanunu
Uçları arasında 1 V potansiyel fark olan bir iletken tel üzerinden 1 A
akım geçiyorsa bu telin direnci 1 ohm (Ω) dur.
Pil
Direnç
Akım yönü
Direnç – Akım İlişkisi
Direnç ve akım ters orantılıdır. Direnç artarsa, aynı potansiyel fark
altında daha az akım akar.
Akım ve Gerilimin Yönü
Soru
Aşağıdaki ölçümlerde voltmetrenin gösterdiği değerleri bulun?
Malzemelerin Dirençlerinin Belirlenmesi
Her malzemenin kendisine özgü bir özdirenç ρ ve iletkenlik σ değeri
vardır. Özdirenç ve iletkenlik birbirinin tersidir.
Fiziksel Boyutlara Göre Direnç Hesabı
Hangi malzemeden üretildiği belli olan bir telin boyu (l) ve kesiti (A)
biliniyorsa direnç değeri aşağıda verilen formüle göre hesaplanabilir.
Uzunluk arttıkça, elektronların çarpışmaları artacağından direnç
değeri de artar. Direnç değeri, uzunlukla doğru orantılıdır. Kesit
büyürse serbest elektronlar daha rahat hareket imkanı bulur. Bu
sebepten çarpışma olasılığının azalmasıyla bağlantılı olarak direnç
değeri azalır. Direnç değeri, kesitle ters orantılıdır.
Direncin Sıcaklıkla Değişimi
İletken bir telin direnci sıcaklık değiştikçe sabit kalmaz. Sıcaklık
arttığında daha fazla sayıda elektron yörüngelerinden ayrılarak
serbest duruma geçer. Serbest elektron sayısı arttığında çarpışma
sayısı artacağından, pek çok malzeme için direnç değeri yükselir.
Direncin sıcaklıkla değişimi aşağıda verilen grafikle açıklanabilir:
Eğim
Mutlak
sıfır
Sıcaklık kesişme noktası
Direnç Sıcaklık Katsayısı
Malzemelerin direncinin sıcaklıkla değişimi, direnç sıcaklık katsayısı
 belirlenir. Bazı malzemelerin direnci sıcaklıkla hızlı değişirken,
bazıları hızlı değişmektedir. Sıcaklık arttıkça direnç değeri artan bir
malzeme, pozitif sıcaklık katsayısına sahiptir.
Karbon, germanyum ve silikon gibi yarı iletken malzemeler için
sıcaklık arttığında yörüngelerden ayrılıp serbest duruma geçen
elektron sayısı artsa da, bu elektronların çarpışması ile meydana
gelen direnç artışı yük akışına (akıma) katılan ekstra elektron
sayısına göre oldukça sınırlıdır. Bu sebepten sıcaklık artışı, direnç
değerinde düşüş meydana getirir. Bu tip malzemeler negatif sıcaklık
katsayısına sahiptir.
Sıcaklık değeri azaldıkça T= – 273.15°C noktasında direnç değeri
yaklaşık sıfır olur.
Ödev
120 V gerilimle beslenen bir tost makinesi 20°C oda sıcaklığında
çalıştırılıyor. Tost makinesi içerisinde kullanılan nikel-krom ısıtma teli
üzerinden başlangıçta 1.35 A değerinde akım geçiyor. Belirli bir süre
sonra akım 1.23 A değerine düşüyor ve bu değerde kalıyor. Nihai
sıcaklık değeri nedir? (Nikel krom için direnç sıcaklık katsayısı
α = 4.5 × 10−4 (°C)−1 olarak verilmiştir.)
Süper İletkenlik
En iyi iletkenler bile elektrik yükünün hareketine karşı belirli bir
direnç gösterir. Buna karşın oldukça soğuk ortam içinde bazı
malzemeler tüm elektriksel dirençlerinin yitirir. Bu durum süper
iletkenlik olarak isimlendirilir.
Süper iletkenlik fikri 1911 yılında Kamerlingh Onnes tarafından
ortaya atılmıştır. Elektriksel direncin kaybolması için − 272 ° C gibi
düşük sıcaklıklara ulaşılması gerekir. Bunun sağlanması oldukça
pahalı olduğu için ticari uygulamalarda kullanılması henüz
sağlanamamıştır.
