Elektrik Nedir Ne Zaman Kim Tarafından İcat Edildi Kısaca

elektrik, durağan ya da devingen yüklü parçacıkların yol açtığı fiziksel olgu. Elek­trik yükü, maddenin ana niteliklerinden biridir ve temel parçacıklardan kaynaklanır. Elektrik olgusunda rol oynayan temel par­çacık, yükü negatif işaretli olan elektron­dur. Elektriksel olgular çok sayıda elektro­nun bir yerde birikmesiyle ya da bir yerden başka yere hareket etmesiyle ortaya çıkar.

TARİHİ

Elektriğe ilişkin olarak gözlenen ve incele­nen ilk olgu, durağan yüklerin oluşturduğu statik elektriklenmedir. Eski Yunanlılar, kehribarın bir kürk parçasına sürtülmesi sonucunda kuştüyü gibi hafif cisimleri çek­me özelliği kazandığını gözlemişlerdi. Elek­trik sözcüğünün kaynağı “kehribar” anlamı­na gelen Yunanca elektron sözcüğüdür. Elektriği ciddi olarak inceleyen ilk bilim adamı olan William Gilbert, 16. yüzyılın sonlarında, statik elektrikle magnetizma arasındaki ilişki üzerinde araştırmalar yaptı. Benjamin Franklin 1752’de gerçekleştirdiği ünlü uçurtma deneyiyle yıldırımın bir elek­trik olgusu olduğunu gösterdi. Elektrik yüklerinin artı ve eksi olarak belirlenip adlandırılmasını da Franklin gerçekleştirdi.

  1. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, madde­ler, elektriksel özellikleri açısından iki te­mel sınıfa ayrılıyordu: Sürtünme sonucunda pozitif ya da negatif bir yüzey yükü kazanan ve bu yükü saklayan yalıtkanlar ile sürtün­meyle elektriklenme özelliği göstermeyen, ama elektriklenmiş bir yalıtkandaki yükü başka bir noktaya iletebilen ve çoğunu metallerin oluşturduğu iletkenler, iletken bir cismin, çevresinden yalıtılmış durum­dayken, elektrik yükünü saklayabildiği de gözlenmişti (bir yahtkanda yüzey yükü oluş­masının nedeninin, atomlarının dış katman­larından birer elektron kaybederek net pozitif yüklü duruma, ya da birer elektron kazanarak net negatif yüklü duruma gelme­leri olduğu bugün bilinmektedir). 1767’de Joseph Priestley, elektrik yüklerinin birbir­lerini, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak çektiklerini buldu. Elektro­statiğin bir bilim olarak gelişmesine Henry Cavendish, Charles-Augustin de Coulomb ve Siméon-Denis Poisson önemli katkılarda bulundu.
  2. yüzyılın başında İtalyan fizikçi Ales­sandro Volta, elektrik pilini icat etti; başka araştırmacılar bu buluşu geliştirdi, böylece pratik bir elektrik akımı kaynağı elde edil­miş oldu. Pilin icadını izleyen 20 yıl içinde elektrik akımı ile statik elektriğin aynı olgunun farklı görünümleri olduğu ortaya çıkarıldı. 1807’de Sir Humphry Davy, eri­miş potastan oluşan bir elektrolitten elek­trik akımı geçirerek potasyum metalini ayırmayı başardı. Bu alandaki araştırmalar, elektrikli kaplama, elektrolitik arıtma ve elektrokimya sanayisinin öteki yöntemleri­nin geliştirilmesine yol açtı. Davy, 1808’de elektrik akımı taşıyan iki kömür elektrotu birbirinden ayırarak bir ark oluşturmayı başardı ve böylece elektriğin ışık ya da ısı enerjisine dönüşebileceğini gösterdi. 1820’de Hans Christian 0rsted, içinden elektrik akımı geçen bir iletkenin yakının­daki bir mıknatıs iğnesinin saptığını gözlem­leyerek, elektrik akımının iletken çevresin­de bir magnetik alan oluşturduğu sonucuna vardı. 1831’de Michael Faraday bunun tersi olan olguyu, yani bir magnetik alanın, içinde hareket eden bir iletkende bir elek­tromotor kuvvet indüklediğini buldu. Bu buluş, dinamo, elektrik motoru ve transfor­matörün geliştirilmesine yol açtı. James Clerk Maxwell’in 1864’te yayımladığı alan denklemleriyle, elektrik, magnetik ve optik olguları elektromagnetizma adı verilen tek bir evrensel olguda birleştirmesi, 19. yüzyıl biliminin en önemli başarısını oluşturdu.

Elektriğin laboratuvar duvarlarını aşıp sa­nayideki ve günlük yaşamdaki yerini alması süreci 19. yüzyılın ikinci yarısında başladı. 1873’te Zenobe-Theophile Gramme, elek­trik enerjisinin havai hatlar aracılığıyla et­kin bir biçimde iletilebileceğini gösterdi. Thomas A. Edison’m 1879’da akkor lamba­yı icadı ve ilk elektrik üretim merkeziyle dağıtım şebekesini 1881’de New York’ta kurması, elektrik enerjisinin evlerde ve sanayide yaygın olarak kullanılmasının baş­langıcı oldu. Telgraf ve telefonun bulunma­sıyla, elektrik, iletişim alanına etkin olarak girdi.

1895’te Sir Joseph John Thomson’un elek­tronu bulması, 1904’te diyotun, 1907’de de triyot lambanın icadı, elektroniğin ayrı bir bilim dalı olarak gelişmesinin başlangıcı oldu.

ELEKTROSTATİK

Durağan elektrik yüklerinin, bu yükler arasında etkiyen kuvvetlerin ve bir elektrik yükü çevresinde oluşan ve başka elektrik yükleri üzerinde kuvvet etkiyen bölge ola­rak tanımlanan elektrik alanlarının incelen­mesi, elektrostatiğin konusunu oluşturur. Elektrik yükü yalnızca büyüklüğü olan, doğrultusu ve yönü bulunmayan (skaler) bir niceliktir. Buna karşılık, kuvvet ve elektrik alanı, büyüklüğü, doğrultusu ve yönü olan (vektörel) niceliklerdir.

