1

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak

2

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak

DREN, OHM KANUNU, VE G 1. ELEKRK ENERJS ve ZELLKLER

Bugn elektrik anda yaamaktayz. Kullandmz enerjinin byk bir

blm elektrik enerjisidir. Evlerde ve i yerlerinde elektrik enerjisini k enerjisine evirerek, aydnlatma amacyla kullanmaktayz. Yine elektrik enerjisini s enerjisine kolayca evirebilen, elektrik ocaklar ve sobalar, kullanlmasnn basit ve temizlii nedeniyle vazgeilmez durama gelmitir. lkemizin ou blgesinde buna ilaveten kullanlmas kolay ve elektrik ocaklarna oranla elektrik tketimi daha az olan elektrik enerjisinden yaralanlarak klimalar son yllarda yerlerini almtr.

En ileri dzeydeki haberleme cihazlarnn altrlmasnda elektrik

enerjisinden yaralanlr. Radyo, televizyon, telefon, hesap makineleri ve bilgisayar gibi bir ok cihaz, elektrik enerjisinden baka bir enerji eidi ile almazlar. Yine evlerde kullanlan sprge, amar, bulak makinesi ve dier birok kk cihazlarda mekanik enerjinin elde edilmesinde, elektrik motorlarnn kullanlmas kanlmazdr. Elektrik motorlarnn dier motorlara gre daha kk boyutta yaplabilmesi altrlp durdurulmasnn basit bir anahtarla mmkn olmas, zel bir bakm gerektirmemesi ve sessiz almalar, ev cihazlarnda elektrik enerjisinin kullanlmasnn en nemli nedenlerindendir.

Elektriin sanayide kullanlma yerleri de saylmayacak kadar fazladr. Elektrik

makinelerinin verimlerin yksek olmas, yani kaybn minimum olmas, kumandalarnn kolayl ve yaplarnn basit olmas, dier enerji makineleri yannda n sray almalarna neden olmutur. Elektrik enerjisinin s etkisinin dier bir uygulama alan da endksiyon frnlardr. Bu frnlarda s enerjisi, stlacak olan maddenin her yerinde ayn lde meydana getirildiinden, her yeri ayn anda pier veya ergir. rnein bir endksiyon frnnda pien ekmein, her taraf ayn anda snp pieceinden kabuk olumaz. Bunlara evlerde kullandmz mikrodalga frnlarn da rnek gsterebiliriz.

Kullanlaca yere kadar en az kayp gtrlebilen en uygun enerji, elektrik enerjisi, yine dier eitlerine en kolay evrilebilen bir enerjidir. Elektrik santrallerinde retilen elektrik enerjisi, binlerce kilometre uzaklktaki yerleme merkezlerine, iletim hatlar ile kolayca iletilebilir. Kullanma amacna uygun olarak mekanik, s veya k ve kimyasal enerjilere kolaylkla evrilir.

Elektrik enerjisi, akmlatrlerde kimyasal enerjiye dntrlerek depo etme

olana bulunduu gibi, kk de olsa, elektik enerjisi kondansatrlerde de dorudan depo edilebilir.

BLM 1

3

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak Elektrik enerjisinin kimyasal etkisinden yaralanlarak, madenler zerindeki

yalar gibi istenmeyen maddeler temizlenir. Maddelerin kaplanmas ile ilgili bir dal olan galvonoteknik ve son zamanlarda gelien galvonoplastik ile elektroliz yoluyla saf maden elde etme sanayileri, elektriin kimyasal alandaki uygulamalarnn balcalardr.

Elektrik enerjisinin zelliklerini yukarda ksaca aklamaya altk. Elektrik

enerjisi gelien teknolojide grld kadar ile her zaman yerini alacak ve biz bu zelliklerini aklamaya devam etmek zorunda kalacaz. 2. LETKENLER, YALITKANLAR ve YARI LETKENLER

Atomun d yrngesinde deiik sayda elektron bulunabilir. Fakat bu

elektronlar says sekizden fazla olamaz. D yrngede sekiz elektronu bulunan atomlar bir nevi kararllk kazanmtr. sekiz elektronlu d yrngelere doymu yrnge denir. Doymu yrngenin elektronlar ekirdee daha sk olarak baldrlar. u halde d yrngeleri doymu olan atomlar, elektronlarn kolay kolay brakmazlar ve dardan elektron alamazlar. Bu bilgileri verdikten sonra serbest elektronlar fazla olan maddelere, elektrik akmn iyi ileten anlamna gelen iletken denir. Bunlara rneklendirmek gerekirse bakr, alminyum ve demir gibi. Btn metaller iletkendir.

Serbest elektronlar ok az olan maddeler, elektrik akmn iyi iletmezler veya hi iletmezler. Byle serbest elektronu az olan maddelere, elektrik akmn iletmeyen anlamna gelen yaltkan szc kullanlr. Yaltkanlara rnek olarak cam, kauuk, pamuk, ya ve hava gsterilebilir. yi bir iletken madde ile iyi bir yaltkan madde arasndaki fark, bir sv ile bir kat arasndaki mekaniksel fark kadar byktr. Her iki zellikle, maddenin atom yaps ile ilikilendirilir. Akkanl katlar ile svlar arasnda bulunan maddeler olduu bibi, elektrikte de iletken ve yaltkan olan maddelerde vardr. Byle maddelere yar iletken denir. Bu maddelerin bulunmas ve kullanlmaya balamasyla bugn elektroniin hzl geliimini salamtr. Bu maddeler germanyum, silisyum ve karbon gibi. 3. DRENCN FZKSEL BOYUTU Direnci elektrik akmna gsterilen zorluk olarak tanmlamtk. Bir iletkenin elektrik akmna gsterdii zorluk (yani o iletkenin direnci), iletken iinde hareket eden elektronlarla, o iletken iindeki atom ve dier paracklar arasndaki srtnmelerden meydana gelir. Bu konuda, bir borudan akan suyun karlat zorluu rnek olarak gsterebiliriz. Boru dar ve i yzeyi fazla girintili kntl ise suyun akna kar belli bir zorluk ortaya karacaktr. Ayn ekilde borunun uzunluu arttka, iinden geen suya gsterdii diren artacaktr.

