Elektrik Devresi

Elektrik devresi, direnç, kondansatör, iletim hatları, güç kaynağı, anahtarlar gibi bileşenlerden oluşan kapalı döngüler veya yollara verilen isimdir. Elektrik devresini ve içindeki akımın akışını anlamak için tüm bu bileşenler hakkında bilgi sahibi olmamız gerekmektedir.

Elektrik devresi hakkında kısaca bilgi edinmemiz bu döngüleri anlamamız için yeterli değildir. Bu yüzden elektrik devresinin tarihçesine kısaca göz atıp ardından elektrik devresi elemanları ve elektrik devresi çeşitleri gibi konulara değinerek konuyu detaylandıralım. Elektrik devresi fikri, ilk defa 1800 yılında Alessandro Volta, tarafından ortaya atılmıştır. Volta, tuz çözeltisi kaselerini metal şeritlerle bağlayarak sürekli bir elektrik akışı yaratabileceğini keşfetti. Daha sonra, voltaik yığınını, bir tuz çözeltisine batırılmış bakır, çinko ve kartondan oluşan alternatif disklerden yaptı. Bir kabloyu yukarıdan aşağıya bağlayarak, elektrik akımının devre boyunca akmasını sağladı. Elektrik devresinin tarihine kısaca göz attık. Özetle elektrik devresi, akımın aktığı kapalı döngüler veya yollara ifade ettiğini anlamış olduk.

Elektrik devreleri, ampul, tel (iletken) ve bir pil gibi çok basit elektrik devresi elemanlarından oluşabileceği gibi farklı görevleri yerine getirebilmesi için farklı bileşenler ilave edilerek genişletilebilir. Ancak elektrik devresi ister basit ister karmaşık bir yapıda olsun, görev olarak, elektrik akımını belirlenen yönde taşıyacak elemanlar topluluğundan oluşmaktadır. Kaynak, akımın başladığı başlangıç noktasıdır. Dönüş, bittiği noktalardır.

Elektrik ampulü, tel (İletken) ve pilden oluşan basit bir elektrik devresi tasarlayalım. Pilin bir ucunu (pozitif uç diyelim) ampulün artı kutbuna bağlarsak, ampulde hiçbir ışık göremeyiz ancak pilin diğer ucunu ampule bağlar bağlamaz, devre tamamlanır tamamlanmaz ampul yanmaya başlar. Akımın yalnızca kapalıysa elektrik devresinde aktığı bu tür devrelere, tam devreler denir.

Bir devrede tüm bağlantılar sabitlenmezse, devrede normal yöntemlerle söndürülemeyen bir yangına neden olabilir. Elektrik çarpmasına neden olabileceğinden, elektrik yangınını söndürmek için kesinlikle su kullanılmamalıdır.

Elektrik Devresi Çeşitleri

Günlük hayatımızda birçok elektrik devresi türü kullanılmaktadır. Elektrik devresi çeşitleri genel olarak AC devreleri ve DC devreleri olarak iki grupta incelenebilir.

1.      DC Devreler

DC devrelerinde, uygulanan uyarma sabit bir kaynaktır. Aktif ve pasif bileşenlerin kaynakla bağlantı türüne bağlı olarak, bir devre seri ve paralel devreler olarak sınıflandırılabilir.

a)      Seri Devreler

Birkaç pasif elemanın enerji kaynağına seri olarak bağlandığı devrelere, seri devreler denir. Bir seri devre için, her elemandan aynı miktarda akım akar ve voltaj bölünür. Seri devrede, elemanlar bir hatta bağlandığından, aralarında hatalı eleman varsa, komple devre açık devre görevi görür.

  • DC devrelerine bağlı bir direnç için terminallerindeki voltaj, içinden geçen akımla doğru orantılıdır, böylece voltaj ve akım arasında doğrusal ilişki korunur. Seri bağlı dirençler için toplam direnç, tüm direnç değerlerinin toplamına eşittir.
  • Seri bağlı kapasitörler için toplam kapasitans, tüm kapasitans değerlerinin karşılıklarının toplamına eşittir.
  • Seri bağlı indüktörler için toplam endüktans, tüm endüktans değerlerinin toplamına eşittir.

b)      Paralel Devreler

Paralel devrede, tüm elemanların bir terminali, kaynağın bir terminaline bağlanır ve tüm elemanların diğer terminali, kaynağın diğer terminaline bağlanır.

Paralel devrelerde, akım değişirken paralel elemanlarda voltaj aynı kalır. Paralel elemanlar arasında herhangi bir hatalı eleman varsa, devre üzerinde herhangi bir etkisi yoktur.

  • Paralel bağlı dirençler için toplam direnç, tüm direnç değerlerinin karşılıklarının toplamına eşittir.
  • Seri bağlı kapasitörler için toplam kapasitans, tüm kapasitans değerlerinin toplamına eşittir.
  • Seri bağlı indüktörler için toplam endüktans, endüktans değerlerinin tüm karşılıklarının toplamına eşittir.