COULOMB YASASI. İki cisim birbirine sür­tülür ve sonra birbirinden ayrılırsa, özellikle kuru havada ve sürtülen cisimlerin farklı maddelerden yapılmış olması durumunda, bu iki cisim arasında bir çekme kuvvetinin varlığı gözlenebilir. Bu durumda, bu cisim­lerin elektriklenmiş olduklarından söz edi­lir. Elektriklenmiş iki cisim arasındaki çek­me kuvveti, bunlar birbirinden uzaklaştırıl­dığında hızla azalır. Aynı maddeden yapıl­mış iki cisim (örn. iki plastik çubuk) bir başka cisme (örn. kuru bir ipek mendil) sürtülürse, çubukların birbirini ittiği, ama ipek mendili çektiği gözlenir. Böylece elek­triklenmenin hem itme, hem de çekme kuvvetlerine yol açtığı anlaşılır. Elektriklen­miş cisimler arasında hem itme, hem de çekme kuvvetinin var olabilmesi, artı ve eksi elektrik olarak anılan iki tür elektriğin varlığına işaret eder. Aynı işaretle elektrik­lenmiş cisimler birbirini iter, farklı işarette olanlar ise çeker. Bir cisimdeki elektriklen­me, değme yoluyla bir başka cisme geçebi­lir; aynı cisme dokundurulmak yoluyla elek­triklenmiş cisimler birbirini iter. Elektrik­lenme, elektriklenmiş bir cisimden elektrik­lenmemiş bir cisme metal tel aracılığıyla aktarılabilir. Bu gözlemlerden, ayrıca de­neysel bulgulardan yola çıkılarak, elektro­statiğin temel yasaları şöyle sıralanabilir:

  • Elektriklenmiş A ve B cisimleri arasında etkiyen kuvvet, bunların merkezlerini bir­leştiren doğru boyunca etkir. Bu kuvvetin büyüklüğü A ile B arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.
  • Etki ile tepki birbirini dengeler. A’nın B’ye uyguladığı kuvvet, B’nin A’ya uygula­dığı kuvvete büyüklükçe eşittir, ama bu kuvvetlerin yönleri terstir.
  • A ve B cisimleri, kendilerine eşit uzaklıkta bulunan bir C cismine sırasıyla Fac ve Fbc kuvvetlerini; aynı A ve B cisimleri kendilerine eşit uzaklıkta bulunan bir başka D cismine sırasıyla FAd ve Fbd kuvvetlerini uyguluyorsa, FAcIFbc=FadI Fbd eşitliği geçerlidir.

Bu üç gözlem, her cisme, o cismin elek­triklenme miktarını belirleyen bir sayı atama olanağını sağlar. Bu sayıya, söz ko­nusu cismin elektrik yükü(*) denir. Elek­trik yükü q harfiyle gösterilir. Bir cismin elektrik yükü, hem başka cisimlere uygula­dığı, hem de başka cisimlerin kendisine uyguladığı kuvveti belirler. Eğer itme kuv­veti pozitif, çekme kuvveti de negatif olarak tanımlanırsa, yükleri sırasıyla q(A) ve q(B), aralarındaki uzaklık da r olan A ve B cisimlerinin birbirlerine etkidikleri kuvvetin büyüklüğü (F),

q (A) q(B)

F=k——————–

r2

eşitliğiyle belirlenir. Burada k, bir sabittir. Bu eşitlik Coulomb yasası olarak anılır; yüklü iki cisim arasında etkiyen bu kuvvete de Coulomb kuweti(*) denir. Eğer iki cismin yükü aynı işaretli ise, bu kuvvet bir itme kuvveti (F pozitif), farklı işaretli ise çekme kuvvetidir (F negatif). Metre-kilo- gram-saniye ve SI birimler sisteminde kuv­vet birimi newton (N), yük birimi coulomb (C), uzaklık birimi de metredir (m). Bu birim sistemlerinde k, boyutu olan bir sayıdır ve değeri vakumda (boşlukta) 8,98xl09 Nm2/C2’ye eşittir.

  • Bir yüke etkiyen bütün kuvvetler topla­nır. Kuvvet vektörel bir nicelik olduğundan burada toplam, vektör toplamı olarak anla­şılmalıdır.
  • Elektrik yükü korunumludur, bir başka deyişle, dışarıyla yük alışverişinde bulunma­yan bir sistemde bütün yüklerin toplamı sabittir.

ELEKTROSTATİK ALAN. Bir elektrik yükü­nün çevresinde bu yükün başka yüklere kuvvet uyguladığı bir bölge oluşur. Bu bölgeye, bu yükün oluşturduğu elektrik alanı(*) denir. Bir noktadaki elektrik alanı, o noktadaki birim pozitif yüke etkiyen kuvvete eşittir. Kuvvet vektörel bir nicelik olduğundan, bu tanımdan, elektrik alanının da vektörel bir nicelik olduğu anlaşılır. Bir noktadaki elektrik alanı şiddeti E ise, bu noktadaki bir q yüküne etkiyen kuvvetin büyüklüğü F=Eq eşitliğiyle belirlenir. SI birimler sisteminde elektrik alan şiddeti birimi newton/coulomb (N/C) ya da bunun eşdeğeri olan volt/metre’dir (V/m).

Bir elektrik alanında depolanmış enerjinin bu alanın belirli bir noktasına ilişkin değeri, elektrik potansiyeli(*) kavramıyla belirle­nir. Bir elektrik alanında her noktanın bir potansiyeli vardır, bu potansiyel, birim pozitif elektrik yükünü alanın dışından (çok

uzaktan) bu noktaya getirmek için yapılma­sı gereken iş olarak tanımlanır. Potansiyeli sıfır olarak kabul edilen bu “çok uzak” nokta, pratik ölçümlerde Yer olarak alınır ve “toprak” olarak adlandırılır. Bu işin değeri, birim yükü bu noktaya getirmekte izlenen yoldan bağımsızdır. İş (enerji) ska- ler bir nicelik olduğundan, potansiyel de skalerdir. Bir q yükünü elektrik alanındaki bir A noktasına getirmek için W işini yapmak gerekiyorsa, A noktasının potansi­yeli VA=W/q eşitliğiyle verilir. SI birimler sisteminde iş (enerji) birimi joule, yük birimi de coulomb olduğundan, elektrik potansiyeli birimi joule/coulomb olacaktır. Bu birime kısaca volt adı verilir. Uygula­mada, bir elektrik alanındaki (ya da bir elektrik devresindeki) iki noktanın potansi­yellerinin farkı önem kazanır. Bu değere, o noktalar arasındaki “potansiyel farkı” ya da “gerilim” denir.

1895’te eksi elektrik yüklü en küçük par­çacık olan elektronun bulunması, elektrik­sel olguların yeni bir anlayışla ele alınması­na yol açtı. Bir elektronun yükü (e) temel elektrik yükü olarak kabul edilir; e, en küçük elektrik yükünü temsil ettiğinden, doğadaki bütün elektrik yükleri e’nin tam katları kadardır. Elektronlar, atomda, artı yüklü çekirdeğin çevresinde dolanır. Çekir­deği oluşturan parçacıklardan nötronlar elektriksel olarak yüksüz, protonlar ise artı yüklüdür ve bir protonun yükü bir elektro­nun yüküne (işaret farkıyla) eşittir. Çekir­dek çevresinde dolanan elektronların sayısı, çekirdekteki protonların sayısına eşit oldu­ğundan, atom, dışarıya karşı yüksüz (nötr) görünür. Bir ya da birkaç elektron kaybet­miş ya da kazanmış bir atom, dışarıya karşı e (ya da bunun birkaç katı) kadar artı ya da eksi yüklü görünür, böyle bir atoma iyon denir. Elektrik olayları, elektrik yüklü par­çacıkların (genellikle elektronların ve iyon­ların) durumlarının, davranışlarının ve yer değiştirmelerinin sonucudur.