Elektrik enerjisinin nakledilmesinde, üzerinden akım geçen tellerin
direnci sebebiyle ısı şeklinde kayıplar (yaklaşık %8) ortaya çıkar.
Süper iletkenliğin sağlanması bu bakımdan önemlidir.
Karbon Dirençler
Direnç, elektrik ve elektronik devrelerinde akım ve gerilimin değerini
sınırlamak için kullanılır. Devre üzerinde iki nokta arasında
yerleştirilecek direnç ile akım/gerilim kontrolü sağlanır.
Kullanılan dirençlerin fiziksel boyutları ve şekilleri birbirinden farklı
olabilir. Fakat genel anlamda sabit değerli ve değişken değerli
olmak üzere iki temel kategoride sınıflandırma yapılabilir.
Sabit değerli dirençler elektronik devrelerde kullanılan küçük
dirençlerden, elektrik devrelerinde kullanılan büyük dirençlere kadar
farklı ölçülerde üretilir. Elektronik devrelerde genellikle değeri
üzerinde renk kodlarıyla verilen karbondan yapılmış dirençler
kullanılır.
Tolerans
Direnç gövdesinde karbonun dolgu malzemesine oranı direnç
değerini belirler. Karbon oranı arttıkça direnç değeri düşer. Bu tip
dirençlerin üretimi kolay olup, fiyatları da oldukça düşüktür.
Üretilen karbon dirençlerin değerleri belirli bir tolerans aralığındadır.
Bu tolerans değeri yine direnç üzerindeki renk kodlarında tanımlıdır.
Aşağıdaki grafikte karbon malzemeden yapılmış bir direncin
değerinin sıcaklıkla değişimi gösterilmiştir. Direnç değerinin sıcaklık
değiştikçe %5 toleransa sahip olduğu grafikten görülebilir.
Film ve Tel Dirençler
Karbon direnç, direnç değerinin sıcaklıkla değişiminin önemli
olmadığı uygulamalarda tercih edilir. Bunun dışında karbon film,
metal film, metal oksit, tel ve entegre devre tipinde dirençler
mevcuttur. Yüksek hassasiyet gerektiren devrelerde genellikle film
tipinde dirençler tercih edilir. Film tipinde dirençlerde seramik silindir
üzerine karbon, metal veya metal oksit eklenmiştir.
Direnç üzerinde ısı şeklinde yüksek güç tüketimi gerçekleştiğinde tel
şeklinde dirençler kullanılır. Bu tip dirençler porselen gövde üzerine
metal alaşımından meydana gelir. Metal alaşım üzerinde ince bir
porselen tabaka mevcuttur.
Entegre Devre Dirençler
Sabit değerli direnç, küçük bir entegre devre olarak üretilebilir.
Entegre devre içerisinde birden fazla sayıda direnç mevcuttur.
Değişken Değerli Dirençler
Değişken değerli dirençler elektronik devrelerde çok fazla kullanılır.
Buna örnek olarak radyo istasyonu ayarı, ışık şiddeti ayarı, fırın ve
ocakların sıcaklık ayarı vb. verilebilir. Reosta (rheostat) adı verilen
bu tip dirençler üç terminale sahiptir.
Direnç Renk Kodları
Büyük dirençlerin değerleri ve toleransları üzerlerinde bulunan etiket
üzerinde verilmiştir. Küçük dirençlerin (karbon veya metal film
şeklinde) değerleri ve toleransları üzerlerinde basılan renkli bant
şeklinde şeritler ile verilir. İlk iki şerit sayıyı, üçüncü şerit çarpanı,
dördüncü şerit toleransı ve eğer varsa beşinci bant ise işaretlerin
beklenen güvenilirliğini gösterir. Güvenilirlik istatistiksel bir değer
olup 1000 saat kullanımdan sonra direnç değerinin direnç aralığının
dışında kalma yüzdesini verir.
Güvenilirlik değeri %1 ise 100
dirençten bir tanesi değer
aralığının dışına çıkacaktır.
Direnç Renk Kodları
Soru
Aşağıda gösterilen devrede kaynağın gerilimi 28 V ise ampermetre
değerini bulun? Kaynak gerilimi 312 V değerine çıkarılırsa
ampermetrenin gösterdiği akımı bulun?
