ELEKTRİK AKIMI

         Elektrik potansiyelleri ( V ) farklı olan iki iletken birbirine dokundurulduğunda elektrik potansiyelleri eşit oluncaya kadar yük alışverişi yapar.

         Elektrik yüklerinin bu hareketi bir yük akışıdır.

         Elektrik potansiyeli farkı nedeni ile oluşan elektrik yükü hareketine elektrik akımı denir. i ya da I ile gösterilir.

         Elektrik yükünün hareket yönü ile elektrik akımı yönü farklı kavramlardır.

         Elektrik yüklerinin hareket yönü ne olursa olsun elektrik akımının yönü elektrik potansiyeli büyük olan noktadan küçük olan noktaya doğrudur.

         '' + '' işaretle belirlenmiş elektrik potansiyel, '' - '' işaretle belirlenmiş elektrik potansiyelden daha büyüktür. Bu nedenle bu potansiyel fark arasında oluşan akım, '' + '' dan '' - '' ye doğrudur.

         Elektrik akımının yönü, yüklerin hareketleri yardımı ile de bulunabilir.

         '' + '' elektrik yükünün oluşturduğu akımın yönü yükün hareket ettiği yöndedir.

         '' - '' elektrik yükünün oluşturduğu akımın yönü yükün hareket ettiği yöne ters yöndedir.

         Dolayısı ile aynı yöne birlikte hareket eden ters işaretli, eşit miktardaki yükler, hareketli olmalarına rağmen ( nötr olduklarından ) elektrik akımı oluşturmaz.

         Üzerinden akım geçen bir telin kalınlığı her yerinde aynı olmasa bile akım telin her yerinde aynıdır.

         Birden fazla telin birleştiği bir noktaya giren akımlar toplamı bu noktadan çıkan akımlar toplamına eşittir.

ELEKTRİK AKIMININ HESAPLANMASI 

         Elektrik akımının büyüklüğü akımın oluştuğu iletkenin kesitinden birim ( bir saniye )

 zamanda geçen net yük miktarına denir.

         Net yük miktarı, kesitin Δt süresince geçen elemanter yük sayısı n ile 1 elemanter yük değeri e nin çarpımına eşittir.

         Akım - zaman grafiğinde grafik eğrisi ile zaman ekseni arasında kalan alan, iletkenden geçen toplam ( net ) yük miktarına eşittir.

DİRENÇ

         Bir iletkenin, kesitinden birim zamanda geçen yük miktarını azaltıcı etkisine o iletkenin direnci denir.

         Direnç etkisi, hareketli yüklerin sabit atomlarla çarpışmalarının sonucunda ortaya oluşur.

         Çarpışma miktarı, hareketli yüklerin yolu ( iletken uzunluğu ) uzadıkça artar, genişliği ( iletkenin kesiti ) arttıkça azalır.

         Bu olay araç trafiği modeli ile açıklanabilir. Üç şeritli bir yolda, şerit sayısının azaldığı bir bölgede trafik akışı oldukça yavaşlar. Bu yavaşlama azalan şerit sayısına ( kesit alanı ) ve bu yolun uzunluğuna ( iletkenin uzunluğu ) bağlıdır.

         Buna göre bir iletkenin direnci;

         Direnç; uzunluk, kesit alanı ve öz direncin dışında sıcaklıkla da değişir. Sıcaklığı artan iletkenlerin dirençleri de artar.

OHM KANUNU

         Bir iletkenin uçları arasındaki gerilimin iletkende meydana getirdiği akıma oranının sabit kaldığı ve bu sabitin iletkenin direncine eşit olduğu gerçeği ilk kez G.S. Ohm tarafından ifade edilmiştir. Dolayısı ile gerilim ve akım arasındaki bu ilişki ohm kanunu olarak bilinir.

         İletkenin fiziksel özellikleri değişmediği sürece direncin sabit kaldığı bir önceki konuda belirtilmiştir. Bu durumda direnç gerilim ve akıma bağlı değildir.

