1

Temel Kavramlar

Elektrik Nedir?

Elektrik nedir? “Elektrikler geldi, gitti”, “çarpıldım”derken neyi kastederiz?

2

Elektriksel Yük

Elektrik yükü bu dış yörüngede dolanan elektron sayısının çekirdekteki proton sayısından fazla ya da az olmasını ifade etmektedir.

Birimi “Coulomb” olarak belirlenmiştir

Coulomb Kuvveti

Elektriksel yükün varlığı, iki elektriksel yüklü maddenin yan yana geldiğinde birbirine kuvvet uygulamasıyla gözlemlenir

Bu kuvvet Coulomb Kuvveti olarak adlandırılır. + veya –işareti yüklerin benzer veya ters olmasına göre değişir.

[ ]N 221

dqqkF ee ±=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡×== 2

29

0 CNm

10987.841πεek

Coulomb Sabiti

3

Elektroskop

Elektriksel yük miktarı elektroskop ile ölçülür.

Elektrik Enerjisi Eldesi

Elektriksel yüklenmeye ve elektronların hareketine sebep olan temel etkiler.

4

Elektrik Akımı

Bir iletkenin belirli bir kesitinden birim zamanda geçen elektrik yükü (elektron)miktarına akım denir. Bir iletkenden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektrongeçerse, akımda o oranda şiddetli olur. Elektrik akımı “I”harfi ile gösterilir.

Akım şiddetini elektronların sayısıyla göstermek için çok büyük rakamları kullanmak gerekir. Bu sebep ile bir saniye içerisinde bir iletkenin kontrol kesitinden geçen 6,2415e18 adet elektron 1 ampere eşit kabuledilmiştir.

sC

A ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ==

dtdQ

I

Elektrik Akımı

Akım elektronların hareketiyle ortaya çıkar. Elektronların hareket yönü elektronların çok olduğu negatif kutuptan daha az elektronun olduğu pozitif kutuba doğru olur.

Ancak, kabul görmüş yaygın gösterim elektrik akımınıpozitif (+) kutupdan negatif (-) kutba doğru akıyormuşşeklindedir. Bu kabul edilmiş bir yaklaşımdır.(ekvatorun sıfırıncı paralel kabul edilmesi gibi)

5

Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)Elektrik akımı da diğer bütün akış sistemlerine benzer şekilde bir potansiyel farkından doğmaktadır.

Su borusu içinden suyun akabilmesi için mutlaka bir basınçfarkı gereklidir. Örneğin bir su pompası ile su basılmalıdır ki su borudan akabilsin. Benzer bir şekilde elektrik devresinden de akımın akması için mutlaka bir kuvvete ihtiyaç vardır.

Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)Benzer bir şekilde elektrik devresinden de akımın akmasıiçin mutlaka bir kuvvete ihtiyaç vardır. Bu kuvvet olmadığıtakdirde serbest elektronlar hareket edemez yani elektrik akımı akmaz.

Serbest elektronları hareket ettirerek devreden elektrik akımının akmasına sebep olan elektriksel potansiyeller arasındaki farktır. Bu fark gerilim/voltaj olarak adlandırılır ve birimi Volt’tur. Kısaca (V) veya (E) harfi ile gösterilir

6

Elektriksel Potansiyel Fark (Voltaj, gerilim)Kullanış alanlarındaki farklılıklar ve elektrik enerjisinin iletimi gibi sebeplerden dolayı yaygın olarak iki değişik gerilim/akım şekli mevcuttur

Doğru akım elektrik yükünün hep aynıyönde akmasıyla oluşur.

Alternatif akımda eşit zaman aralıklarıyla akım yönü tersine döner.

Doğru Akım / Alternatif Akım

•Üretim biçimleri: Pil, Dinamo-AC Jeneratörler•Taşınma kayıpları: Düşük gerilimden yüksek akımdan-yüksek gerilim düşük akıma ve tam tersine çevrim-- Trafolar•Kullanım DC motorlar-AC motorlar

220V

380kV

7

Elektriksel iletkenlik ve ya DirençBir maddenin elektriksel iletkenliği o maddenin üzerinden akan elektrik akımının ne kadar kolay aktığının bir ölçüsüdür.

Genelde kullanılan terim ise bu durumun tersinden ifadesi olan dirençtir. Direnç bir maddenin üzerinden geçen elektrik akımına karşı gösterdiği direnme etkisidir

Elektriksel iletkenlik ve ya DirençSabit kesitli bir iletkenin üzerinden geçen akıma karşıgösterdiği direnç, o iletkenin yapıldığı maddenin özdirenci ve uzunluğu ile doğru orantılı, kesiti ile ters orantılıdır

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡== 2m

mΩm

AL

R ρ

Bir madde ve ya sistemin direncinin deneysel olarak belirlenmesi ise madde/siteme uygulanan gerilimin devre üzerinden akan akıma bölünmesi ile olur. Bu sabit oran Ohm Kanunu olarak bilinir.

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ===

AVΩ

IVR

Metallerde direnç etkisi büyük oranda atomik seviyedeki kuvvetlerden ve moleküllerin iç enerjilerinden kaynaklanmaktadır. Bu yüzden metallerin direnci ortam sıcaklığına bağımlıdır.