Elektronun elektrik yükü ilk kez 1912’de ABD’li fizikçi Robert A. Millikan tarafın­dan ölçüldü. Bir elektronun yükü e, l,6021892xl0′19 coulomba eşittir, bir başka deyişle, bir coulombluk elektrik yükü, 6,24146xl018 tane elektronun yüküne eşittir.

Elektrik yüklü bir cismin yakınında (bir başka deyişle, bir elektrik alanında) bulu­nan bir cisimdeki yüklü parçacıklar, yüklü cismin (alanın) etkisiyle yer değiştirir. Örneğin, eksi yüklü bir A cismi, nötr (yüksüz) bir B cismine yaklaştırılırsa, A’da- İö yükün etkisiyle, B’nin A’ya yakın tarafın­daki eksi yüklü parçacıklar uzak tarafa itilir, böylece B’nin A’ya yakın yanı artı, uzak yanı eksi yüklü duruma gelir. Bu olgu, elektrostatik indükleme(*) olarak adlandı­rılır. Yüklü cisimden uzaklaştırılan indük- lenmiş cisim, eski nötr durumuna döner; ama indüklenmiş durumdayken yük kazan­mış taraflarından biri kısa bir süre için topraklanırsa (bir iletkenle Yer’e bağlanır­sa), o taraftaki yükler toprağa kaçacağı için, cisim, öteki tarafındaki yükle yüklenmiş olarak kalır.

İçinde elektronların serbestçe hareket ede­bildiği cisimler iletken olarak tanımlanır. Yüklü bir iletken cisimde bütün elektrik yükü iletkenin yüzeyinde bulunur. Bunu, örneğin eksi yüklü, bir başka deyişle elek­tron fazlalığı olan bir iletkenin içindeki elektronların, birbirlerini itmesinden ve ser­bestçe hareket edebilmelerinden ötürü, cis­min yüzeyinde toplanacakları biçiminde
açıklamak olanaklıdır. İletkenin içinde elektrik alan şiddeti sıfırdır; iletkenin her noktasının potansiyeli aynıdır.

ELEKTRİK SIĞASI, SIĞAÇLAR. Yalıtılmış ve başka cisimlerden uzakta bulunan yüklü bir iletken cismin potansiyeli, üzerindeki yükle orantılıdır. İletkenin yükü (q) ile potansiye­li (V) arasındaki orana, bir başka deyişle iletkende birim potansiyel oluşması için iletkene verilmesi gereken yüke, iletkenin sığası (kapasitans) denilir. Sığa C olarak gösterilirse, C=qlV yazılabilir.

SI birimler sisteminde yük birimi coulomb, potansiyel birimi de volt olduğundan, sığa birimi coulomb/volt’tur. Bu birim, kısaca farad olarak adlandırılmıştır; farad, çok büyük bir sığaya karşılık gelir (9 milyon km yarıçaptı bir iletken kürenin sığası yaklaşık olarak 1 farada eşittir); bu nedenle pratikte faradm l/l(Fsına eşit olan mikrofarad ve l/1012’sine eşit olan pikofarad (pF) kulla­nılır.

Birbirinin yakınına konmuş ve birbirine değmeyen iki iletken cismin birinden bir q yükü ötekine geçirilirse, cisimlerden biri q, öteki — q yüküyle yüklenir, ve bu iki cisim arasında bir V potansiyel farkı oluşur. İki iletkenden oluşan böyle bir sisteme sığaç (kapasitör ya da kondansatör) denir. Bir sığacın sığası, benzer biçimde, bu iletken­lerden birindeki yükün, iletkenler arasında­ki potansiyel farkına oranına eşittir: C=q/V (bak. elektrik sığası).

Uygulamada, aralarında uygun bir dielek- trik (yalıtkan) bulunan karşılıklı iki levha­dan oluşmuş sığaçlar kullanılır. Dielektrik olarak genellikle hava, mika, seramik ya da kâğıttan yararlanılır. Böyle bir sığacın lev­halarında elektrik yükü yok iken, bu levha­lar arasında bir V potansiyel farkı uygula­nırsa, C sığacın sığasını göstermek üzere, levhalarda q—CV elektrik yükü birikir, bu durumda sığaç “doldurulmuş” olur. Dolu bir sığaçta elektrik enerjisi depolanmış du­rumdadır. Bu enerjinin değeri W=qVI2= CW2’ye eşittir. Sığacın levhaları bir ilet­kenle birbirine bağlanırsa, bu iletkenden q yükü geçer, levhalar yüklerini yitirir ve aralarındaki potansiyel farkı sıfıra iner; sığaçta depolanmış enerji de levhaları birbi­rine bağlayan iletkende ısıya dönüşerek harcanmış olur.

Bir sığacın sığası, karşılıklı duran levhala­rın alanıyla doğru orantılı, levhalar arasın­daki uzaklıkla ters orantılıdır. Levhalar arasındaki dielektriğin cinsi de sığa değerini etkiler; levhaları arasında dielektrik bulu­nan bir sığacın sığası, aynı sığacın vakumda­ki sığasından büyüktür. Belirli bir dielektrik türü için, sığanın vakuma oranla kaç katına çıkacağını belirleyen katsayıya, o dielektri­ğin “dielektrik katsayısı” denir. Havanın

 

dielektrik katsayısı 1,00059, kâğıdın 2-2,5, mikanın yaklaşık 6, camın yaklaşık 7’dir.

Bir Cı sığacıyla bir C2 sığacınm levhaları birbirine bağlanırsa (çizim 1, solda), bunlar birbirine paralel bağlanmış olur. Bu durum­da sığaçların uçlarındaki (levhaları arasın­daki) potansiyel farkı birbirine eşittir (V). Cı’de CıV kadar, C2’de de CıV kadar yük birikeceğinden, toplam yük (C1+C2)I/ olur; buradan, paralel bağlamayla elde edilen eşdeğer sığanın C=Cı+C2 olacağı anlaşılır. Çizim l’in sağında iki sığacın seri bağlanışı görülmektedir. Burada, iki sığaçtaki yükler birbirine eşittir (q). Toplam potansiyel far­kı, iki sığaçtaki potansiyel farklarının topla­mına eşittir, yani:

Cı C2

 

Buradan, eşdeğer sığa (C) için:

q               q                 1              CıC2

V q q 11 Cı+C2

+~c2 cf + cT

elde edilir.

