Temel Elektronik Serisinde bu sefer en temelden başlayarak sizlere akım, gerilim, direnç, güç, AC/DC, seri/paralel bağlama gibi temel elektrik kavramlarını öğreniyoruz.

Elektrik Nedir?

Elektrik, yüklü parçacıkların hareketi ile ilgili olan fiziksel olaylara verilen genel isimdir. Elektrik, bildiğimiz anlamda iletken maddelerin akım iletmesi ile ilgili olabileceği gibi, statik elektrik, radyo dalgaları (elektromanyetik dalgalar) ve yıldırım gibi daha farklı fiziksel fenomenler (olaylar) da elektrik ile ilgilidir.

Statik Elektrik:

Statik elektrik, herhangi bir maddenin yüklü parçacıklarının yüzey veya  içerisinde dengesiz şekilde dağılması sebebiyle oluşur. Bu durum, elektrik alan oluşmasına sebep olur.

Madde içerisinde yer alan bu parçacıklar, bir elektrik akımı oluşturma eğilimindedirler. Fiziksel olarak iletken bir madde ile bu yükler hareket etme imkanı bulmadıkları sürece bu elektrik alan varlığını sürdürür. Eski tipte tüplü ekrana sahip bir televizyona sahip olduysanız ne demek istediğimi heralde anlamışsınızdır 🙂

İletken ve Yalıtkan Maddeler:

Öncelikle elektrik kavramından başlayalım. Elektrik, yüklü parçacıkların hareketidir. Bu hareket iletken maddeler üzerinde gerçekleşebilir. Metallerin iletken olduklarını biliyoruz. Buna karşılık elektrik akımını taşıyacak serbest elektronlara sahip olmayan maddelere yalıtkan maddeler denir.

Elektrik Devresi:

Elektrik devresi; direnç, kapasitör, transistör, anahtar, üreteç v.b. devre elemanlarının birbirine bağlanarak oluşturdukları sisteme verilen addır.

Basit elektrik devresi

Elektrikli her cihaz çalışabilmek için bir elektrik enerjisine ihtiyaç duyar. Bu enerjiyi ya priz aracılığıyla şebeke üzerinden, ya da bir bataryadan/adaptör üzerinden alır. Çoğumuz ülkemizde şebekenin 220 Volt olduğunu, pillerin ise kalem pil, 9V, LiPo gibi farklı çeşitleri olduğunu biliyoruz. Şebeke geriliminin AC, pil ve adaptörlerin ise DC olduğunu da biliyoruz. Fakat “Volt” neyi ifade ediyor?

Elektrik Gerilimi Nedir?

Elektrik gerilimi, akımın oluşması, yani elektronların hareketi için gerekli olan elektrik alan kuvvetidir. Elektrik akımın “akmasını” yani oluşmasını sağlar. Birimi Volt’tur. V harfi ile gösterilir.

Şahsi olarak “gerilim” gibi bir Türkçe karşılığı varken “voltaj” kelimesinin kullanılmasına son derece karşıyım 🙂

Kavramları daha kolay anlayabilmek adına elektrik enerjisinin su ile benzerliğini kurmaya çalışırsak, gerilimi (Volt) su seviyesinin yüksekliği olarak düşünebiliriz. Su yüksekliği ne kadar fazla olursa, akış o kadar şiddetli olacaktır. Yani gerilim yükseldikçe akacak olan akım şiddeti o kadar artacaktır.

Kısaca özetlemek gerekirse, gerilim (voltaj), elektrik akımını itme gücü olarak tanımlanabilir.

Gerilim voltmetre ile ölçülür. Voltmetre ölçüm yapılacak devre elemanına paralel olarak bağlanır.

Güç kaynağı seçimi yaparken, devremizin çalışacağı gerilime uygun bir kaynak kullanmamız gerekir. Örneğin 6V motorlara sahip bir robotumuz olduğunu düşünelim. Bu robotu çalıştırmak için 6V gerilim sağlayabilen bir adaptöre veya bataryaya (örneğin 4 adet kalem pil) ihtiyacımız olacaktır.

