1. elektrik ve devre kavrami elektriğin Gereği ve Önemi

GERİLİM, AKIM, DİRENÇ VE ÖLÇME

1. Gerilim, Akım ve Direnç

Üreteç, almaç ve iletkenlerden kurulu bir elektrik devresinde elektrik enerjisinin yaptığı iş, devre üzerinde kullanılan üretecin potansiyel gücüyle almaç ya da almaçların tüketebileceği elektrik enerjisiyle sınırlıdır. Bu değerlerin matematiksel olarak ifadesi, aşağıda tanımları verilen gerilim, akım ve direnç gibi kavramları kullanmak suretiyle yapılabilir.

1. Gerilim, Potansiyel Farkı ve Elektromotor Kuvvet

İleride göreceğimiz konular ve mesleğinizle ilgili elektrik işlerinde, kavram karmaŞasını önlemek ve konunun daha anlaŞılabilir olmasını sağlamak amacıyla gerilim, potansiyel farkı ve elektromotor kuvvet gibi elektrik kavramlarının birlikte öğrenilmesinde fayda vardır. Hepsinin birimi volttur. Bunları birbirinden farklı kılan, kullanıldıkları yerde ifade buldukları anlamlarından ileri gelir.

Bu kavramları su dolu bir kap örneğiyle açıklayalım.

Bir kabı, su ile dolduralım ve yan cidarından aynı çaplı, farklı yükseklikte üç delik açalım (Şekil 2.1). Sonra deliklerden çıkan suyun hareketini inceleyelim. Kap tabanına, yakın delikten çıkan suyun diğerlerine göre daha ileriye doğru aktığı görülür. Bu bize su seviyesi arttıkça kap tabanına uygulanan basınç kuvvetinin de arttığını göstermektedir. Verilen bu örnekte suyun kap tabanından yüksekliği potansiyel farkı olarak ifade edilir. Bir üretecin de iki kutbu arasında, elektronları harekete geçiren bir elektron fazlalığı farkı, yani bir potansiyel farkı vardır. Bu potansiyel farkın iş yapabilme etkisine yani diğer bir deyiŞle basıncına gerilim veya elektromotor kuvvet adı verilir.

Gerilim ile elektromotor kuvvet (EMK) arasında Şu fark vardır:

Elektromotor kuvvet (EMK): Bir üretecin devre dıŞında, uçları arasında ölçülen değere EMK denir ve EMK E harfi ile belirtilir. Birimi volt‟tur.
Gerilim: Üretecin uçlarına bir almaç bağlandığında üretecin uçları arasında ölçülen değere gerilim adı verilir ve U harfi ile gösterilir. Gerilimde almaç üzerinde bir enerji harcanacağından bir gerilim düşmesi olur. Bu nedenle elektromotor kuvvet E, daima gerilim U’dan büyüktür. Gerilimin ve EMK‟nin birimi volttur ve V harfi ile belirtilir.

2. Gerilimin ve EMK’nin Ölçümü

Bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki gerilimi ölçmeye yarayan cihaza

voltmetre denir. Voltmetre, elektrik devresine paralel bağlanarak ölçme yapılır.

Volt‟un katları ve askatları mevcuttur. Üst katları: Kilovolt = 1000 V = 1 kV

Askatları: Milivolt = 1/1000 V = 1 mV‟ tur.

3. Akım ve Akım Şiddeti

Akım: Su dolu kap örneğimizde deliklerden akan suyu akıma benzetebiliriz. Basit manada dıŞarıdan uygulanan bir kuvvet etkisiyle oluşan, yönlü vurgu, itki (impuls) Şeklinde iletilen elektron hareketinin sonucudur diyebiliriz.
Elektrikte daha çok akım şiddeti ifadesi ile karşılaşırız.


Akım Şiddeti: Su dolu kap örneğimizde bu kez kap üzerinde tabandan aynı yükseklikte fakat farklı çaplarda üç deliği yan yana delelim. Sonra deliklerden akan suyu kaplarda toplayarak durumunu inceleyelim (şekil 2.4). Potansiyel farkı her delik için aynı olduğundan suların ileriye doğru hareketlerinin eşit mesafede olduğu fakat büyük çaplı deliğin akıttığı toplam su miktarının daha fazla olduğu görülür. Bu örnek aynı malzeme yapısında fakat farklı kesitlerdeki iki iletkenden geçen elektronlara benzetilebilir. O hâlde bir iletkenin belirli bir kesitinden belirli bir zaman içinde geçen toplam elektron sayısına akım Şiddeti adı verilir ve I harfi ile gösterilir. Akım Şiddetinin birimi amperdir. A harfi ile belirtilir.

Amperin daha çok askatları kullanılır.

1 Amper = 1000 mA (miliamper) = 1.000.000 µA (mikroamper) dir.

4. Akım Şiddetinin Ölçülmesi

Elektrik devresi kapalı iken devrenin çektiği akım Şiddeti, devre üzerine seri olarak bağlanan ampermetre ile ölçülür. Ampermetre, devre üzerindeki herhangi bir devre bileşeni arasına seri olarak bağlanabilir.

5. Direnç

Bir iletkenin elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa direnç denir. Elektrik akımına karşı gösterilen bu direnç, rezistans kelimesinin baş harfi R ile belirtilir. Direncin birimi ohm (om) dur ve ? (omega) sembolü ile gösterilir. Şekil 2.6‟daki su dolu kap örneğinde kap üzerindeki farklı çaplardaki deliklerin suyun akışına karşı gösterdikleri dirençler de farklıdır. Büyük çaplı delik, su akışına daha az direnç göstermektedir. Bu noktadan hareketle elektrikte şu benzetme yapılabilir. İletken kesiti büyüdükçe elektrik akımına karşı gösterdiği direnç azalacaktır.

Bir iletkenin direnci aşağıdaki özelliklere bağlıdır.

1.İletken, maddenin yapısına bağlıdır. Atom yapısı kararlı olan maddelerde serbest hâle geçebilecek elektron sayısı çok az olduğu için akımın izleyeceği yol oldukça sınırlıdır. Madde bu yapısı itibarıyla direnç özelliği gösterecektir.

2.İletken telin kesitine bağlıdır. Kesit küçüldükçe direnç artar.

3.İletken telin uzunluğuna bağlıdır. İletken uzunluğu arttıkça iletken içinde elektrik akımını ileten elektronların sürtünmesi artacak ve direnç de bu uzunluğa bağlı olarak artacaktır.

4.İletkenin sıcaklığına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça direnç artar. Örneğin, tungsten telli 40 watt‟lık bir ampulün direnci 20°C‟de 110 ? iken ampul enerjilendiğinde tungsten telin sıcaklığı 2400°C‟ye, direnci 1100 ? (ohm)‟a yükselmektedir.

Bir elektrik devresinde birden fazla almaç olabilir. Bu almaçların devre üzerindeki bağlantıları seri veya paralel olabileceği gibi karmaşık yani seri ve paralel bağlantılar da bir arada bulunabilir. Böyle bir devrede devrenin toplam direncini bulmak için;

1. 
   Dirençlerin ( R₁ , R₂ , R₃ , R₄ , ............ Rn ) seri bağlanmasında devrenin toplam direnci, R_T , R_T = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ , .......... + Rn„dir.
   
2. 
   Dirençlerin ( R₁ , R₂ , R₃ , R₄ , ............ Rn ) paralel bağlanmasında toplam devre direnci,
   

1

R_T = ─────────────────── Şeklinde hesaplanır.

1 1	1 1	1
─ + ─ +	─ + ─ + ─,	+ ─
R1 R2	R3 R4	Rn

2.