               Devrelerde Noktalama ve Kısa Devre:     

         Akım dirençsiz tel üzerinde ilerlerken telin herhangi iki noktası arasında elektrik potansiyel fark ( V ) yoktur.

                                    V = iR

                                    R = 0 olduğundan

                                    V = Vk - Vk = 0 dır.

         Buna göre devrede, dirençsiz telin her yerinde elektrik potansiyeli aynıdır. Bu durum telin her yerinde aynı harf kullanılarak gösterilir.

         Fakat akımın direnç üzerinden geçmesi direncin uçları arasında bir potansiyel fark ( V ) olduğunu gösterir.

                               V = iR

                               R ≠ 0 olduğundan

                               V ≠ 0 dır.

         Direncin iki ucu arasında dirençsiz tel yok ise bu uçlara farklı harfler verilir.

         Bir direncin uçlarının arasına dirençsiz bir tel bağlı ise, direncin uçları aynı elektrik potansiyel arasında kalır. Uçları arasında elektrik potansiyel fark olmayan dirençten akım geçmez.

         Dirence gelen akım dirençsiz telden geçer. Dolayısı ile direnç devre dışı kalır. Aynı harfler arasındaki direncin değeri sıfırdır.

         Bir devre elemanının dirençsiz tel kullanılarak devre dışı bırakılmasına ( aynı harfler arasında kalmasına ) kısa devre denir.

               Ayarlı Direnç ( REOSTA )

         Direnci ayarlayarak akımı kontrol etmek için kullanılan devre elemanına ayarlı direnç ( Reosta ) denir.

         Sürgü hareketleri ile akımın geçtiği uzunluğu değiştirilir.

         Direnç uzunluğa bağlı olduğundan akımın geçtiği uzunluk artarsa direnç de artar.                        

DİRENÇLERİN BAĞLANMASI

         Dirençlerin, sıralı potansiyel noktaların arasına ard arda bağlanmasına seri bağlama, iki elektrik potansiyel nokta arasına bağlanmasına paralel bağlama denir.

         Seri bağlı dirençlerin akım şiddetleri, paralel bağlı olanların ise elektrik potansiyel farkları ( gerilim ) aynı büyüklüktedir.

                                Seri Bağlama:

         Seri bağlı dirençlerden geçen elektrik akımlarının şiddeti aynıdır.

                                I = i1 = i2

         Seri bağlı dirençlerin elektrik potansiyel farklarının toplamı, dirençlerin başlangıç ve bitiş noktalarındaki elektrik potansiyel farka eşittir.

                                                                                      V = V1 + V2

         Devredeki dirençlerin yapacağı işi tek başına yapabilecek dirence eş değer direnç denir.

         Eş değer direnç; devredeki dirençlerin kaynaktan çektiği elektrik akımıyla ( anakol akımı ) aynı akımı çekebilecek direnç olarak da tanımlanabilir.

                                     V = IReş

         Dirençlerin elektrik potansiyel farklarından

                                     V1 = i1R1

                                     V2 = i2R2

                                     V = V1 + V2

                                     IReş = i1R1 + i1R2    eşitliği yazılabilir.

                                     I = i1 = i2

         olduğundan eş değer direnç

                                     Reş = R1 + R2     olarak bulunur.

                    Seri Bağlı Devrelerin Özellikleri:

         1. Büyüklükleri R olan özdeş dirençler birbirine seri bağlandıklarında eş değer direnç direnç sayısı n ile bir direnç değeri R nin çarpımına eşittir.

                                     Reş = nR

         2. Seri bağlı dirençlerden geçen akım aynı büyüklükte olduğundan dirençlerin uçları arasındaki potansiyel farklar ( gerilim ) direnç büyüklüğü ile doğru orantılıdır.

