Elektrik Mühendisliğinin Temelleri-I EEM 113 1 1
Terim Terimler, Birimleri ve Sembolleri Formülsel Sembolü Birimi Birim Sembolü Zaman t Saniye s Alan A Metrekare m 2 Uzunluk l Metre m Kuvvet F Newton N Elektriksel yük Q Coloumb C Elektrik Akımı I Amper A Potansiyel Fark (Gerilim) V Volt V Enerji, İş E veya W Joule J Güç P Watt W Direnç R Ohm Ω İletkenlik G Siemens S Kapasite C Farad F Endüktans L Henry H 2
Üst katlar ve Askatlar Birim Kısaltması Değeri Tera T 10 12 Giga G 10 9 Mega M 10 6 Kilo k 10 3 Mili m 10-3 Mikro µ 10-6 Nano n 10-9 Piko p 10-12 1mA, 20µV, 100MHz, 1,6pC 3
Örnekler Kısaltması Değeri Sayı mili Mikro Nano T 10 12 G 10 9 M 10 6 k 10 3 m 10-3 µ 10-6 n 10-9 p 10-12 0,0568 56,8m 0,000325 0,00000245 0,000000002 Sayı kilo Mega Giga 120 0,12k 1595 1236000 1200000000 4
Birimler için Örnekler (Evde Çözülüp Gelinecek) Örnek 1: ABD de yaklaşık 250milyon kayıtlı binek araç vardır. Ortalama bir araçtaki akünün 440watt-saat (Wh) enerji depoladığı kabul edilir ise ABD deki araçlarda depolanan toplam enerjiyi (gigawatt-saat cinsinden) bulunuz. Örnek 2: Bir MP3 oynatıcının 4giga-byte (GB=10 9 byte) flaş bellek yongası 32mmx24mmx2.1mm dir. Bu bellek yongası 1000 tane üç dakikalık şarkı tutmaktadır. a) Kenarları 1mm olan bir küp kaç saniye müzik tutar? b) Kenarları 100µm olan bir küpte kaç byte bellek depolanabilir? Örnek 3: Bazı bambu cinsleri günde 250mm büyüyebilir. Bitkilerdeki hücrelerin 10µm uzunluğunda olduğunu kabul edilir ise a) Bir bambu çubuğunun 1 hücre boyu uzaması için ne kadar zaman gereklidir? b) Bir haftada bambuya kaç hücre eklenir? Örnek 4: Elde taşınabilen bir video oynatıcıdaki her bir videonun bir çerçevesi 320x240 resim elemanı (piksel) görüntülemektedir. Her piksele 2byte bellek gerekir. Videolar saniyede 30 çerçeve hızla gösterilmektedir. 30gigabyte belleğe kaç dakika video sığar? 5
Derste Görülecek Elektronik Elemanlar Direnç Bobin (Endüktans) Kondansatör SMD Sembol 6
Derste Görülecek Elektronik Elemanlar Gerilim-Akım kaynağı AVO Metre + V th - Gerilim Kaynağı + I N - Akım Kaynağı Osiloskop 7
Atomun Yapısı Elektron-Proton-Nötron Dalton Atom Modeli Thomson ve Rutherford Atom Modeli Bohr Atom Modeli 8
Elektron-Elektrik Yükü 6,25.10 18 tane elektron 1 coulomb luk Elektrik yükü =,. 9
Elektron-Elektrik Yükü Bir atomda pozitif ve negatif olmak üzere iki farklı yük (Q) vardır. Pozitif yükler protonlar, negatif yükler elektronlardır. Elektron ve protonun genlik olarak yükleri birbirine eşittir. Elektrik yükü coulombbirimiileölçülürve 1 coulomb6,25.10 18 tane elektronun taşıdığı yük miktarına eşittir. Buna göre 1 elektronda: Coulomb(C) =[amper*saniye] yük bulunur. Elektrik akımı : Bir malzemenin + ve yüklerinin toplamı malzemenin net elektrik yük miktarını verir. Yükler arasında itme ya da çekme olarak gözlemlenen ve elektrik alanı etkisi ile meydana gelen bir kuvvet oluşumu söz konusudur. Elektrik yükünün hareketi ile elektrik akımı meydana gelir. = Akım Elektrik yükü Zaman =. [A*s] 1sniçersindegeçen elektronmiktarı 1Ciseakım---dir? Coulomb(C) =[amper*saniye] 10
