Dirençlerin Bağlanması ve Elektrik Akımı (10. Sınıf)

Konu Özeti

Elektrik devreleri, enerjiyi taşıyan yüklerin bir üreteç yardımıyla dolaşmasıyla çalışır. Bu konuda potansiyel fark, akım ve direnç kavramlarını öğrenecek, Ohm Yasası ile dirençlerin seri ve paralel bağlanmasını inceleyeceksiniz. Üreteçlerin nasıl bağlandığı ile elektrik güvenliği ve topraklama da bu konunun önemli parçalarıdır.

Temel Kavramlar

Basit bir elektrik devresi üreteç (pil), iletken teller, direnç (lamba vb.) ve anahtardan oluşur. Üreteç, devredeki yüklere enerji verir. Bu enerji farkı potansiyel fark (gerilim) olarak ifade edilir.

• Potansiyel fark (V): Birim yük başına enerji farkıdır. Birimi volt (V) olup voltmetre ile ölçülür ve ölçülecek elemanın uçlarına paralel bağlanır.
• Elektrik akımı (I): Bir iletkenin kesitinden birim zamanda geçen yük miktarıdır. Birimi amper (A) olup ampermetre ile ölçülür ve devreye seri bağlanır.
• Direnç (R): İletkenin akım geçişine karşı gösterdiği zorluktur. Birimi ohm (Ω) değeridir.
• İletken direnci; uzunluğuyla doğru, kesit alanıyla ters orantılıdır ve maddenin cinsine ile sıcaklığa bağlıdır.

I = q / t

Ohm Yasası

Sıcaklığı sabit bir iletkenin uçları arasındaki potansiyel fark arttıkça, üzerinden geçen akım da aynı oranda artar. V–I grafiği başlangıçtan geçen doğrudur ve eğimi direnci verir. Bu nedenle V/I oranı sabittir ve bu oran iletkenin direncidir.

V = I · R

Sık yapılan hata: Direnç, uçlarındaki gerilime ve geçen akıma bağlı değildir. V iki katına çıkınca I de iki katına çıkar, R değişmez. R yalnızca uzunluk, kesit, madde cinsi ve sıcaklığa bağlıdır.

Seri ve Paralel Bağlama

Dirençler seri veya paralel bağlanabilir. Bu bağlantı türü devredeki akımın ve potansiyel farkın nasıl dağıldığını belirler. Eşdeğer direnç, devredeki dirençlerin yerine konulduğunda üretecin çektiği akımı değiştirmeyen tek dirençtir.

Seri: Reş = R₁ + R₂ + ... | Paralel (iki direnç): Reş = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂)

• Aynı değerde n tane R direnci paralel bağlanırsa Reş = R / n olur.
• Seri bağlı devrede bir direnç koparsa devre açılır ve akım tamamen kesilir.
• Paralel bağlı devrede bir kol koparsa diğer kollar çalışmaya devam eder. Evlerdeki prizler bu yüzden paralel bağlıdır.
• Seri devreye direnç eklenirse Reş artar ve akım azalır. Paralel devreye direnç eklenirse Reş azalır ve ana koldaki akım artar.

Üreteçlerin Bağlanması

Aynı özellikteki üreteçler (piller) bağlanma türüne göre devreye farklı potansiyel fark sağlar. Burada iç direnç ihmal edilir.

• Seri bağlama (bir pilin + ucu diğerinin − ucuna): Potansiyel farklar toplanır, Vtoplam = V₁ + V₂ + ... Aynı n pil için Vtoplam = n · V olur. Pillerin ömrü paralele göre kısadır.
• Paralel bağlama (aynı kutuplar birbirine): Devreye sağlanan potansiyel fark tek pilinki kadardır, Vtoplam = V. Her pilden geçen akım azalır ve piller daha uzun süre dayanır.
• Ters bağlanan seri pillerde potansiyel farklar birbirini götürür; büyükten küçük çıkarılır.

Çözümlü örnek: 1,5 V’luk 3 özdeş pil seri bağlanıp 9 Ω’luk dirence bağlanıyor. Vtoplam = 3 · 1,5 = 4,5 V ve I = 4,5 / 9 = 0,5 A olur. Piller paralel bağlansaydı V = 1,5 V ve I = 1,5 / 9 ≈ 0,17 A olurdu.

Elektrik Akımının Tehlikeleri ve Topraklama

• Vücuttan geçen akım kas kasılmasına, yanıklara ve kalp ritminin bozulmasına yol açabilir. Yüksek değerlerde ölüm riski vardır.
• Aşırı akım tellerin ısınmasına ve yangına neden olur. Aynı prize çok sayıda cihaz takmak, paralel bağlı cihazların toplam akımını artırır ve bu riski büyütür. Bu nedenle sigorta kullanılır.
• Önlemler: Islak elle elektrikli aletlere dokunmamak, yalıtımı bozuk kablo ve prizleri kullanmamak, bakım ve onarımdan önce elektriği kesmek, uygun sigorta ve kaçak akım rölesi kullanmak, kullanılmayan prizleri koruyucu kapakla kapatmak.
• Düşen yüksek gerilim hattına yaklaşmamak ve yetkililere haber vermek.

Topraklama, elektrikli cihazın metal gövdesinin iletken bir telle yere bağlanmasıdır. Yalıtım bozulup gövde elektrik yüklenirse akım insan yerine düşük dirençli toprak hattından yere akar. Böylece kişi elektrik çarpmasından korunur ve sigorta atarak devreyi açabilir.

Sık yapılan hata: Topraklı fişin toprak ucunu kırmak ya da toprak hattı olmayan prize adaptörle takmak korumayı ortadan kaldırır ve tehlikelidir.