Akım(I): Bir iletkenin herhangi bir kesitinden birim zamanda geçen

ELEKTRİK DEVRE
TEMELLERİ
Dr. Cemile BARDAK
 Ders Gün ve Saatleri: Çarşamba (09:55-12.30)
 Ofis Gün ve Saatleri: Pazartesi / Çarşamba
(13:00-14:00)
1
TEMEL KAVRAMLAR
Bir atom, proton (+), elektron (-) ve
nötron () dan oluşur. Elektronların, çekirdek
etrafında döndükleri yörüngeler (kabuk);
K,L,M,N,O,P gibi harflerle belirlenir.
Bir atomun en dış yörüngesindeki
elektronlara valans elektronlar denir.
Atomun en dış yörüngesinden çıkarak
atomlar arası boşlukta dolaşan elektronlara
serbest elektronlar adı verilir. Serbest
elektron miktarının artması, o maddenin
daha fazla iletken olmasıdır.
2
 Valans elektron > 4 ise Yalıtkan (𝑂2 , 𝐶𝑙2 )
 Valans elektron < 4 ise İletken (Pt, Au, Ag)
 Valans elektron = 4 ise Yarı iletken (Si, Ge)
 Bazı element ve alaşımlar, 𝑇𝑐 (kritik sıcaklığın) altına
indiklerinde Süperiletken haline gelirler.
3
Elektrik Yükü
Bir elektronun elektrik yükü; elemanter yük (en küçük yük)
1,602 . 10−19 Coulumb
1C = 6,24 .1018 𝑡𝑎𝑛𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 − 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛
4
Çeşitli Elektriksel Büyüklüklerin Birim ve Gösterimleri
Büyüklük
Gösterim Birim
Büyüklük Gösterim Birim
Endüktans
L
Henry (H)
Ferekans
f
Hertz (Hz)
Kapasite
C
Farad (F)
Gerilim
V
Volt (V)
Yük
Q
Coulomb (C) Güç
P
Watt (W)
Akım
I
Amper (A)
Enerji
W
Joule (J)
Zaman
t
Saniye (s)
Direnç
R
Ohm (R)
5
Çeşitli Manyetik Büyüklüklerin Birim ve Gösterimleri
Büyüklük
Gösterim
Birim
Akı Yoğunluğu
B
Tesla (T)
Manyetik Akı
𝜙
Weber (Wb)
Manyetik Kuvvet
H
Amper-sarım/m
Geçirgenlik
𝜇
Wb/(As-m)
Relüktans
ℜ
As/Wb
6
Birim Çevrimleri
Büyüklük
Gösterim
Birim
10−3
Mili
m
10−6
Mikro
𝜇
10−9
Nano
n
10−12
Piko
p
103
Kilo
k
106
Mega
M
109
Giga
G
7
Elektrik Akımı: Elektrik yüklerinin belirli bir yöndeki hareketi
Akım Şiddeti(I): Bir iletkenin herhangi bir kesitinden birim zamanda geçen
yük miktarı.
Elektrik devrelerinin analizinde, Elektrik Akımı; metal iletkenlerde,
atomik yapının en dış halkasındaki elektronların hareketiyle ortaya çıkan
akımdır. Ör. Bakırda en dış halkadaki elektron çekirdeğe sıkı bağlı değildir ve
kristal yapı içinde bir atomdan diğerine serbestce hareket eder. Bir bakır
iletkende yaklaşık olarak, bir metreküpte 8.5 × 1028 tane iletim elektronu
serbestce hareket eder.
𝒅𝒒
𝒊=
𝒅𝒕
Örnekler 1...
8
9
GERİLİM: Devrede, elektrik akımını meydana getiren
kuvvettir. 1C luk yüke 1j enerji verilmesi sonucunda yükün
ulaştığı yer ile yükün enerji verilmeden önceki konumu arasındaki
potansiyel farkına 1 volt denir.
Herhangi bir A, B noktaları
𝑈𝐴𝐵
A
B
arasındaki gerilim, 1C luk birim
𝑈𝐴
yükün A dan B ye götürülmesiyle
𝑈𝐵
yapılan iştir.
Elektrik yükleri yüksek potansiyelli noktadan düşük potansiyelli
noktaya doğru akarlar.
