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 (O 2, Cl 2 ) Valans elektron < 4 ise İletken (Pt, Au, Ag) Valans elektron = 4 ise Yarı iletken (Si, Ge) Bazı element ve alaşımlar, T c (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 = 6,24.10 18 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 10 3 Kilo k 10 6 Mega M 10 9 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 10 28 tane iletim elektronu serbestce hareket eder. i = dq 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. A U A U AB B U B U = W q Herhangi bir A, B noktaları arasındaki gerilim, 1C luk birim yükün A dan B ye götürülmesiyle yapılan iştir. Elektrik yükleri yüksek potansiyelli noktadan düşük potansiyelli noktaya doğru akarlar. U = dw dq A B noktaları arasındaki gerilim, U AB = U A U B 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. G = 1 R 11
12
Direnç Çeşitleri: Sabit Dirençler Değişken Dirençler (Reosta) 13
Renk Kodları: 14
10 10 2 Ω ± %5 = 1kΩ ± 50Ω 100 10 6 Ω ± %5 = 10 8 Ω ± 5 10 6 Ω 339 10 0 Ω ± 3,39Ω 33 10 1 Ω ± %5 = 330Ω ± 16,5Ω 27 10 1 Ω ± %5 = 270Ω ±13,5 Ω 39 10 5 Ω ± 1,95 10 5 Ω 15
V = IR 16
Direncin Sıcaklıkla Değişimi; α 1 ; t 1 sıcaklığındaki direnç sıcaklık katsayısı R 2 = R 1 1 + α 1 t 2 t 1 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 F y θ F F x W = F x. l W = F. l. cosθ Neden F y iş yapmadı? 18
GÜÇ: birim zamanda kullanılabilecek enerji miktarı. A I B P = W t D V R 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 q yükünün V potansiyeli altında kazandığı enerji W = q. V W = V. I. t W = I 2. R. t Güç tanımından; P = V. I P = I 2. R P = U2 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) 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. η = P çıkış P giriş η = P giriş P kayıp P giriş Örnekler... 20