Elektrik Devreleri

Temel olarak elektrik akımının izlediği yola devre adı verilir. Devre üzerinde birçok bileşen olabilir veya sadece bir üreteç ve iletkenden kurulu düzenek de elektrik devresi kabul edilebilir.

Elektrik Akımı, Potansiyel Farkı ve Direnç İlişkisi

Akım ampermetre ile, potansiyel fark ise voltmetre ile fiziksel olarak devreye kendilerine has kurallar ile bağlanarak ölçülebilir. Ölçülebilen iki büyüklüğün ilişkisi de OHM yasası sayesinde direnç ile ilişkilendirilebilir.

Voltmetre

Bir elektrik devresinde herhangi iki nokta arasındaki potansiyel farkı (gerilimi) ölçmek için kullanılan aygıta voltmetre denir. Voltmetrenin uçları ölçülmek istenen noktalara paralel bağlanmalıdır. Çünkü iç direnci çok büyük olduğundan, voltmetre üzerinden akım geçmez.

Voltmetrenin bağlandığı kollar aşağıdaki şekilde olduğu gibi görmezden gelinebilir. Devreden silinip akım ya da direnç hesabı yapılabilir.

Ampermetre

Ampermetre devreden geçen akım şiddetini ölçer. Bu yüzden akımın geçiş yoluna seri olarak bağlanmalıdır. İç direnci çok düşük olduğundan sıfır kabul edilir. Ampermetre paralel bağlandığında devre elemanına kısa devre yaptırır. Bunun anlamı paralelinde bağlı devre elemanının yerine direncin olmadığı ampermetre üzerinden geçmesidir.

Direncin maddenin boyutu ve sıcaklığı ile değiştiğini anlattık o halde dirençte değişim yapamadığımız durumda akımı nasıl kontrol edebiliriz. Bunu aşağıdaki devrede gözlemlersek. Direncin uçları arasına uygulanan potansiyel fark arttıkça akım da artar. Yani potansiyel fark ile akım doğru orantılıdır.

Ohm Yasası

Eğer aynı gerilimi iki farklı dirence uygular isek büyük dirençten küçük akım, küçük dirençten büyük akım geçer. Bu da demek oluyor ki direnç ile akım şiddeti ters orantılıdır.

Aşağıda bağıntı direnç, akım, potansiyel fark arasındaki ilişkiyi açıklar ve Ohm yasası denir.

• ΔV: İletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı ( )
• I : İletkenden geçen akım şiddeti (A)
• R : İletkenin direnci ( Ω )

Bu denklemi aşağıdaki grafik üzerinde incelersek eğimin tüm doğru boyunca sabit olması direncin sabit olduğu anlamına gelir ve akım değişimi potansiyel fark ile ilişkilidir.

Eğim=

Dirençlerin Bağlanması

Bir elektrik devresine bağlı olan bütün dirençlerin yerine geçen dirence eşdeğer direnç denir. Eşdeğer direnç, devrelerin seri veya paralel bağlı olması durumunda aşağıdaki gibi hesaplanır.

Seri Bağlama

• Dirençler ()şekildeki gibi seri bağlandığında ve aynı akım yolu üzerinde dizildiklerinde her dirençten geçen akım aynı olur.

Devrenin uçları arasındaki toplam potansiyel (V); her bir direncin uçları arrasındaki potansiyelin toplamına eşittir.

• tür.
• den aşağıdaki eşitlik yazılır.

Seri bağlı dirençlerden aynı akım geçeceğinden direnci büyük olanın potansiyeli de büyüktür. (V=iR formülünden)

Paralel Bağlama

Her bir direnç uçları arasındaki potansiyel, devrenin uçları arasındaki potansiyele eşittir.

Ana koldan geçen akım her bir dirençten geçen akımların toplamına eşittir.

• den
• olur.
• Eğer iki direnç paralel bağlı ise formülü şu şekilde kısaltabiliriz.

NOT:

• Eşdeğer direnç en küçük dirençten daha küçüktür.
• Paralel bağlı dirençlerde V ler eşit olduğunda küçük dirençten büyük akım geçer.

Karmaşık Bağlı Dirençler

Devrede karmaşık bir yapıda birden fazla paralel ve seri bağlanmış direnç veya paralel bağlı dirençlerin yanına seri bağlı dirençler varsa, devredeki en küçük birimin eşlenik direnci bulunur ve bu şekilde iç içe geçen devrenin basitleştirilmiş eş devresi oluşturulur.

Üreteçler

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

İletkende akımın sürekli olabilmesi için iletkenin uçlarına bir potansiyel farkı uygulanması gerekir. İletkenlerin iki ucu arasında potansiyel farkı oluşturarak sürekli elektrik alan meydana getiren pil, akümülatör (akü), jeneratör ya da dinamo gibi kaynaklara elektromotor kuvvet kaynağı (emk kaynağı) ya da üreteç adı verilir.