                                     i1 = i2

                                     V1/R1 = V2/R2

         3. Uçları sabit gerilim kaynağına bağlı seri dirençlerin kaynaktan çektiği akım ( anakol akımı ) eş değer dirençle ters orantılıdır. Eş değer direnç değişirse üreteçten çekilen akım ( anakol akımı ) değişir.

                                     i = V/Reş                                

                     Paralel Bağlama:

            Aynı elektrik potansiyel noktalarının arasına bağlanan paralel bağlı dirençler denir. Bu dirençlerin gerilimleri eşittir.

                                    V = VKL                 V1 = VKL

                                    V2 = VKL               V = V1 = V2

         Bu dirençlerden geçen akımların toplamı, üreteçten çekilen ( ana kol ) akımına eşittir.

                                    I = i1 + i2

         Kaynaktan bu dirençlerin çektiği akımı tek başına çekebilecek dirence eş değer direnç denir.

                                    I = V/Reş

         Dirençlerin akımı ile eş değer direncin akımı gerilime bağlı olarak yazılırsa,

                                    i1 = V1/R1

                                    i2 = V2/R2

                                    I = V/Reş

                                    I = i1 + i2

                                    V/Reş = V1/R1 + V2/R2 olduğundan

                                    Eş değer direnç;

         Olarak hesaplanır.

                Paralel Bağlı Dirençlerin Özellikleri:

         1. Paralel bağlanan dirençlerin eş değeri seri bağlanma durumuna göre daha küçüktür.

         2. Dirençleri R olan, n tane direnç birbirine paralel bağlandığında eş değer direnç, direnç değeri R nin direnç sayısı n ye oranıdır.

                                    Reş = R/n

         3. Paralel bağlı dirençlerden geçen akımlar dirençlerle ters orantılıdır.

                                    V1 = V2

                                    i1R1 = i2R2

                                    i1/i2 = R2/R1

         4. Sabit gerilim kaynağına bağlı bir devrede kaynağa paralel eklenen ya da paralel çıkartılan direnç, kaynaktan çekilen akımı ( ana kol akımını ) değiştirse de diğer dirençlerin akımını değiştirmez.

         5. Sabit gerilim kaynağına bağlı bir direnç devresinde kaynağa paralel direnç yoksa dirençlerden herhangi birinin değişmesi diğer bütün dirençlerin akımını değiştirir.

ÜRETEÇLER

         Bir elektrik devresine enerji sağlayan devre elemanına üreteç ya da akım kaynağı denir.

         Akım kaynakları,

         1. Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren piller

         2. Işık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren piller

         3. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren jeneratörler

olmak üzere üç temel grupta incelenebilir.

         Piller doğru akım üretir. Sıvı ve kuru pil olarak ikiye ayrılır.

 

         Piller bittikten sonra akım üretmez ve yeniden kullanılamaz. Ancak bazı pillerde elektrik akımını meydana getiren kimyasal olaylar tersine döndürülebilir. Bu çeşit pillere akümülatör ( akü ) denir. Bittiklerinde doğru akımla doldurulurlar ve yeniden kullanılabilirler.

         Jeneratörlerde üretilen akım, mıknatısların tel sargılar içinde ya da tel sargıların manyetik alan içinde döndürülmesi sonucunda oluşur.

         Birden fazla pilin bağlanarak oluşturduğu piller düzeneğine batarya denir.

         Pilin devredeki sembolü   dir. Üretecin, elektronları harekete geçiren gerilimine elektromotor kuvvet ( emk ) denir. ε ile sembolize edilir.

         Pil devreye akım sağlarken '' + '' uçtan çıkan akım '' - '' uca dönen akıma eşittir.

         Pilin '' + '' ucundan çıkan akım kendi '' - '' ucuna dönüyorsa pil akım vermez. Devre dışıdır.

         Üreteçler çalışırken ürettikleri enerjinin bir kısmı kendi içinde ısıya dönüşür.

         Bunun nedeni üretecin iç direncidir.