2.      AC Devreler

AC devreler, uyarma elemanı bir AC kaynağı olan devrelerdir. Sabit olan DC kaynağının aksine, AC kaynağı düzenli aralıklarla değişken akım ve voltaja sahiptir. Genel olarak, yüksek güç uygulamaları için AC devreleri kullanılır.

a)      Direnç Kullanan Basit AC Devresi

Dirençten geçen alternatif akım için akım ve voltaj oranı, beslemenin fazına ve frekansına bağlıdır. Uygulanan voltaj zamanla sürekli değişecektir. Ohm yasası, herhangi bir zamanda dirençten geçen akımı hesaplamak için kullanılabilir.

Başka bir deyişle, t saniye zamanında, voltajın değeri v volt ise, akım şöyle olacaktır:

i = v/R

Burada R değeri her zaman sabittir.

Yukarıdaki denklem, akımın polaritesinin voltajın polaritesine bağlı olduğunu göstermektedir. Ayrıca, hem akım hem de voltaj aynı anda maksimum ve sıfır noktalarına ulaşır. Bu nedenle, bir direnç için voltaj, uygulanan akımla aynı fazdadır.

b)      Saf Endüktans Kullanan AC Devresi

Silindirik bir çekirdeğe sarılmış ince bir tel bobin, indüktör olarak bilinir. Çekirdek, bir hava çekirdeği (içi boş lamine) veya bir demir çekirdek olabilir. Alternatif akım indüktörden geçerken manyetik alan da değişir. Manyetik alandaki bu değişiklik, indükleyici boyunca indüklenmiş bir voltajla sonuçlanır. Lenz yasasına göre, indüklenen voltaj, içinden geçen akım akışına karşı çıkacak şekildedir.

Kaynak voltajının ilk yarı döngüsü sırasında, indüktör enerjiyi manyetik alan şeklinde depolar ve sonraki yarısında enerjiyi serbest bırakır.

İndüklenen EMF aşağıdaki gibi verilmiştir.

e=Ldi/dt

Burada, L kendi kendine endüktanstır.

Uygulanan giriş AC voltajı: v(t)=Vm Sinωt

İndüktörden geçen akım: I (t) = Im Sinωt

Olarak gösterilir.

Yani, indüktör üzerindeki voltaj şöyle olacaktır:

e=L di/dt=wLI_m coswt=wLI_m sin(wt+90)

Böylece, bir indüktör için voltaj, akımı 90 derece yönlendirir.

İndüktör tarafından direnç, reaktans olarak adlandırılır.

Bu nedenle, empedans veya direnç, bir indüktör için akımın değişim hızı ile orantılıdır.

c)      Kondansatörlü AC Devresi

Sabit bir DC beslemesi için, kapasitör plakaları uygulanan voltaja kadar şarj olur, bu yükü geçici olarak depolar ve ardından deşarj olmaya başlar. Bir kapasitör tamamen şarj olduğunda, plakalar doygun hale geldikçe akım akışını engeller.

Bir kondansatöre AC besleme voltajı uygulandığında, şarj ve deşarj hızı besleme frekansına bağlıdır. Kondansatör üzerindeki voltaj, içinden geçen akımı 90 derece geciktirir.

Kondansatörden geçen akım şu şekilde gösterilir.

e = Ldi/dt

Kapasitif reaktans şu şekilde ifade edilir.

e = Ld/idt

Bu nedenle, AC kaynağına empedans veya reaktans, besleme frekansı ile ters orantılıdır.

Elektrik Devresi Temel Elamanları

Elektrik devresi temel elemanları, enerji üretme yeteneklerine göre aktif ve pasif olmak üzere sınıflandırılır.

1.      Aktif Devre Elemanları

Aktif devre elemanları, enerji üretebilen elemanlardır. Örnekler arasında piller, jeneratörler, işlemsel yükselteçler ve diyotlar bulunur. Bir elektrik devresinde kaynak elemanların en önemlisi aktif elemanlardır.

Enerji kaynağı, ister voltaj ister akım kaynağı olsun, bağımsız ve bağımlı kaynaklar olmak üzere iki tiptir. Bağımsız kaynak örneği, terminallerden geçen akımdan bağımsız olarak devreye sabit bir voltaj sağlayan pildir.

Bağımlı kaynak örneği, uygulanan voltaja bağlı olarak devreye akım sağlayan bir transistördür. Başka bir örnek, terminallerine uygulanan diferansiyel giriş voltajına bağlı olarak voltaj sağlayan bir işlemsel yükselteçtir.

2.      Pasif Devre Elemanları

Pasif devre elemanları, içlerinden geçen elektron akışını kontrol edebilen elemanlar olarak tanımlanabilir. Voltajı arttırır veya azaltırlar. Pasif devre elemanlarından bazılarına göz atalım.

  • Direnç: İçinden geçen akımın akışına karşı çıkar. Doğrusal bir devre için, direnç üzerindeki voltajın, içinden geçen akımla doğru orantılı olduğunu, oransal sabitin direnç olduğunu belirten Ohm yasası uygulanabilir.
  • İndüktör: Enerjiyi elektromanyetik alan şeklinde depolar. İndüktör üzerindeki voltaj, içinden geçen akımın değişim hızıyla orantılıdır.
  • Kondansatör: Enerjiyi elektrostatik alan şeklinde depolar. Kondansatör üzerindeki voltaj, şarj ile orantılıdır.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here