Elektrik alanlarının yol açtığı başka olay­lar ve maddenin yapısına etkileri konusun­da elektriksel kutuplanma(*), elektrik di- polü(*), elektriksel yer değiştirme(*), ferro- elektrik etki(*), piezoelektrik etki(*) ve piroelektrik etki(*) anılabilir.

DOĞRU AKIMLAR

ELEKTRİK ÜRETEÇLERİ. Elektrik yükleri­nin (elektronların) iletkenlerden akışı elek­trik akımını oluşturur. Elektrostatikte ta­nımlanan elektrik potansiyeli kavramına karşılık, elektrik akımları söz konusu oldu­ğunda potansiyel farkı (gerilim) kavramı önem kazanır. Uçları arasında bir potansi­yel farkı (elektromotor kuvvet, emk) oluş­turarak bu uçlar arasına bağlanan bir ilet­kende ya da iletkenlerden oluşan bir devre­de, elektronların akışını sağlayan üreteçler, başka bir enerji türünü (örn. kimyasal ya da mekanik enerjiyi), elektrik enerjisine dö­nüştüren aygıtlardır.

Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevi­ren üreteçler piller(*) ve akümülatörler- dir(*)- Bu üreteçler bir elektrolit içine konmuş iki metal elekrottan oluşur. Elek­trotların birinde yükseltgenme, ötekinde indirgenme biçiminde ortaya çıkan kimyasal tepkimeler, elektrotlar arasında bir potansi­yel farkının (gerilim) oluşmasına yol açar. Üretecin bir elektrotundan elektronlar salı-

 

nır; bunlar dış devreden geçerek üretecin öteki elektrotuna ulaşır. Bu süreç, üreteçte tepkimeye giren maddelerden biri tükenin- ceye kadar sürer. Pil bir kez boşaldıktan sonra bir daha kullanılamaz; akümülatör ise, boşaldıktan sonra içinden boşalma yö­nünün tersine akım geçirildiğinde yeniden eski durumuna gelir. Yaygın olarak kullanı­lan piller genellikle yaklaşık 1,5 volt, akü­mülatörler ise yaklaşık 2 voltluk bir gerilim üretir. Daha yüksek gerilimler gerektiğinde üreteçler seri bağlanır (bir üretecin artı kutbu bir sonrakinin eksi kutbuna bağlana­rak bir dizi oluşturulur). Bir üretecin emk’sı V ise, seri bağlanmış n tane birbirinin eşi üretecin emk’sı nV olur.

Mekanik enerjiyi doğru akım elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlara genellikle dinamo(*) denir. Günümüzde bunlar özel­likle elektrikli kaplama işlerinde ve elektrik arkı kaynağında kullanılır. Güneş pili gibi üreteçlerde, elektrik enerjisi, ışık enerjisin­den fotovoltaik etki(*) aracılığıyla elde edilir. Fotoelektrik etki(*) aracılığıyla ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotoseller(*) ile termoelektrik etki(*) aracı­lığıyla ısı enerjisini elektrik enerjisine dö­nüştüren ısılçiftler(*) de başka enerji biçim­lerinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi­nin örnekleri olarak anılabilir.

Bir devrede akan akımın yönü, elektronla­rın akış yönünün tersi olarak kabul edilir. Gerçekte var olan akış, elektronların ürete­cin eksi kutbundan çıkarak devreyi dolaşıp üretecin artı kutbuna dönecek biçimdeki akışıdır. Ama akımın, üretecin artı kutbun­dan çıkıp eksi kutbuna geri döndüğü kabul edilir. Bir iletkenden birim zamanda geçen elektrik yüküne akım şiddeti denir ve I harfiyle gösterilir. SI birimler sisteminde yük birimi coulomb, zaman birimi de saniye olduğundan, akım şiddeti birimi de cou- lomb/saniye olacaktır. Bu birim kısaca am­per olarak adlandırılmıştır ve A harfiyle gösterilir.

DOĞRU AKIM DEVRELERİ. Direnç ve Ohm Yasası. Uçlarına V gerilimi uygulanmış bir iletkenden geçen akım şiddeti (/), uygula­nan gerilimle doğru orantılıdır. Bir iletken-

R                            /?2

————– VMM———————— VMM—————–

s,

-VWWV

h

———– VWWV

<—– v                          ____ »

Çizim 2: Dirençlerin seri ve paralel bağlanması: (üstte) seri bağlı /?ı ve f?2 dirençleri;

(altta) paralel bağlı R- ve Rz dirençleri

den birim akım şiddeti geçirmek için iletke­nin uçlarına uygulanması gereken gerilime, o iletkenin direnci (R) denir. Bir iletkenin uçlarındaki gerilim, iletkenin içinden geçen akım ve iletkenin direnci, Ohm yasası gereğince V=RI bağıntısıyla belirlenir. Di­renç birimi, uçlarında 1 voltluk gerilim varken içinden 1 amper şiddetinde akım
geçen iletkenin direnci olarak tanımlanır ve ohm olarak adlandırılır (simgesi D). Tel ya da çubuk biçiminde bir iletkenin direnci, o iletkenin boyuna, kesitine ve iletkenin ya­pıldığı malzemeye bağlıdır. Bir malzemenin elektriğe karşı direniminin malzemeye özgü bir ölçüşü olarak özdirenç değerinden söz edilir. Özdirenç(*), birim kesitli ve birim uzunluktaki bir iletkenin direnci olarak tanımlanır. Bu tanıma göre, özdirenci P , kesiti A, uzunluğu da l olan bir iletkenin direnci,

l

R=p ———-

A

olarak verilir. SI birimler sisteminde özdi­renç birimi ohm-metredir. Çeşitli malzeme­ler çok farklı özdirenç değerlerine sahiptir. İyi bir iletken olan bakırın özdirenci 1,8Xİ0′8 ohm-metre, çeliğin özdirenci 20×10’* ohm-metre, elektrikli ısıtıcılarda kullanılan nikrom alaşımının özdirenci 110xl0‘8 ohm-metredir. Buna karşılık, elek­triği çok kötü ileten kimi yalıtkanlar için özdirenç değeri 1012 ile 1020 ohm-metre arasında olabilir. Belli bir direnç değeri göstermek üzere özel olarak yapılan ve elektrik devrelerinde kullanılan devre ele­manları da direnç (rezistör) olarak adlandı­rılır. Dirençlerin (sığaç, indüktans gibi öte­ki devre elemanlannın da), içlerinden ay­nı akım geçecek biçimde bağlanmalanna seri bağlantı adı verilir (bak. çizim 2a). Di­rençleri Rı ve R2 olan iki direncin seri bağlanmasında oluşacak eşdeğer direnç R=R1+R2’ye eşittir. Seri bağlı dirençler için direnç değerlerinin toplanacağrna iliş­kin bu kural Ohm yasasından kolaylıkla elde edilebilir ve ikiden daha çok sayıda direnç için de geçerlidir. Devre elemanları birbirine, uçlarındaki gerilim aynı ola­cak biçimde bağlanırsa, bu bağlantıya paralel bağlantı denir (bak. çizim 2b). Dirençleri Rı ve Rı olan iki direnç para­lel bağlandığında, eşdeğer direnç, R,

1            1           1

——– =——– +——–

R            R          Rı

biçiminde hesaplanır; bu kural da Ohm yasasından kolaylıkla elde edilebilir ve iki­den çok direnç için de geçerlidir.