𝑊
𝑈=
𝑞
𝑑𝑊
𝑈=
𝑑𝑞
A – B noktaları arasındaki gerilim, 𝑈𝐴𝐵 = 𝑈𝐴 −𝑈𝐵
10
DİRENÇ:
 Bir iletkenin, içinden geçen akıma karşı gösterdiği zorluğa
direnç denir.
 Akımı sınırlamak, ısı üretmek, gerilim bölmek gibi amaçlar
için kullanılır.
 Sabit ve değişken dirençler olarak iki ayrı tipte üretilir.
 Birimi Ohm (Ω) dur.
 Direncin tersine; bir iletkenin, içinden geçen akıma karşı
gösterdiği kolaylığa iletkenlik denir. Birimi Siemens (S)
dir.
1
𝐺=
𝑅
11
12
Direnç Çeşitleri:
 Sabit Dirençler
 Değişken Dirençler
(Reosta)
13
Renk Kodları:
14
100 × 106 Ω ± %5 = 108 Ω ± 5 × 106 Ω
339 × 100 Ω ± 3,39Ω
10 × 102 Ω ± %5 = 1kΩ ± 50Ω
27 × 101 Ω ± %5 = 270Ω ±13,5 Ω
33 × 101 Ω ± %5 = 330Ω ± 16,5Ω
39 × 105 Ω ± 1,95 × 105 Ω
15
𝑽 = 𝑰𝑹
16
Direncin Sıcaklıkla Değişimi;
𝛼1 ; 𝑡1 sıcaklığındaki direnç sıcaklık katsayısı
𝑅2 = 𝑅1 1 + 𝛼1 𝑡2 −𝑡1
Örnekler 2...
17
ELEKTRİK ENERJİSİ VE GÜÇ: Bir cisme kuvvet uygulandığı
zaman, cisim kendi yönü ve doğrultusunda hareket edebiliyorsa iş
yapıyor demektir. İş yapabilme yeteneğine enerji denir.
F
l
Bir cisim F kuvveti ile yatay
sürtünmesiz bir yerde l kadar yer
değiştirmesiyle yapılan iş;
𝑾 = 𝑭. ℓ
𝑭𝒚
F
𝛉
𝑾 = 𝑭𝒙 . ℓ
𝑾 = 𝑭. ℓ. 𝐜𝐨𝐬𝛉
𝑭𝒙
Neden 𝐹𝑦 iş yapmadı?
18
GÜÇ: birim zamanda kullanılabilecek enerji miktarı.
I
A
V
B
R
𝑾
𝑷=
𝒕
q yükünün V potansiyeli altında kazandığı enerji
D
C
a) V=10 V, R=3Ω, P=?
b) V=50 V, I=10mA, P=?
c) I=5A, R=5Ω, P=?
Y: 33.33W , 05W, 125W
𝑾 = 𝒒. 𝑽
𝑾 = 𝑽. 𝑰. 𝒕
𝑾 = 𝑰𝟐 . 𝑹. 𝒕
Güç tanımından;
𝑷 = 𝑽. 𝑰
𝑷 = 𝑰𝟐 . 𝑹
𝑼𝟐
𝑷=
𝑹
19
Kaynak; Üreteç veya verici. Doğru gerilim kaynağı; elektromotor kuvvet
(e.m.k.) Pil, akümülator, jenerator gibi elektronlara hareket verir.
Yük; Alıcı. Motor, elektrik ampulü, elektrik sobası gibi enerji
harcayıcılardır.
İletkenler; Kablolardır. Yükün gerilim kaynağına bağlanmasını sağlarlar.
Güç Kaynaklarının Verimi; Güç kaynağının
beslediği yüke aktardığı gücün (çıkış gücü)
𝑷ç𝚤𝒌𝚤ş
𝜼=
𝑷𝒈𝒊𝒓𝒊ş
beslediği şebekeden çektiği güce (giriş gücü)
oranı güç kaynağının verimi olarak adlandırılır.
Güç kaynağının giriş gücü ile çıkış gücü
arasındaki fark kaynağa ilişkin kayıp gücü verir.
𝑷𝒈𝒊𝒓𝒊ş − 𝑷𝒌𝒂𝒚𝚤𝒑
𝜼=
𝑷𝒈𝒊𝒓𝒊ş
Örnekler...
20