AC/DC:

AC, İngilizce bir kısaltma olan alternating current (alternatif akım) anlamına gelmektedir. İsmini, akımının belirli bir periyot ile pozitif ve negatif arasında değişmesinden almaktadır.

Sinüs dalgası.

Santrallerde üretim ve dağıtım sürecinden evlerimize kadar gelen şebeke elektriği, kayıpları önlemesi sebebiyle alternatif akım şeklinde kullanılmaktadır.

DC ise, yine İngilizce direct current (doğru akım) kelimelerinin kısaltmasından oluşur. Kalem piller, şarj aletleri, güneş panelleri ve daha bir çok elektrikli cihazın çıkışı DC’dir. Bilgisayar, cep telefonu, uzaktan kumandalar, Çoğu elektronik cihaz, şebeke gerilimi olan 220V AC’den çok daha düşük gerilimler ile çalıştığından adaptörler ile prizden aldığımız 220V AC gerilimi uygun DC gerilime çevirerek kullanırız.

Güç Kaynakları:

Yukarıda bahsetmiş olduğum gibi, DC güç kaynaklarına örnek olarak pilleri ve adaptörleri düşünebiliriz. Bunun yanı sıra, AC güç kaynağı olarak genellikle 220V şebeke gerilimini kullanırız. Bazı durumlarda ise bir transformatör kullanarak AC gerilmi yükseltmemiz veya alçaltmamız mümkündür.

Transformatör (trafo)

Elektrik Akımı Nedir?

Elektrik akımı, potansiyel fark (gerilim) etkisi sonucunda iletken bir madde üzerinden elektrik yüklerinin hareketi olarak tanımlanabilir. Hareket eden yükler, madde içerisindeki elektronlardır. Birimi Amper’dir (A). Denklemlerde I harfi ile ifade edilir.

Elektrik devrelerinde asıl işi yapan akımdır. Gerilim akımın akmasını sağlar. Devremizi besleyecek olan pili veya güç kaynağını seçerken devrenin çekeceği en yüksek akımı düşünmemiz gerekir. Gerilimden bahsederken verdiğimiz robot örneğini yine düşünecek olursak, 6V ile çalışan robotumuzun en yüksek durumda 1A akım çekeceğini varsayalım. Bu durumda en az 6V 1.5A akım verebilen bir adaptör veya pil kullanmamız gerekecektir. Adaptörümüzün verebileceği akımın yüksek olması bizim için bir sorun değildir, robotumuz ihtiyacı olan 1A akımı çekecek, adaptör ise bu değeri rahatlıkla karşılayabilecektir. Yani eğer istersek 6V 10A bir güç kaynağı da kullanabiliriz, sadece maliyet ve güç kaynağının boyutu artacaktır.

Akım, ampermetre ile ölçülür. Ampermetre devreye seri olarak bağlanır.

Elektriksel Güç:

Elektriksel güç, başlı başına ayrı bir konu olduğu için bu yazının kapsamını aşmamak adına çok basit şekilde değineceğim. Diğer tüm fiziksel birimlerde olduğu gibi elektrikte de güç, birim zamanda yapılan enerji miktarını ifade eder. SI sisteminde gücün birimi watt (W)’tır. Gücü çok basit şekilde devremizin çektiği akım ile gerilimi çarparak bulabiliriz.

P = I x V

P: Güç, I: Akım, V: Gerilim

Ohm Yasası ve Direnç:

Elektrik akımını aktarmak için iletken kablolar kullanıyoruz. Yine su örneğinden gidecek olursak, kabloları su taşıyan borular olarak hayal edebiliriz. Bu boruların çapı daraldıkça akacak olan suyun daha zorlanacağını tahmin edebiliriz. Elektriksel anlamda direnç aynı bu etkiyi göstermektedir. Elektrik akımına karşı oluşan etkiye direnç denir. Birimi Ohm’dur. Sembolü Ω (büyük omega)’dır. Denklemlerde harfi ile ifade edilir.