Ödev
Aşağıda gösterilen ampermetrelerin gösterdiği değerleri bulun?
Direnç Değerinin Ölçümü
Direnç değeri ohmmetre kullanılarak ölçülür. Ohmmetre genellikle
multimetre cihazının bir parçasıdır.
Kısa Devre ve Açık Devre
Kısa Devre: Elektrik devresinde iki nokta arasından direnç değeri
teorik olarak sıfır kabul edilen bir tel ile elektrik akımının iletilmesi
durumudur. İletken tel üzerinden geçen akım çok yüksek olacağı
için devreler, cihazlar ve sistemler zarar görür.
Açık Devre: Elektrik devresinde iki nokta arasında elektrik akımı
akmasını sağlayan telin kopması durumudur. Bu durumda direnç
teorik olarak sonsuz kabul edilir ve akım geçmez.
=∞
 =0Ω
Kısa Devre ve Açık Devre
Gerilim Kaynağının Ömrü
Pil veya akü tarafından sağlanan gerilim veya potansiyel fark,
aslında depolanan potansiyel enerjiye dayanır. Bir pil veya akünün
terminalleri arasında transfer edilebilecek toplam elektrik yükü
miktarı depolanan potansiyel enerjiye bağlı olarak Amper saat (Ah)
olarak belirlenir.
Örneğin araba aküleri genellikle 60 Ah kapasiteye sahiptir. Bu
aküden 1 saat boyunca 60 Amper akım çekilebileceğini anlatır.
Benzer akü şekilde 2 saat boyunca 30 Amper, 60 saat boyunca 1
Amper akım sağlayabilir. Kapasite arttıkça akünün kullanım süresi
uzar.
Elektriksel Enerji ve Güç Tanımları
Enerji, kısaca iş yapma kapasitesi olarak tanımlanabilir. Elektrikle
çalışan cihazların enerjisi Joule birimi ile ölçülür. Güç ise birim
zamanda yapılan iştir ve birimi Watt’tır. Saniyede 1 joule enerji
harcayan bir elektrik motorunun gücü 1 watt değerine sahiptir.
 = . 
Elektrik Gücü Hesabı
Potansiyel fark, enerjinin yüke oranı olarak tanımlanmıştı.
Burada enerji / güç dönüşümü ile yük / akım dönüşümü kullanılırsa
elektrik gücünün gerilim ve akıma bağlı ifadesi elde edilir.
Elektrik devrelerinde harcanan güç potansiyel fark (gerilim) ile
akımın çarpımına eşittir. Ohm kanunundan faydalanarak güç ifadesi
akım ve gerilime bağlı olarak yazılabilir.
Akım – Gerilim – Direnç ve Güç İlişkisi
Verimlilik
ş
Kaskat Sistemlerin Verimliliği
Araştırma Sorusu
Elektrikli arabaların çalışma prensibini inceleyin?
Yıldırım
MV
Elektrik Enerjisi Hesabı
Elektrik enerjisi günlük hayatta pek çok yerde kullanılır. Elektrikle
çalışan cihazların tüketeceği enerji gücü ve çalışma süresinin
çarpımıyla bulunur.
100 W gücünde bir lamba 1 saat süreyle yanarsa tüketeceği enerji:
Elektriğin İnsan Vücuduna Etkileri
Elektriğin güvenliksiz kullanılması iş kazalarına yol açıp can ve mal
kayıplarına sebep olur. İnsan vücuduna elektrik şoku sadece gerilim
ile ilgili değildir. Elektrik şokunun etkisi gerilim, akım, vücuttan
geçtiği yol ve vücudun akıma maruz kaldığı süre ile ilgilidir.
Vücudun durumuna göre direnci değişiktir. Kuru vücut direnci
500,000 ohm, ıslak vücut direnci 100 Ohm olarak kabul edilebilir.
Ayrıca elektrik akımının vücuttan geçtiği yolda geçerken geçiş
kısımları ve canlı hücrelere tesiri önemlidir.
Elektriğin İnsan Vücuduna Etkileri (2)
Download

PowerPoint Sunusu