Basit Elektrik Devreleri: Akım, Direnç, Ohm Yasası

Konu Özeti

Basit bir elektrik devresi pil, iletken teller, direnç, anahtar ve ölçü aletlerinden oluşur. Bu konuda potansiyel farkı, akımı ve direnci tanımlayıp aralarındaki ilişkiyi Ohm Yasası ile kurarsın. Dirençlerin seri ve paralel bağlanmasını, pillerin bağlanmasını ve elektrik güvenliğini de öğreneceksin.

Temel Kavramlar

• Potansiyel fark (V): Birim yük başına yapılan iş, yani enerji farkıdır. Birimi volt (V); ölçü aleti voltmetredir ve devre elemanına paralel bağlanır.
• Elektrik akımı (I): Bir iletkenin kesitinden birim zamanda geçen yük miktarıdır. Birimi amper (A); ölçü aleti ampermetredir ve devreye seri bağlanır.
• Direnç (R): Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluktur. Birimi ohm (Ω).
• Konvansiyonel akım yönü pilin (+) kutbundan (−) kutba doğrudur.
• Metallerde akımı serbest elektronlar taşır. Elektronlar (−) kutuptan (+) kutba hareket eder; yani gerçek hareket yönü akım yönünün tersidir.

I = q / t (q: yük miktarı, C; t: süre, s)

Akım, yükün hareketi üzerinden böyle çözümlenir: bir kesitten ne kadar çok yük ve ne kadar kısa sürede geçerse akım o kadar büyüktür. Potansiyel farkı olmayan bir iletkende yükler düzenli yönlü hareket etmez ve akım oluşmaz.

Bir iletkenin direnci uzunluğuna, kesit alanına, cinsine (özdirenç) ve sıcaklığına bağlıdır. Uzunluk arttıkça direnç artar, kesit alanı arttıkça direnç azalır.

R = ρ · ℓ / A (ρ: özdirenç, ℓ: uzunluk, A: kesit alanı)

Sıcaklığı sabit bir iletkende potansiyel farkı artırırsanız akım da aynı oranda artar. Bu gözlemler Ohm Yasası'nı verir: V–I grafiği orijinden geçen bir doğrudur ve eğimi direnci verir.

V = I · R

• R sabitse V ile I doğru orantılıdır.
• V sabitse I ile R ters orantılıdır.
• V–I grafiğinin eğimi R'yi verir (eğim = V / I).
• Ohm Yasası sıcaklığı sabit ohmik iletkenler için geçerlidir.

Dirençler iki şekilde bağlanabilir. Seri bağlamada aynı akım tüm dirençlerden geçer; paralel bağlamada ise potansiyel fark her kolda aynıdır.

• Seri: I her dirençten aynıdır; V = V₁ + V₂ + … ; Rₛ = R₁ + R₂ + … (Rₛ en büyük dirençten büyüktür).
• Paralel: V her kolda aynıdır; I = I₁ + I₂ + … ; 1/Rₚ = 1/R₁ + 1/R₂ + … (Rₚ en küçük dirençten küçüktür).
• Seri bağlı devrede bir eleman bozulursa akım kesilir; paralel bağlı devrede diğer kollar çalışmaya devam eder.

İki direnç paralelse: Rₚ = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂)

Evlerdeki prizler birbirine paralel bağlıdır; bu sayede her cihaz aynı gerilimi alır ve biri kapansa diğerleri çalışmaya devam eder. Pillerin bağlanmasında seri bağlamada toplam gerilim pillerin toplamıdır (n özdeş pil için n · V); ters bağlanan pil ise toplam gerilimi azaltır. Paralel bağlamada özdeş pillerin gerilimi tek pilinki kadardır, ama akım piller arasında paylaşıldığı için piller daha uzun süre dayanır.

Elektrik güvenliği ve topraklama:

• Vücuttan geçen akım yanık, kas kasılması, kalp ritmi bozukluğu ve ölüme yol açabilir.
• Islak elle elektrikli aletlere dokunulmaz; çıplak veya hasarlı kablo kullanılmaz.
• Bir prize çok sayıda cihaz takılmaz; aşırı akım kabloları ısıtıp yangına neden olur.
• Sigorta ve otomatik sigorta aşırı akımda devreyi keser.
• Tamir yapılmadan önce enerji kesilir; yalıtkan eldiven ve araçlar kullanılır.
• Fırtınada açıkta ağaç altı gibi yüksek yerlerde durulmaz; paratoner binaları yıldırımdan korur.

Topraklama: Elektrikli cihazların metal gövdesinin iletken bir telle yere bağlanmasıdır. Yalıtım bozulup gövdeye akım geçerse akım, direnci küçük olan topraklama hattından yere akar. Böylece gövdeye dokunan kişiden akım geçmez ve sigorta atar. Çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazlar topraklı prizle kullanılmalıdır.