Bir elektrik üreteci akım sağladığı devreye elektrik enerjisi verir. Bu enerji, üretecin devreye sağladığı elektrik yükü ile bu yükü “zorladığı” gerilimin (potansiyel farkı) çar­pımına eşittir: W=Vq. Akan elektrik yükü, akım şiddetiyle zamanın çarpımına eşit olduğundan, bu enerji W= Vlt olarak yazıla­bilir. Buradan, üretecin devreye verdiği gücün, bir başka deyişle birim zamanda sağladığı enerjinin, P=V1 olduğu anlaşılır. SI birimler sisteminde, enerji birimi joule (volt-coulomb) ve güç birimi de joule/ saniye, ya da volt-amperdir. Bu güç birimi
kısaca watt olarak adlandırılmıştır. Elektrik üretecinin sağladığı enerji, devredeki di­rençler tarafından harcanır, bir başka deyiş­le, ısıya dönüşerek sistemden çıkar. Uç­larında V gerilimi bulunan ve içinden I akımı geçen bir dirençte P=VI gücü harcanır Ohm yasası yardımıyla, bu güç, P=V2/R=RI2 olarak ifade edilebilir.

Kirchhoff Yasaları. Bir doğru akım devre­sinde, devreye enerji sağlayabilen bir ya da daha çok sayıda üreteç ile bu enerjiyi kullanan aygıtlar (lambalar, elektroliz kap­lan, motorlar vb) bulunur. Bunlar birbirine iletken teller aracılığıyla bağlanmış durum­dadır. İçinden akım geçen bir aygıtta, akımın girdiği uç daha yüksek potansiyelde olmak üzere bir potansiyel düşüşü oluşur. İçinden geçen akımın şiddeti I iken uçların­da bir V potansiyel farkı oluşan bir aygıt, devredeki akım ve gerilimleri hesaplama açısından R=VII değerinde bir direnç ola­rak göz önüne alınabilir. Elektrik devrele­rinde, Kirchhoff yasaları olarak bilinen iki devre yasası geçerlidir. Bu yasalar yardımıy­la devrenin çeşitli dallarından geçen akımla­rın hesaplanması olanaklıdır.

Kirchhoff un birinci yasası, iki ya da daha fazla iletkenin bağlı olduğu bir noktaya (düğüm) gelen akımların toplamının bu düğümden çıkan akımların toplamına eşit olduğunu ifade eder. Kirchhoff’un ikinci yasası ise, bir kapalı çevrede elektromotor kuvvetlerinin cebirsel toplamının, gerilim düşümlerinin cebirsel toplamına eşit oldu­ğunu ifade eder. Birinci yasa elektrik yükü­nün korunumu, ikinci yasa ise enerjinin korunumu ilkesinin bir sonucudur. Bir dev­redeki üreteçlerin emk’ları ve dirençlerin değerleri biliniyorsa, Kirchhoff yasalarına dayanarak, yeterli sayıdaki düğüm ve çevre için düğüm ve devre denklemleri yazılır ve bu denklem sistemi çözülürse bütün dal akımları bulunmuş olur.

Çizim 3’te görülen devrede üreteçlerin E, Eı ve £3 emk’ları ile R. R2, £3 dirençleri­nin değerleri bilindiğine göre h, I2, I3 dal akımlarının değerleri aranmaktadır (bu akımların yönleri, çizimde gelişigüzel seçil­miştir). Birinci yasanın A düğümüne uygu­lanması ile,

h+h=h

elde edilir. İkinci yasanın I. ve II. kapalı çevrelere uygulanmasıyla da,

E — E2=R]I + R3I3 £3=£2/2+£3/3

denklemleri elde edilir. Çevreler için çizim­de gösterilen dönme yönleri de gelişigüzel seçilmiştir. Ne var ki, eşitliğin sol yanına yazılan emk’lar seçilen dönme yönünde ise artı, tersi yönde ise eksi işarette; sağ yana yazılan gerilim düşüşleri seçilen dönme

 

yönünde ise artı, ters yönde ise eksi işaretle yazılacaktır. Elektromotor kuvvetlerin ve dirençlerin değerleri yerlerine konursa,

h+h~h 16=2 h+513 3=7I2+5h

denklem sistemi elde edilir. Bu sistemin çözümüyle de,

Iı=3A, I2–IA ve h=2A

bulunur. Burada, /2’nin çizimde gösterilen yönün tersi yönde akacağı anlaşılmaktadır. Ayrıca, E2 ve £3 üreteçlerinden (£1 üreteci­nin etkisiyle) normal olarak akıtmaları gere­ken yönün tersi yönde akım geçtiği görül­mektedir.

ELEKTRİK AKİMININ MAGNETİK ETKİLE­Rİ. Bir iletkende akan elektrik akımı, iletke­nin çevresinde bir magnetik alan oluşturur. Bu olguyu ilk gözlemleyen DanimarkalI fizikçi Hans Christian 0rsted olmuştur (1820). İletkenin çevresinde oluşan magne­tik alanın kuvvet çizgileri iletkeni çembersel biçimde sarmalar. Başparmak akım yönünü göstermek üzere iletken sağ avuç içine alındığında öteki parmakların yönü magne­tik alanın yönünü gösterir. Bir iletken elemanındaki (kısa iletken dilimi) akımla bu akımın oluşturduğu magnetik alan ara­sındaki nicel ilişki Biot-Savart yasasıyla belirlenmiştir. Akım, halka biçiminde bir iletkenden geçtiğinde, oluşan magnetik alan, halkanın merkezinde, halka düzlemi­ne dik doğrultudadır; alanın yönü, halka, akım yönü parmaklar yönünde olmak üzere sağ avuç içine alındığında başparmağın gösterdiği yöndür. Bu alanın şiddeti halka­dan geçen akım şiddetiyle doğru orantılı, halkanın yarıçapıyla ters orantılıdır. Halka birden çok sarımı olan bir bobinse, alan şiddeti ayrıca sarım sayısıyla orantılıdır, içinden akım geçirilen böyle bir halka, bir magnetik alan içine konursa, kendi oluştur­duğu magnetik alanı dış magnetik alanla aynı yöne getirmeye çalışan bir kuvvetin etkisinde kalır. Döner bobinli ölçü aygıtları ve elektrik motorlarımn(*) çalışması bu olguya dayanır. Elektrik akımlarının oluş­turduğu magnetik alanlardan elektromıkna­tıslarda^), hoparlörlerde ve kulaklıklarda, rölelerde ve daha birçok aygıtta yararla­nılır.

