Temel Kavramlar

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Temel Elektronik Dersleri 1.Hafta Temel Kavramlar

ELEKTRİK ENERJİSİ

Elektrik enerjisi tıpkı mekanik enerji veya ısı enerjisi gibi bir enerji biçimidir. Mekanik enerjinin kuvvet ve yol, ısı enerjisinin sıcaklık ve ısıl kütle gibi çarpanları varsa elektriğin de gerilim ve elektrik yükü gibi çarpanları vardır.

Kuvvet x Yol = Mekanik Enerji
Sıcaklık x Isıl Kütle = Isı Enerjisi
Gerilim x Elektrik Yükü = Elektrik Enerjisi

Enerji çeşitleri olarak:

1- Potansiyel enerji.
2- Mekanik yada kinetik enerji.
3- Termik enerji veya ısı enerjisi.
4- Kimyasal enerji.
5- Elektrik enerjisini,

sayabiliriz

Elektrik enerjisinin aşağıda sıralanan özellikleri vardır;

1- Diğer enerji çeşitlerine dönüştürülmesi kolaydır.

2- Taşınması, dağıtımı kolaydır.

3- Enerji dönüşüm verimi yüksektir.

4- Elektrik enerjisi kullanımı, gelişmişliğin bir göstergesidir.

ELEKTRİK YÜKÜ

Elektrikli bir cismin üzerinde bulunan ve elektriğin değerini belirten büyüklüğe “elektrik miktarı” yada “elektrik yükü” adı verilir. Elektrik yükü Q harfi ile, elektron ve protonun taşıdıkları yük ise e harfi ile gösterilir.

Elektrik yükünün birimi 1 Coulomb (kulon) olup, bu da 6,24 . 1018 elektronun veya protonun yükleri toplamına eşittir. Coulomb birimi kısaca C ile gösterilir.

ELEKTRİK AKIMI

Elektrik yüklü parçacıkların yönlü hareketlerine “elektrik akımı” adı verilir. Elektrik yüklü parçacıkları iletkenlerde serbest elektronlar oluşturur.

Elektrik akımının meydana gelebilmesi için sadece elektrik yüklü parçacıkların bulunması yeterli olmayıp bunlara hareketi sağlayacak kuvvetlerin etki etmesi gerekir

Elektrik yükünü birimi C ve zaman birimi de saniye olduğundan akım şiddetinin birimi;

I = Q/t’den 1 C/sn.

bulunur. Bu birime Amper adı verilir ve A harfi ile gösterilir.

1 A = C / sn
1 C = 1 Asn

Bu eşitliklerden; bir telden 1 saniyede 1 C geçtiği takdirde akım şiddetinin 1 A olacağı anlaşılır.

ÜRETEÇ – ELEKTRİK DEVRESİ

Şekil 1 – Elektrik Akımı

Pozitif ve negatif elektrikle yüklü iki cisim bir iletken ile birleştirilirse; negatif cismin üzerinde bulunan fazla elektronlar pozitif tarafa hareket eder. Böylece iletkenden kısa süreli bir akım geçer (Şekil 1).

Elektrik akımı, her iki cisim nötr hale gelinceye kadar, yani negatif cismin üzerindeki fazla elektronların hepsi pozitif cismin üzerine geçinceye kadar devam eder. Akımı sürekli hale getirmek için “üreteç” veya “akım kaynağı” adı verilen elemanlar kullanılır.

Üreteç herhangi bir enerji şeklini elektrik enerjisine çevirerek elektrik akımının oluşmasını sağlar. Diğer bir deyişle; Üreteç elektrik gücü üreten bir kaynaktır. Üreteçlere örnek olarak piller, akümülatörler ve jeneratörler verilebilir. Piller ve akümülatörler kimyasal enerjiyi, generatörler ise mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir.

Elektrik devrelerini oluşturan üreteç, pil, anahtar, lamba , vb. malzemeler “elektrik devre elemanları” olarak isimlendirilir ve Şekil 3`deki semboller ile gösterilir..