                Üreteçlerin Seri Bağlanması:

         Pilin bir kutbunun diğer pilin zıt kutbuna değecek biçimde ard arda bağlanması sonucunda seri bağlı pil bataryası oluşur.

         Oluşan bataryanın eş değer emk si pillerin emk lerinin toplamıdır.

                                        εeş = ε1 + ε2 + ε3

         İç dirençlerin eş değeri üreteçlerin iç dirençlerinin toplamıdır.

                                          reş = r1 + r2 + r3

         Pilin bir kutbu diğer pilin aynı kutbuna değecek biçimde bağlandığında bunların eş değer emk si, emk lerinin farklarıdır.

                                                       εeş = ε1 - ε2    ya da    εeş = ε2 - ε1

             Üreteçlerin Paralel Bağlanması:

         Birden fazla pilin '' + '' uçlarının birbirine '' - '' uçların birbirine bağlanması sonucunda paralel bağlı pil bataryası oluşur.

         Üreteçler özdeş ise bataryanın eş değer emk si üreteçlerden birinin emk sine eşittir.

                                               ε1 = ε2 + ε3 = ε

                                      εeş = ε

         iç dirençlerin eş değeri ise

                                       1/reş = 1/r1 + 1/r2 + 1/r3    eşitliği ile bulunur. İç dirençler özdeş ise iç dirençleri eş değeri

                                       1/reş = r/n ile hesaplanır.     n: Üreteç sayısı

             Üreteçlerin Uçları Arasındaki Gerilim: 

         a) Devreye Akım Veren Üreteç

         Devreye akım ( enerji ) veren bir üreteç çalışırken uçları arasındaki gerilim, emk sı ε ile iç direnç gerilimi Vr nin farkına eşittir.

                                           V = ε - Vr

                                           V = ε - ir

         b) Devrede Akımına Direnç Oluşturan Üreteç

         Bir devrede birbirine ters bağlanmış iki üreteç varsa emk sı küçük olan büyük olan akımına karşı direnç oluşturur ( enerji çeker ).

         Bu durumda emk si küçük olanın emk işareti '' - '' dir. Akım üzerinden ters yönde geçer.

         Buna göre uçları arasındaki gerilim

                                          V = - ε - ir

          c) Üzerinden Akım Geçmeyen Üreteç

          Bir devrede üretecin üzerinden akım geçmiyorsa uçları arasındaki gerilim, emk sine eşittir.

                                          V = ε

          Akım olmadığından iç dirençte gerilim yoktur.

                                          Vr = 0

          d) İç Direnci Önemsenmeyen Üreteç

          Bir üretecin iç direnci önemsiz ise uçları arasındaki gerilimin büyüklüğü emk sine eşittir. İşareti; akım ( enerji ) üretiyorsa '' + '', akıma direniyorsa ( enerji çekiyorsa ) '' - '' dir.

VOLTMETRE VE AMPERMETRE

           Bir elektrik düzeneğinde herhangi iki nokta arasındaki gerilimi ölçmek için kullanılan aygıta voltmetre denir.  ile gösterilir.

           Voltmetrenin uçları ölçülmek istenen noktalara paralel bağlanmalıdır. İç direnç çok büyük olduğundan, voltmetre üzerinden akım geçirmez. Bu nedenle seri bağlanmamalıdır.

           Ampermetre, elektrik düzeneğinde herhangi bir kesitten geçen elektrik akımını ölçmek için kullanılır. ile gösterilir.

           Devreye seri bağlanır. İç direnci çok küçük olduğundan uçları arasında potansiyel fark yoktur. Paralel bağlandığı devre elemanını kısa devre yaptırır.

           Harflendirme yaparken voltmetrenin uçları farklı, ampermetrenin uçları aynı harfle harflendirilir.

           Voltmetre devrenin karışık görünmesine neden olabilir. Voltmetrenin bulunduğu kol yok gibi düşünülebilir.