Kapalı bir elektrik devresinden geçmekte olan magnetik akıda değişme olursa, devre­de bir elektrik akımı indüklenir. Örneğin halka biçiminde bir iletken, bir mıknatısın magnetik alanı içinde döndürülürse ya da halkanın içine bir mıknatıs çubuğu sokup çıkarılırsa, halkada bir akım oluşur. İngiliz fizikçi Michael Faraday’m 1831’de bulduğu ve elektromagnetik indükleme denilen bu olgunun nicel ifadesi Faraday indükleme yasasıyla(*) belirlenir. Bir elektrik devre­sinde akıtılan akımın değiştirilmesiyle, bu devrenin oluşturacağı şiddeti değişen mag­netik alanın içinde bulunan başka bir elek­trik devresinde de akım indüklenir. Elek­tromagnetik indükleme, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren üreteçlerin (dinamo ve alternator), alternatif akım devrelerinde gerilimi yükseltmek ya da düşürmek amacıyla kullanılan transforma­törlerine’), dinamik ve şeritli mikrofonla­rın, magnetik gramofon pikaplarının ve hareketi ya da yer değiştirmeyi elektrik sinyallerine dönüştüren başka magnetik ay­gıtların çalışma ilkesini oluşturur.

ÖLÇÜM AYGITLARI. Bir iletkenden akım akıp akmadığı uygun bir akkor lamba ya da neon lambasıyla anlaşılabilir. Ama akım ya da gerilimin yön ve değerinin bilinmesi gereken durumlarda ampermetre ve voltmetreler kullanılır. Ampermetrede, içinden ölçülecek akım geçirilen bir bobin vardır. Güçlü bir mıknatısın kutupları arası­na dönebilecek biçimde yerleştirilmiş olan bu bobin, içinden geçen akımın etkisiyle magnetik alanda döner; bu dönme bir yayın burulma kuvvetine karşı gerçekleşir ve bo­bine bağlı bir iğne, geçen akımın şiddetini gösterir. Ampermetreye uygun bir seri di­renç bağlanarak voltmetre elde edilir. Ölçüm aygıtlarının, ölçülecek akım ve geri- limleri etkilememesi istenir. Bu nedenle, ampermetrelerin iç dirençleri olabildiğince küçük, voltmetrelerinki ise olabildiğince büyük olmalıdır. Bu amaçla, transistorlu yükselteçlerden yararlanan elektronik volt­metreler kullanılır. Bu tür aygıtlar ayrıca, çok küçük gerilim ve akımların ölçülmesine de olanak sağlar. Ölçülen değeri sayısal olarak gösteren sayısal elektronik ölçüm aygıtları da giderek yaygınlaşmaktadır. Di­renç ölçülmesinde ise, ohmmetre olarak adlandırılan aygıtlardan yararlanılır. Ohm- metre, temel olarak, uygun bir üreteç ve dirençle seri bağlanmış bir ampermetreden oluşur. Direnç değerlerinin büyük bir du­yarlıkla ölçülmesi amacıyla köprüler)*), özellikle Wheatstone köprüsü kullanılır.

ALTERNATİF AKIMLAR Elektriğin en yaygın kullanılan türü alterna­tif akımdır. Doğru akım, iletkende yalnızca bir yönde akar, buna karşılık alternatif akım sürekli olarak yön değiştiren bir akımdır; örneğin, evlerde kullandığımız elektrik akı­mı, saniyede 100 kez yön değiştirir, bir başka deyişle saniyede 50 periyottuk bir alternatif akımdır. Bir alternatif akımın (genel olarak bütün periyodik hareketlerin) saniyedeki periyot sayısına akımın frekansı (f) denir. Periyot zaman boyutunda oldu­ğundan, frekans 1/zaman boyutundadır ve birimi “saniyedeki periyot sayısı” anlamın­da, hertz’dir (Hz). Birçok uygulama alanın­da, frekansı çok daha yüksek alternatif akımlar kullanılmaktadır, örneğin bir tele­vizyon alıcısının anteninde indüklenen ve resim bilgisini taşıyan gerilimin frekansı 108 Hz (100 MHz) dolayındadır, yani, peri­yodu 10‘8 saniyedir. Alternatif akımlar hemen her zaman sinüsoidal akımlardır, bir başka deyişle, akımın (gerilimin, oluşturulan mag­netik alanın vb) zamana göre değişimi bir sinüs eğrisi biçimindedir. Bir bobin, sabit bir magnetik alan içinde, dönme ekseni alan yönüne dik olmak üzere döndürülecek olur­sa, bobinde sinüsoidal bir alternatif akım indüklenir.

Bobinin açısal frekansı (saniye­de radyan olarak döndüğü açı değeri) w ise, bobinde indüklenen akım, zamanın fonksiyonu olarak, biçiminde değişir. Bobinin saniyede / tam dönüş yapması, bir tam dönüş (360°) 2it radyana eşit olduğundan, saniyede w =2nf radyanlık açı kadar-dönmesi anlamına gelir. Eşitlikteki /o, akımın maksimum değeridir; bu değere akımın tepe değeri denir. Sinüs fonksiyonunun değeri +1 ile —1 arasında değiştiğinden, akım şiddeti de 7o ile -/o arasında değişir. Bu değişimin frekansı, « =2ırf bağıntısından ötürü, f ye eşittir. Böyle bir alternatif akımın ortalama değeri sıfırdır, bir başka deyişle, akımı taşıyan iletkenin belli bir noktasından bir yöne doğru geçen elektronların net sayısı sıfırdır; çünkü iletkende elektronlar sürekli yön değiştirerek hareket eder.

ALTERNATİF AKİMDA DEVRE ELEMANLA­RI. Doğru akımda kullanılan temel devre elemanı dirençtir. Dirençler, elektrik akımı­nın akışına zorluk gösteren ve elektrik enerjisinin ısı enerjisi biçiminde harcanma­sına yol açan elemanlardır. Yalnızca direnç­lerden kurulu bir devrenin doğru akım ve alternatif akımdaki davranışı tümüyle birbi­rine benzer. V=Fosin co t alternatif gerilimi bir R direncine uygulandığında, dirençten 1= (Vo/£)sin w t akımı geçer. Alternatif akım devrelerinde yaygın olarak kullanılan öteki iki devre elemanı da sığaç ve indüktanstır.