Elektrik devresinde birim yükün devreyi dolaşabilmesi için üretecin yaptığı işe elektromotor kuvveti (emk) denir. Pil ve akü gibi üreteçlerde gerçekleşen kimyasal reaksiyon sonucunda pilin bir kutbundaki madde elektron kazanarak eksi, diğer kutbundaki madde de elektron kaybederek artı yüklü duruma geçer. Yani kimyasal enerji, elektronların enerji kazanmasını sağlayarak pilin iki kutbu arasında potansiyel farkı oluşmasına neden olur. Bir üretecin emk’si, elektromotor kuvvet kaynağı tarafından birim yük başına yapılan iş olarak tanımlanır. Elektromotor kuvvetinin birimi joule/coulomb (J/C) veya volttur. Emk, ε (epsilon) sembolü ile gösterilir. Üreteçler elektrik devresinde biri artı kutbu temsil eden uzun ve diğeri eksi kutbu temsil eden kısa iki çizgiyle gösterilir.

Seri Bağlı Üreteçler

Üreteçlerden birinin (+) kutbu diğerinin (-) kutbuna gelecek şekilde yapılan bağlanmaya denir. Aynı koldan aynı yönde akım veren üreteçlerdir.

Toplam emk seri bağlı üreteçlerin emk ları toplamına eşittir. ε_T = ε₁ + ε₂+ε₃

Toplam direnç; R_T = R + r₁ + r₂ + r₃ şeklindedir üreteçlerin iç direnci de hesaba katılır. Eğer devredeki üreteçlerin iç dirençleri yok ise r_1,2,3.. değerleri 0 alınır.

Devre yapılan hesaplarla aşağıdaki şekli alır

Devreden geçen akım şiddeti den

olur.

Üreteçlerin iç direnci yok ise olur.

• Üstteki denklikten anlaşılacağı üzere birbirine bağlı seri üreteç sayısı arttıkça devrenin toplam gerilim değeri ve devreden geçen akım şiddeti artar.
• Bu durumda devrede direnç yerine lamba olsaydı aynı oranda parlaklığı artış gösterirdi.
• Seri bağlı pillerde devreden geçen toplam akım şiddeti, her pil üzerinden geçen akım şiddetine eşittir.
• Seri pillerde herhangi biri arızalanır ise devre çalışmaz.

Paralel Bağlı Üreteçler

Üreteçlerin (+) kutupları bir noktaya, (-) kutupları da başka bir noktaya bağlanır.

Paralel bağlı üreteçlerin potansiyel farklarının birbirine eşit olması gerekir. Aşağıdaki görselde her bir üretecin eşit olması gerekir. Paralel bağlı üreteçlerde toplam emk bir üretecin emk sı kadardır.

ε_T=ε

• Toplam direnç;
• ve n=üreteç sayısı
• Devreden geçen akım; den
• olur.
• Pillerin iç dirençleri önemsiz ise şeklinde yazılır.

• Paralel bağlı üreteç sayısı arttırıldığında yukarıdan da anlaşılacağı üzere akım şiddeti sabit kalır ve eğer devrede direnç yerine lamba olsaydı parlaklığı da değişmezdi.
• Artırılan paralel pil sayısı ve sabit kalan ana akım şiddetinden dolayı pillerden çekilen akım aynı oranda azalır.
• Paralel üreteçlerden biri arızalanır ise devre çalışmaya devam eder ve devreden bir pil çıkarılmış gibi davranır. Ana koldaki akım değişmezken pillerden çekilen akım artar.

Ters Bağlı Üreteçler

Üreteçlerin aynı cins kutuplarının birbirine bağlanarak elde edilen bağlanma şeklidir. Bir devrede birden fazla emk varsa akımın yönü emk sı büyük olan üretecin(+) kutbundan çıkarak devreyi dolanır.

Aşağıda 3 farklı durum incelenmiştir ve sonuçlar yazılmıştır.

I. Durum

• ise akımı şekildeki yönde olur

II. Durum

• ise devre akımı şekildeki yönde olur

III. Durum

olur. Bu durumda devrenin kapalı bir kolundaki emk ların toplamı sıfır ise devreden akım geçmez.

Pillerin Ömrü

Pillerin tükenmesi oksitlenme kaynaklıdır. Oksitlenme kimyassal reaksiyon sürecinde ortaya çıkan iyonların pil içindeki pozitif yüklü elektrotların üzerine çözünmüş metal artıkları bırakmasıdır. Pillerden çekilen akım arttıkça oksitlenme miktarı da artacağından pilin ömrü kısalır.

Dolayısıyla pilden çekilen akım artar ise pil ömrü azalır.

• Seri bağlı üreteçlerde devreden geçen akım şiddeti üreteç sayısı ile doğru orantılıdır. Seri bağlı üreteç sayısı arttıkça akım şiddeti artar ve piller kısa sürede tükenir.
• Paralel bağlı üreteç sayısı arttıkça her bir üreteçten çekilen akım azalır ve sonuç olarak pillerin ömrü uzar.

Üretecin ömrünü yapıldığı malzemelerde etkilemektedir. Kullanılan malzemenin kalitesi ve cinsi oksitlenmeyi etkileyerek pil ömrünü değiştirir.