4

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak

Bir iletkenin direnci de, o iletkenin boyuna, apna cinsine gre deiir. rnein bir iletkenin uzunluu ile direnci doru orantldr. letkenin uzunluu arttka diren de artar. Buna karlk iletkenin kesiti ile diren ters orantldr. Buna gre iletkenin kesiti arttka diren azalr, kesiti azaldka diren artar. Bunlardan baka, diren, iletkenin cinsine gre de deiir. rnein ayn uzunlukta ve ayn kesitte bakr ile alminyum iletkenin direnleri birbirinden farkldr. Burada z diren kavram karmza kar. zdiren, 1 metre uzunluunda ve 1 mm2 kesitindeki bir iletkenin direncidir ve btn iletkenin zdirenleri birbirinden farkldr. zdiren sembol ile gsterelim ve ro olarak okunur. Btn bunlardan baka, ortamn scakl da iletkenin direncini etkileyen faktrdr. Bu konu, ileride ayr bir balk altnda incelenecektir.

Aadaki tabloda, baz iletkenlerin zdirenleri gsterilmektedir.

LETKEN ZDREN() Gm 0.016 Bakr 0.017 Altn 0.023

Alminyum 0.028 Demir 0.012

letkenlerin zdirenleri

Bu tablodaki deerler, iletkenlerin oda scaklndaki (20 C) zdirenleridir. Bir iletkenin direnci aadaki formlden hesaplanr.

=SLR

Bu formldeki harflerin anlam ve birimleri; R: letkenin direnci (ohm) L: letkenin uzunluu (metre) : letkenin zdirenci (ohm) S: letkenin kesiti (mm2)

Bir iletkenin direncini etkileyen faktrler

5

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak rnek: Uzunluu 20 metre, kesiti 2 mm2 olan bakr telin direncini hesaplaynz. zm: Bakrn zdirenci =0.017 ohm

=== 17.0017.0220

SLR

rnek: Uzunluu 50 metre, kesiti 3mm2 olan alminyum telin direncini hesaplaynz. zm: Alminyumun zdirenci 0.028 ohm dur.

=== 575,0028.03

50SLR

bulunur. rnek: ap 3 mm ve uzunluu 50 km olan bakrdan yaplm hattn direncini hesaplaynz. Bakrn zdirenci=0.017 dir. zm: nce iletkenin kesitini bulalm daha sonra diren formlnde yerine koyup bakr iletkenin direncini bulalm.

==

==

=

0,126017,0065,7000,50

SLR

mm065,74

3.14,34dS 2

22

6

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak 3.1 DRENCN SICAKLIKLA DEM

letkenin direnci, scaklkla doru orantldr. Buna gre scaklk arttka iletkenin direnci de artar. Devre dizaynlarnda, direnler bir bir hesaplanr yle seilir. Bu nedenle diren ok hassas bir noktada bal ise ve iinden geen akm sonucu snarak deeri deimi ise, devrenin almas etkilenebilir. Direnlerin zerinde belirtilen omik deer, oda scaklndaki (20 Co) diren deeridir.

Metallerin direnci, 0(sfr) derece ile 100(yz) derece arasnda dorusal olarak deiir. Aadaki ekilde metallerin direncinin scaklkla deimesi grlmektedir.

Metalin direncinin scaklkla deiimi

Yukardaki ekilde R1 bir direncin t1 scaklndaki deeri, R2 ise ayn direncin t2 scaklndaki deeridir. Grld gibi scaklk arttka direncin omik deeri artmtr. Her metalin bir T katsays vardr. Bu, teorik olarak o direncin deerinin sfr ohm olduu scaklk deeri demektir. Aadaki tabloda eitli iletkenlerin T katsaylar verilmektedir.

METAL T, KATSAYISI Kurun 218 Gm 243 Bakr 235

Alminyum 236 inko 250 Pirin 650

Bir direncin deiik scaklk da ki deeri aadaki formllerle hesaplanr.

2

1

2

1

tTtT

RR

++

=

7

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak Bu formlde ki harflerin anlamlar; T: Metalin katsays t1: Birinci scaklk R1: Direncin t1 scaklndaki deeri t2: kinci scaklk R2: Direncin t2 scaklndaki deeri rnek: Bir bakr iletkeninin 20 derecedeki direnci 5 ohm dur. Bu iletkenin 50 derecedeki direncini bulunuz. zm: Bakrn T katsays 235 tir. Bu deerler formlde yerine konulursa;

( ) ( )

==++

=+

+=

++

=

58,5255285.5

20235502355

t235t235R

R

ekersek yi R formlnde t235t235

RR

1

212

22

1

2

1

bulunur. rnek: Bir alminyum iletkenin 30 derecedeki direnci 10 ohm olduuna gre bu iletkenin 100 derecedeki direncini hesaplaynz. zm: Alminyumun T katsays 236 dr. Bu deerleri formlde yerine konulursa;

( ) ( )

===++

=++

=

++

=

36,4266

1160266236.5

3023610023610

236236R

ekersek yi R formlnde

1

212

22

1

2

1

ttR

tTtT

RR

bulunur.

8

DORU AKIM DEVRE ANALZ Topak 4. DREN