Şekil 2 Elektrik Devre Elemanları

ELEKTRİK AKIMININ YÖNÜ

Elektrik akımı, potansiyelleri farklı iki noktanın potansiyeli eşit olacak yönde yüklerin hareketi olarak açıklanır. Akım için kabul edilen yön; potansiyeli büyük olan noktadan, potansiyeli küçük olan noktaya doğrudur. Bu durumda akım yönü olarak (+) yüklerin hareket yönü referans alınır. Buna karşılık, iletkenlerde elektrik yüklerinin taşınmasında elektronlar kullanılır ve yükler elektronlar tarafından taşınır. Bu durumda, akımı teşkil eden elektrik yüklerinin hareket yönü negatif yüklerin hareket yönüdür. Bu da akım yönünün (+) yükten (-) yüke olarak kabul edilmesine neden olur.

Sonuç olarak; elektrik akımı için elektronların hareketi referans alınarak akım yönü (+)`dan (-)`ye doğrudur denebilir.

Şekil 3 – Elektrik Devresi

ELEKTRİK AKIMININ ŞİDDETİ

Bir borudan geçen su, borunun herhangi bir kesitinden zaman biriminde geçen su miktarı ile (litre veya kilogram cinsinden) belirtir. Aynı şekilde bir iletkenden geçen akım da iletkenin herhangi bir kesitinden zaman biriminde geçen elektrik miktarı ile karakterize edilir. Akım şiddeti adı verilen bu büyüklük I veya i ile gösterilir. “I” zamana göre değişmeyen akımlar için ve “i” ise zamanla herhangi bir fonksiyonuna göre değişen akımlar için kullanılır. İletkenin herhangi bir kesitinden “t” zamanında geçen “Q” elektirk yükünün akım şiddeti,

I = Q / t

formülü ile bulunur.

Akım zamanla değiştiği takdirde

i = dQ / dt

Burada “dQ” çok küçük bir “dt” zamanında iletkenden geçen elektrik miktarını göstermektedir.

Elektrik sistemlerinde ve elektronik devrelerde karşılaşılan akım şiddetleri çok geniş sınırlar arasında değişmektedir. Bu nedenle, küçük akımları ölçmek için mA (miliamper) ve µA (mikroamper) birimleri kullanılır.

Büyük akımları ifade etmek için ise; kA (KiloAmper) birimi kullanılır.

AKIM ÇEŞİTLERİ

Elektrik akımını zamana göre değişim şekli bakımından aşağıdaki gibi sınıflandırmak mümkündür.

Doğru Akım

Yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen akıma, “doğru akım” adı verilir. Doğru akımlar, piller, aküler ve doğru akım jeneratörlerinden elde edilir (Şekil 4).

Şekil 4 – Doğru Akım

Şiddeti zamanla periyodik olarak değişen, yani belli zaman aralıklarında aynı değeri alan doğru akıma “periyodik doğru akım” adı verilir. Redresörler (doğrultucular) ile elde edilen akımlar bu cinstendir (Şekil 5).

Şekil 5 – Periyodik Doğru Akım

A.11.2 – Alternatif Akım

Zamana göre yönü ve büyüklüğü değişen akım, “alternatif akım” olarak isimlendirilir. Alternatif akımların pratik bakımdan en önemli olanı zamana göre, sinüs veya cosinüs fonksiyonlarına göre değişen akımdır. Böyle bir akıma sinüsoidal akım adı verilir (Şekil 6). Alternatif akımlar generatörler vasıtası ile elde edilir.

Şekil 6 – Alternatif Akım

Alternetif akımlarda, akımın başlangıç noktasından başlayıp alabileceği en yüksek değeri aldıktan sonra “0” değerine düşmesi ve aynı işlemi ters yönde (negatif yönde” yapması için geçen süre, “periyod” olarak isimlendirilir. Alternetif akımlarda periyod süresi T harfi ile gösterilir.

1 saniyedeki periyod sayısına “frekans” adı verilir ve f ile gösterilir.

Periyod “s” ile ve frekans ise 1/s veya peryod / s ile ölçülür. 1/s birimine Hertz adı verilir. Yüksek frekansları ölçmek için kHz (kilohertz) ve Mhz (megahertz) birimleri kullanılır.

Avrupa’da ve ülkemizde standart şebeke frekansı 50 Hz’dir.