Akım AC ve DC olmak üzere iki türlü akım ve gerilim ifadesi vardır. DC ler büyük harf ile, AC ifadeler küçük harf ile ifade edilir. = =. =. Örnek: 1sn de 1A akım akıtıyoruz. Bunun için kaç tane e - un hareket etmesi gerekir? =. =. =. = = = [. ],. [. ] =,. 0,625.10 19 11
Malzemelerin Elektrik Akımına Karşı Davranışları İletken: İçinde oldukça büyük sayıda serbest elektron barındıran altın, gümüş gibi malzemelere iletken adı verilir. Atomların dış yörüngelerindeki elektronlara valans elektron ya da serbest elektron denir. Bunlar çekirdeğe zayıf bir bağ ile bağlı olduklarından ufak bir enerji ile atomu terk edebilirler. Serbest elektronlar bu hareket özelliklerinden dolayı elektrik iletiminde önemli rol oynarlar. 12
Malzemelerin Elektrik Akımına Karşı Davranışları Yarı iletken:normal durumda yalıtkan olan bu maddeler ısı, ışık, manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler uygulandığında bir miktar değerlik elektronlarını serbest hale geçirerek iletken duruma gelirler. Uygulanan bu dış etki veya etkiler ortadan kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler. Bu özellik elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlamıştır. Yarı iletkenlerin son yörüngelerinde dört elektron bulunur. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler germanyum ve silisyum elementleridir. Yarı iletken malzemeler; iletkenlerden 10-10 defa az iletken,yalıtkanlaragöre10 14 defadahafazlailetkenlerdir. 13
Yarı İletken Malzemeler Diyod Transistör Entegreler 14
Malzemelerin Elektrik Akımına Karşı Davranışları Elektrik Akımı Meydana Getiren Bileşen Metal e - Sıvı ve Gaz Yarı iletkenler Yalıtkan İyonlar e - ve boşluklar 1cm En iyi iletken gümüş iken en popüleri bakırdır. 15
Elektrik Akımının Etkileri 1- Isı Etkisi: İçersinden akım geçen malzeme ısınır. 2- Manyetik Etki : Bir iletkenden akım geçirilir ise etrafında manyetik alan meydana gelir. 3- Kimyasal Etki: Kaplamacılıkta(elektroliz) kullanılır. 4- Fizyolojik Etki: İnsana yönelik ısı etkisidir. Aslında ölüme yol açan enerjidir. Akım değeri I Alternatif Akım [AC] Etkisi 50Hz Doğru Akım [DC] Etkisi 0,6 1,5 ma Parmaklarda hafif titreme Hissedilmez 8 10 A Parmaklarda ve bileklerde kuvvetli ağrılar Fazlaca ısı etkisi 20 25 A Nefes almada zorluk Fazlaca ısı 50 80 A Nefes alma durur Kramplar 90 100 A 3sn içersinde kalp felci Nefes alma duruyor Alternatif gerilimde 42Volt, doğru gerilimde ise 60 Volt insanlar için tehlike sınırını oluşturmaktadır. Vücudun direnci çok değişken etkenlere bağlı olduğu için (yaşlı, genç, şişman, zayıf, aç, tok, ) düşük gerilimler bile insan için tehlikeli olabilmektedir. 16
Akım, Gerilim, Direnç Akımı daha önce olarak tanımlamıştık. = Akımyoğunluğu:1m 2 dengeçentoplamakım Akım(Amper) Kesit(m 2 ) Doğru akımda (DC) elektrik yükü aynı yönde ve değeri zamanla değişmeden akmaktadır. I 2A 0 t Alternatif akımda (AC) elektrik yükü yönü belirli zamanlarda değişmekte fakat her iki yönde taşınan elektrik yük miktarı eşit kalmaktadır. 17
Akım, Gerilim, Direnç i 0 + T/2 T Alternatif akım - t i im 0 + T/2 - T t Sinüzoidal alternatif akım -im i im - 0 + T/ 2 - T t Kare dalga i im 0 T/2 T t im 18
AC, DC Akım Örnekleri 19
AC, DC Akım Örnekleri 20