8

Elektriksel iletkenlik ve ya DirençMetallerde direnç etkisi büyük oranda atomik seviyedeki kuvvetlerden ve moleküllerin iç enerjilerinden kaynaklanmaktadır. Bu yüzden metallerin direnci ortam sıcaklığına bağımlıdır.

))(1()( 00 TTRTR −+= α

Elektriksel İletkenlik veya Dirençİzmir Çeşme yakınlarındaki bir bağ evine en yakın elektrik direğinden 100m 2x2.5 lik kablo çekilerek elektrik bağlanacaktır. Hava sıcaklığının 20 derece olduğu bir bahar gününde çekilen hattın direnci ne olacaktır?

9

Elektriksel İş ve GüçElektriksel iş, bir devrede elektriksel potansiyeli farklı ”V”iki nokta arasında belirli bir miktar “Q” yükünün taşınmasıiçin gerekli enerji miktarıdır.

Güç, birim zamanda yapılan iş ya da sarf edilen / depolanan enerji olarak tanımlanmaktadır.

[ ]VoltCoulombJoule ×===QVW

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ×==== Voltsaniye

CoulombsaniyeJoule

WattIVVdtdQ

W

Çoğu elektrikli cihazın dokümanları içinde tükettikleri güçmiktarı yazılıdır. Ücretlendirlen iş değeri bu gücün çalışma saati ile çarpımıyla bulunmaktadır.

Elektriksel İş ve GüçÇoğu elektrikli cihazın dokümanları içinde tükettikleri güçmiktarı yazılıdır. Ücretlendirlen iş değeri bu gücün çalışma saati ile çarpımıyla bulunmaktadır.

[ ]eWatt.saniy . IVttVdtdQ

Wt ==

Bu birimin yaygın olarak kullanılan şekli ise [KWh: Kilowatt saat]’dir. Elektriksel güç ölçümü Wattmetre kullanılarak yapılmaktadır.

Soru: Bir evde 3 adet 60 W lık ampül ve 9000 BTU/h luk bir klima her gün 6 saat çalışmaktadır.Bu evin Kasım ayı enerji sarfiyatı kaç KWh’dir?

10

Devre analizinde kullanılan temel yasalarOhm kanunu:Bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki iletken üzerinden geçen akım, o iki nokta arasındaki potansiyel farkla (gerilim ile) doğru, dirençle ters orantılıdır.

Kirchhoff Voltaj Kanunu (KVK):Kapalı bir göz (çevre, loop) içerisindeki toplam gerilim düşümü sıfırdır.

RV

I =

0=−∑ hk VV

Devre analizinde kullanılan temel yasalarKirchhoff Akım Kanunu (KAK)Bir düğüme giren akımların toplamı, çıkan akımların toplamına eşittir. Ya da bir düğüme giren ve çıkan akımların toplamı sıfırdır şeklinde ifade edilir.

∑∑ = çg ii

11

Temel elektriksel büyüklüklerin ölçümü

Elektriksel ölçümlerin temel prensibi elektrik akımının algılanmasıdır. Günümüzde yaygın olarak elektronik sistemler bu işiçin kullanılsa da temel fiziksel ilkeleri en iyi döner bobinli ölçme aletleri ortaya koyar

Galvanometre

Manyetik alan içerisine yerleştirilmiş dönebilir bir bobin üzerinden bir elektrik akımı geçirildiğinde, bobinin üzerine bu akım ile doğru orantılı bir tork etki eder. Eğer sisteme bir de rotasyon yayıeklenirse sistemde oluşan tork bu yayı sıkıştırarak kontrollübir hareket yapar. Bu anlatılan sistem elektromekanik bir algılayıcı sistemdir. Bu algılayıcı sisteme “galvonometre” denir.

12

Ampermetre

Ampermetreler iletken üzerindeki akışı ölçecekleri için elektronların yolu üzerinde olmalılardır bu yüzden devreye seri bağlanırlar. Bu yüzden ampermetrelerin dirençlerinin düşük olması istenir.

Voltmetre

Voltmetreyi devrenin iki noktası arasındaki gerilim düşümünü ölçümde kullanırız. Bunun için voltmetreler devreye paralel bağlanır ve yüksek iç dirençli olurlar

13

Ohmmetre

Ohmmetreler devreden ayrılmış elemanlara seri bağlanılarak ölçüm yapılır. Ohmmetre ile devre üzerinde gerilim varken ölçüm yapmak hem cihazın yanmasına hem de devrenin zarar görmesine sebep olur.

Direnç ölçümünün temeli, direnci ölçülecek elemana sabit ve bilinen bir gerilim uygulayıp üzerinden geçen akıma göre Ohm kanunu kullanarak bir ölçekleme yapılmasıdır.

AVOmetre

AVOmetre Tasarımı ve video

14

Devre Analizi

Vk=4V, R1=5 Ω, R2=8 Ω, R3=12 Ωise devre üzerinden geçen akımları ve elemanlar üzerine düşen gerilimleri hesaplayınız.

Vk