Bunların ikisi de enerjiyi bir süre için depolayan ve sonra geri veren elemanlardır. Bir sığaca doğru gerilim uygulandığında, ilk anda sığacın dolması sırasında bir akım geçer, bundan sonra sığaçtaki gerilim, uygu­lanan gerilime eşit olur ve artık devreden akım akmaz. Sığaca bir alternatif gerilim uygulandığında, gerilimin sıfırdan başlayıp yükselmesi sırasında sığaç dolmaya başlar, gerilim en büyük değerini aldığında sığaç dolar, akım sıfıra düşer; gerilim düşmeye başlayınca bu kez sığaç boşalmaya başlar, devreden ters yönde bir akım geçer, bu akım en büyük değerine gerilim sıfıra düştü­ğünde ulaşır, gerilim yön değiştirip büyüme­ye başladığında bu kez sığaç ilk doluşunun tersi yönde dolmaya başlar. Böylece, sığaç- tan bir alternatif akım geçer. Bu akım, uygulanan gerilime göre 90° (17/2 radyan) faz farklıdır. Sığacın sığası (C) büyüdükçe akı­mın geçmesine karşı gösterdiği zorluk (reak- tans) azalır. Sığacın reaktansı, uygulanan gerilimin frekansı büyüdükçe de azalır. Xq olarak gösterilen reaktansm değeri Xç=l/ C a ’ye eşittir. Reaktans birimi, direnç birimi gibi, ohmdur. Uçlarına V=V0 sin w t gerilimi uygulanan bir sığaçtan, I=(Vo/Xc) sin (u 1+77/2)= Vo C a sin (ut+n/2) akımı geçer.

Bir bobine doğru akım uygulandığında bobinden geçen akıma yalnızca bobinin yapıldığı telin direnci karşı koyar. Oysa bu bobin, alternatif akıma ek bir zorluk göste­rir. Bunun nedeni, bobinden geçen akımın bobin içinde bir magnetik akı oluşturması­dır. Bobinden geçen akım doğru akım ise, oluşan magnetik akı durağandır ve indükle­me ortaya çıkmaz; ama bobinden alternatif akım geçirildiğinde, değeri değişen bu akım değişen bir magnetik akı yaratır, bu da bobinde bir gerilim indükler.

Lenz yasası­na göre bu gerilimin yönü, bobine uygu­lanan gerilime zıt yöndedir, bu nedenle geçen akıma karşı bir zorluk (reaktans) oluşur. Bobinde indüklenen gerilim, geçen akımın değişme hızıyla orantılıdır. Bu ikisi arasındaki orantı katsayısı, bir başka deyiş­le, geçen akımın birim değişme hızı başına indüklenen gerilim, bobinin özindüktansı ya da kısaca indüktans olarak adlandırılır ve L harfiyle gösterilir. SI birimler sisteminde indüktansın birimi volt/saniyede amper’dir, bu birim kısaca henry olarak adlandırılır. Bir bobinin indüktansı bobinin geometrisi­ne, sarım sayısına ve içindeki malzemenin magnetik geçirgenliğine bağlıdır. Bobin içinde magnetik geçirgenliği yüksek bir mal­zeme, örneğin demir-bulunması durumun­da, indüktans, hava bulunmasına oranla binlerce kat daha büyük değerler alır. İn­düktans, geçen akımın değişmesine karşı gelen bir tür elektromagnetik eylemsizlik olarak düşünülebilir. Bir bobinin alternatif akıma karşı oluşturduğu reaktans (X£), indüktansıyla ve geçen akımın frekansıyla doğru orantılıdır:        Xl=L u . Uçlarına

Vosin 011 gerilimi uygulanan bir indüktans- tan geçen akım, gerilime göre 90°Tik bir faz farkıyla geri kalır, bir başka deyişle gerili­min değişimini periyodun 1/4’ü kadar bir zaman farkıyla geriden izler. Bu akım, I=(Vo/Xl) sin (‘w t—ırl2)=(VolLo>) sin ( a t— îr/2) olarak ifade edilir.

Seri bağlı L ve Lı indüktanslarının eşde­ğeri L=L+Lı olarak; bunlar paralel bağlı ise dirençlere benzer biçimde, 1/L= (1/Lı) + (I/L2) olarak bulunur.

REZONANS. Sığaç, içinden geçen akıma göre gerilimi geride bıraktığından, indük- tans ise gerilimin akımdan ilerde olmasına yol açtığından, seri bağlı bir sığaçla bir indüktansm eşdeğer reaktansı, iki reaktan- sın farkına eşittir: X=Xl~Xc. Belirli bir frekansta bu iki reaktans birbirine eşitlenir ve birbirinin etkisini tümüyle ortadan kaldı­rır. Bu olaya rezonans)*) denir. Seri bağlı bir C sığacı ile bir L indüktansından oluşan seri rezonans devresinde, Xı=Xc ise, dev­renin reaktansı sıfır olur ve alternatif akıma gösterilen zorluk yalnızca bobinin çok kü­çük direncine indirgenir. Rezonansın oluş­ması için uygulanan gerilimin frekansı Xl—Xc koşulunu sağlamalıdır, bir başka deyişle, La =1 ICa olmalıdır. Buradan, re­zonans frekansı (/o) için, /o=l/2ır VLC değeri bulunur. Sığaçla indüktansm paralel bağlı olması durumunda, rezonans frekan­sında devrenin reaktansı sonsuz (uygulama­da, bobinin direncinden ötürü, sonsuz değil, çok büyük) olur. Böyle bir devre, çeşitli frekanslardaki gerilimlerin birlikte bulundu­ğu bir durumda, bunlardan yalnızca bir tanesinin seçilip alınmasına olanak sağlar. Örneğin radyo alıcılarında, antenden gelen ve her biri farklı bir verici istasyona ait olan birçok gerilimden yalnızca bir tanesinin seçilmesi, bir paralel rezonans devresindeki sığacın değerini (radyonun istasyon ayar düğmesi aracılığıyla) değiştirerek sağlanır.

Sığaçlar ve indüktanslar ile dirençlerin birlikte bulunduğu bir devrenin akıma gös­terdiği toplam zorluk, elektriksel empe- dans(*) olarak adlandırılır. Dirençlerin uç­larında oluşan gerilimler, içlerinden akan akımla aynı fazda olduğundan, bunların direnç değerleri ile sığaç ve indüktansların reaktansları cebirsel olarak toplanamaz. Böyle devrelerde empedanslarm ve akımla­rın hesaplanması, karmaşık sayılar kullanı­larak ya da fazör diyagramı olarak bilinen vektörel gösterilimlere başvurularak sağ­lanır.