Direnç ohmmetre ile ölçülür. Ohmmetre, devreye paralel bağlanır.

Piyasada akım ve gerilim ölçmek için satılan cihazlar genellikle multimetre veya avometre (amper, volt, ohm metre) ismiyle anılır; ve isimlerinden de anlaşılabileceği gibi akım, gerilim ve direnç ölçme işlemlerinde kullanılabilirler.

Ohm yasası, bir devre elemanının geriliminin (V), üzerinden geçek akım (I) ve direnci (R) ile doğru orantılı olacağını söyler:

V = I x R

Bir örnek ile açıklayalım. Elimizde bir adet ampul ve bir adet 9V pil var. Ampulü 9V ile çalıştırabileceğimizi biliyoruz. Fakat ne kadar akım çekeceği konusunda herhangi bir fikrimiz yok. Akımı hesaplamak için ampulün direncini ölçeriz. 9V pil ile çalıştırdığımız için gerilim değerini -yani 9’u- ampulün ölçmüş olduğumuz direnç değerine bölerek akım değerini bulmuş oluruz. Hatta pilimizin kapasitesini mAh cinsinden biliyorsak, devreniz ne kadar süre açık kalabileceğini de hesaplayabiliriz.

Dirençler Hakkında Çok Daha Detaylı Bilgiye Ulaşmak İçin Direnç Yazımızı Okuyun. Direnç Nedir? Direnç Renk Kodları, Hesaplama ve Çeşitleri

Elektrik Devrelerinde Paralel ve Seri Bağlama:

Ölçü aletlerinin bağlantılarında da öğrendiğimiz üzere, elektrik devrelerinde yer alan iki uçlu elemanlar paralel veya seri olmak üzere iki farklı şekilde bağlanabilirler.

Paralel Bağlantı: İki uçlu devre bir devre elemanının her iki ucunun bir başka iki uçlu devre elemanına ait iki farklı uç ile birleştirilmesi ile elde edilen bağlantı yöntemidir.

Paralel bağlantı.

Seri Bağlantı: İki uçlu bir devre elemanının bir ucunun diğer bir iki uçlu devre elemanının sadece bir ucu ile bağlanması ile elde edilen bağlantıdır.

Seri bağlantı.

Kısa Devre/Açık Devre Nedir?

Elektrik akımı devrede her zaman için en az direnç olan yolu takip etme eğilimindedir. Devrede herhangi bir şekilde devre elemanları arasında normal dışı bir bağlantı olması durumunda kısa devre gerçekleşir.

Kısa devrenin gerçekleşmesinin temel sebepleri, ters kutuplu bağlama (örneğin pili ters takma), açık uçlu ve izolasyonu zedelenmiş kablolar ve bağlantı hatalarıdır.

Sigorta Nedir?

Kısa devre durumunda çoğunlukla devrenin herhangi bir hattından aşırı miktarda akım geçeceği için, bu durumu engellemek amacıyla sigorta kullanılır. Sigortalar, üzerlerinden aşırı miktar akım geçtiği durumda fiziksel olarak devreyi açık devre haline getirerek aşırı akımdan oluşabilecek durumların engellenmesini sağlar.

Farklı tipte sigortalar

Açık devre ise, birbirine bağlanması gereken devre elemanlarının bir sebepten ötürü aralarındaki bağlantının kopması ile gerçekleşir.

Elektrik Devrelerinde Anahtarlama:

Devremizi çalıştırmak ve durdurmak için anahtar isimli devre elemanları kullanılır. Çalışma şekillerine göre push-buton, ON-OFF anahtar, toggle anahtar gibi çeşitleri bulunurken, anahtar yerine kullanılabilecek kontaktör, röle veya transistör gibi devre elemanları da kullanılabilir.

Push-buton
On-Off anahtar

 

 

Röle

 

Transistör

CEVAP VER