Güç, ETKİN DEĞER. Alternatif akım dev­relerinde güç yalnızca dirençlerde harcanır. Sığaçlar ve indüktanslar enerjiyi periyodun bir bölümünde depolayıp geri kalan sürede geri verdiklerinden enerji kaybına yol aç­mazlar. Bir R direncine, tepe değeri Vo olan Vo sin a t gerilimi uygulandığında,dirençten (IVR)sin a t akımı geçer. Bu akımın değeri her an değiştiğinden, dirençteki ortalama gücü bulabilmek amacıyla, i akımın ani değerini göstermek üzere, Ri2 güçlerinin toplamının bir periyottaki ortalamasını al­mak gerekir. Tepe değeri /o olan bir sinüsoi- dal akım için bu değer P= 1/2 RPo olarak I2o hesaplanabilir. Bu, aynı dirençten /o/V~2 değerinde bir doğru akım geçmesi duru­mundaki güce eşittir. Bu değere alternatif akımın etkin değeri adı verilir. Alternatif akımın etkin değeri güç ve enerji hesapla­rında önem taşıdığı için, akım ve gerilimleri tepe değerleriyle değil, etkin değerleriyle anmak gelenekselleşmiştir. Etkin değer, “eff” indisiyle (İngilizcede “rms” indisiyle) gösterilir. Örneğin şehir şebekesinin 220 volt olarak anılan gerilim değeri, bu şebeke­deki gerilimin etkin değeridir. Demek ki şehir şebekesi geriliminin tepe değeri Vo=220.V_2=311 volttur; bu gerilimin frekansı/=50 Hz’dir ( üj=314 rad/s), öyley­se zamanın fonksiyonu olarak’ 31 İsın 314/ (volt) biçiminde ifade edilebilir.

Bir direncin (ya da enerji harcayan herhan­gi bir aygıtın) içinden Iefr akımı geçiyor, uçlarında da Veff gerilimi bulunuyorsa, bu dirençte birim zamanda harcanan enerji (güç), P=Veff.leff ye eşittir. Bu eşitlik yalnız­ca, akımla gerilim aynı fazda ise doğrudur. Eğer akımla gerilim arasında (devrede bulu­nabilecek indüktans ya da sığaçlarm yol açtığı) <P kadar bir faz açısı varsa, o zaman, dirençteki güç P= Vejf.Ieff eos <p olur. Bu güç etkin güç (aktif güç) olarak adlandırılır; cos ip değerine de güç çarpanı adı verilir. Bu durumda, gerçek bir güce karşılık gelmeyen Veff. leff çarpımına görünen (zahiri) güç de­nir; görünen güç için volt-amper (VA) birimi kullanılır. Elektrik sayaçları (voltsa- atmetre) etkin güce ilişkin enerji tüketimini ölçer. Bir elektrik tüketicisinin, şebekeden çektiği akımla şebeke gerilimi arasında bü­yük faz farkları oluşturmasına genellikle izin verilmez; çünkü bu durumda belirli bir etkin güç için iletilmesi gereken akım şiddeti daha büyük olacağından iletim hatlarındaki ener­ji kayıplan da büyük olur. Akımla gerilim arasındaki faz farkı özellikle elektrik motor- lannın indüktanslanndan kaynaklanır. Güç çarpanının, örneğin 0,8’den aşağı düşmesi­nin yasaklandığı ya da ek ücrete bağlandığı durumlarda, tüketiciler, güç çarpanını yük­seltmek amacıyla devrelerinde özel sığaçlar kullanırlar.

TRANSFORMATÖR. Elektromagnetik in­dükleme ilkesi uyannea çalışan transforma­törler, alternatif akımdaki gerilimin yüksel­tilmesi ya da indirilmesi amacıyla kullanılır. Transformatörde, uçlarına alternatif gerilim uygulanmış bir bobinin (birincil sargı, pri­mer) oluşturduğu değişken magnetik akı, bir başka bobinde (ikincil sargı, sekonder) akım indüklenmesine yol açar. Birincil sar­gıya uygulanan gerilim V, bu sargının sarım sayısı n; ikincil sargının sarım sayısı da «2 ise, ikincil sargıda indüklenen gerilim: V2— Vımjriı olur. Böylece, birincil ve ikincil sargılardaki sarım sayılarını uygun seçerek, transformatörü, gerilimi yükseltici ya da indirici amaçla kullanmak olanaklıdır. Elektrik enerjisinin üretim ve iletiminde alternatif akımın büyük yaygınlık kazanma­sının temel nedeni, transformatör kullanı­mının sağladığı olanaklardır. Enerjinin üre­tim merkezlerinden tüketim bölgelerine ile­timini sağlayan havai hatlar ya da kablolar, dirençleri nedeniyle, enerjinin bir bölümü­nün harcanarak ısıya dönüşmesine yol açar. Bu da, iletimde olabildiğince düşük akımla­rın kullanılmasını gerekli kılar. Belirli bir gücün düşük akımla iletimi ise, gerilimin yüksek olmasını gerektirir. Bu nedenle, enerji santrallannda üretilen elektrik, yük­seltici transformatörler aracılığıyla çok yük­sek gerilimlere (örn. 100-500 kV’a) yükselti­lir, iletimden sonra da yeniden (örn. 220 volta) düşürülür.

Transformatörler gerilim değiştirmekten başka amaçlarla da kullanılır. Sarım oram nı/«2 olan bir transformatörün ikincil sargı­sına bağlanan bir Z empedansı, birincil sargı uçlarına Z(n/n.2)2 biçiminde yansır. Böylece maksimum güç aktarımının önemli olduğu ve gücün, aktarılacağı empedansm değerine bağımlı bulunduğu durumlarda, empedans uyarlayıcı olarak transformatörler kullanı­lır. Ses frekansı yükselteçlerinin çıkış katla­rını hoparlörün empedansına uyarlamakta kullanılan çıkış transformatörleri bu uygula­manın tipik bir örneğini oluşturur.

Radyo ve televizyon aygıtları, başka elek­tronik aygıtlar, elektroliz kapları (örn. akü­mülatörlerin doldurulması, elektrikli kapla­ma kapları) doğru akıma gereksinim göste­rir. Bu gibi durumlarda, şebeke geriliminin, bir transformatör aracılığıyla uygun gerilime düşürüldükten sonra, doğru akıma çevril­mesi gerekir. Bu amaçla doğrultucular)*) kullanılır. Doğrultucular (redresör), temel olarak, akımı yalnızca bir yönde geçiren ve diyotp) olarak adlandırılan devre elemanla­rından oluşur. Diyotlar vakum lambalı, gaz lambalı ya da yarıiletken olabilir. Alternatif akım, diyottan yalnızca bir yönde geçebilir; böylece dalgalı doğru akıma, bir başka deyişle yönü değişmeyen, ama değeri deği­şen bir akıma dönüşür. Bu akım da, eğer gerekiyorsa, bir bobin (ya da bir direnç) ile bir sığaçtan oluşan bir filtreden geçirilerek doğru akım elde edilir. Alternatif gerilim ve akımların ölçülmesinde de, önce bunların doğrultulması, sonra doğru akım ölçme aygıtları ile ölçülmesi yolundan yararlanılır.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir