ReiS_
Üye
- Katılım
- 14 Eyl 2007
- Mesajlar
- 180
- Puanları
- 1
- Yaş
- 45
Elektirik Devresi Nedir Tanımı Nedir
Elektrik Devresi Nedir
Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilipdüzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzeneğe bir elektrik devresi denir.
Elektrik Devresinin Elemanları
Üreteç
Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller devredeki üreteçlerdir.
Anahtar
Devreye akım vermeye ve akımı kesmeye yarar.
Lamba
Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.
Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.
Devre Elektirik
Bir elektrik donanımını oluşturan bağlantılar ve bileşenleri topluca belirten terim. Elektrik devresi elektrik akımına (elektrik yüklü akışına) yol sağlamak için biri birine bağlanmış bileşenlerden oluşur. Elektrik çoğu kez ışık ses ya da ısı gibi farklı bir enerji türü üretmekte kullanılır.
Devrenin Bölümleri
Elektrik devrelerinin çoğunda dört ana bölüm vardır (1) kimyasal pil üreteç ya da güneş pili gibi bir elektrik enerjisi kaynağı; (2) lamba motor ya da hoparlör gibi bir yük (yada çıktı aygıtı); (3) elektrik enerjisi kaynaktan yüke taşımak için bakır yada alüminyum tel gibi iletkenler ;(4) enerjinin yüke akışını denetlemek için röle anahtar ya da termostat gibi denetim aygıtı.
Basit bir elektrik devresi elektriksel bileşenlerin çizimlerini kapsayan resimsel bir şekille (A) ya da elektrikçilerin belirli bileşenleri tanımlamakta kullandıkları bağlantılı standart simgelerden oluşan bir çizimle (B) gösterilebilir.
Gerek DA (yönü değişmeyen doğru akım) gerek AA (yönü periyodik olarak terselen dalgalı akım yada alternatif akım) olabilen kaynak devreye bir elektromotor kuvvet (emk) uygular. Bu emk volt(V) olarak ölçülür ve basınca benzer; belli bir devreden geçecek (amper olarak ölçülen ) akım miktarını belirler. Dünyanın çeşitli ülkelerinde kullanılan normal voltajlar genellikle 50 - 60 hertz frekansta 110 ya da 220 V' dur.
Devreler seri paralel seri-paralel ve karmaşık olarak dört genel tipe ayrılabilir. Bunların tümü DA ya da AA bir kaynaktan beslenebilir.
Yılbaşı ağacı ampulleri gibi seri bağlanmış bir doğru akım devresinde bütün dirençler ya da ışıklar (ampuller) ardışık olarak bağlanır .Her ışıkta oluşan voltaj düşmesi elektrik akışına gösterdiği dirence bağlıdır. Aynı akım bütün ışıklardan geçtiği için ışıklardan biri sönerse öbür ışıklara akım geçişi kesilir
Doğru Akım Devreleri
Seri devre
Seri devrede akımın gidebileceği yalnızca bir yol vardır;akım kaynağın bir ucundan çıkar yükten (çıktıdan) geçerek kaynağın öbür ucuna döner. Metal iletkenli bir devrede bu akım kaynağın negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru çok yavaş elektron akışından oluşur. Bazı yarı iletkenli aygıtlarda örneğin transistörlerde ve yarı iletken diotlarda artı yüklerde karşıt yönde hareket eder. Bu geleneksel diye adlandırılan ve artıda eksiye doğru aktığı varsayılan akımla çakışır.
En basit doğru akım devrelerinden biri olan el feneri seri devreye örnek verilebilir. Böyle bir anlatmak için devre bileşenlerinin fiziksel görünüşlerini benzer çizimlerin yer aldığı resimsel bir şekil kullanılabilir. Elektrikçilerin ve teknisyenlerin yeğledikleri bir yöntemde bağlantılı simgelerden oluşan bir çizim kullanmaktır;böyle bir çizimde her simge bir elektriksel bileşeni temsil eder.
El fenerinde elektrik kaynağı her birinin emk'sı 1'5 Volt olan ve devreye 3 Volt sağlayan seri bağlanmış iki kuru pildir.3 Voltluk bir ampul devrenin çıktısını oluşturur ve kaynak ile çıktı (yük) arasına sürgülü bir anahtar bağlanır. Bu durumda içine kuru pillerin konulduğu tüp biçimindeki metal gövde iletim yolunu oluşturur. Anahtar açıkken akım geçmediği için ampul yanmaz. Ancak anahtar kapalı iken devre tamamlanır ve devreden akım geçerek ampulü yakar. Akım ampulün flamanını ısıtarak akkor haline getirir;bu durumda ampul ısının yanı sıra ışıkta yayar.
Böyle bir devreden geçen akım ampulle seri bağlanmış bir ampermetre ile ölçülürse kızgın flamanın direnci om yasası ile hesaplanabilir. Bu yasa doğru akım elektrik devresindeki üç nicelik arasında bağıntı kuran bir denklemdir. Bu denklemde voltaj(gerilim) V ile akım şiddeti I ile direnç R ile gösterilirse buna göre Om yasası birbiri ile eş değerli olan 3 biçimde yazılabilir:
V=I*R R=V/I I=V/R
Örneğin el fenerinin 3Vluk kaynakktan aldığı akım 0.1 A ise ampulün R direnci 30W olur. Voltaj iki pile bağlanmış bir voltmetre ile ölçülebilir. Ampulün direnci ampule bir ohmmetre bağlanarak anahtar açıkken ölçülebilir.Soğuk direnç denilen bu değer 30W mun çok altında bulunur. Çünkü flaman yüksek bir sıcaklığa ulaştığında direnç önemli ölçüde artar.
Sık rastlanan bir başka seri devre örneğide yılbaşı ağaçlarını süslemede kullanılan küçük ampuller bağlanan ışık telidir. Böyle düzenlemenin sakıncası bir ampul sönerse elektriksel yolun kopması ve bütün ışıkların sönmesidir.Daha iyi bir düzenleme söndüğü zaman kısa devre oluşturan yani akıma direnci sıfır olan ampuller kullanılmasıdır. Bu ampullerden biri sönerse diğeri yanmayı sürdürür. Kirchhoff yasası nedeniyle kalan ampullerin tümünde daha çok voltaj vardır ve devreden daha çok akım geçer. Çünkü Kirchhoff yasasına göre tamamlanmış bir devredeki voltaj düşüşlerinin toplamı uygulanan emk ya eşit olmak zorundadır. Seri bağlanmış bir devreye Ohm yasası uygulandığında bütün seri dirençlerin toplam direnci R dir. Böyle bir devrede tüketilen toplam güç ampullerin her birinde harcanan ayrı ayrı güçlerin toplamıdır.
Paralel devre
Paralel bağlanmış bir devrenin ayırıcı özelliği bütün çıktıların (ya da yüklerin) kaynakla aynı voltajda ve birbirinden bağımsız olarak çalışmasıdır. Yani çıktıların biri devreden çıkarılırsa öbürleri bundan etkilenmez. Otomobillerde kullanılan elektrik sistemi DA Paralel devresine örnek verilebilir; bu sistemde akünün sağladığı 12 V'luk voltaj aynı anda ateşleme sistemine farlara park lambalarına radyoya ve klimaya elektrik enerjisi sağlar.
Paralel bir sisteme başka bir yük (çıktı) eklenirse akım için yeni bir yol oluşturur. Ve bu nedenle kaynaktan gelen toplam akım artar. Bu Kirchhoff'un akım yasasının bir uygulamasıdır; söz konusu yasaya göre herhangi bir noktadan devreye giren akımların toplamı o noktadan çıkan akımların toplamına eşittir. Başka bir direnç Paralel bağlandığında paralel devrenin birleşik direnci belirgin biçimde azalır. Seri devrede olduğu gibi paralel devrede de toplam güç ayrı ayrı güçlerin toplamından oluşur.
Otomobilin elektrik sistemi gibi doğru akımlı bir Paralel devrede bütün rezistörler ya da yükler parelel dallarla ortak bir güç kaynağına bağlanır. Her yük aynı voltajdadır; ama direncine bağlı olarak farklı miktarda akım çeker.
Seri-Paralel Devre
Seri-paralel devreler bazı bileşenlerin birbirleriyle paralel bağlandığı paralel birleşimlerinse başak bileşenlerle seri halde bulunduğu devreler olarak tanımlanabilir. Kaynağa seri bağlanmış bir anahtar ve bir sigorta ya da devre kesici ile paralel bağlanmış bir çok bileşen böyle bir devre oluşturur.
Karmaşık Devreler
Yalnızca seri ya da sadece paralel bileşimlerden oluşan bölümlere ayrılabilen bir devreye “Karmaşık Devre” denir. Bir direncin ölçülmesinde kullanılan Wheatstone köprüsü adındaki devre buna iyi bir örnektir. Bu devre temel olarak bir karenin dört kenarını oluşturan birbirine bağlanmış dört rezistörden oluşur. Çapraz köşelerin ikisine bir voltaj kaynağı öbür ikisine ise belli bir direnci olduğu bilinen bir galvanometre bağlanır. Ancak köprü devresi dengede olduğunda galvanometreden hiç akım geçmediğinde devre seri paralel bileşimidir. Toplam direnci bulmak amacıyla böyle bir devreyi çözümlemek için özel teknikler gereklidir.
Otomobilin ateşleme sisteminde ya da fotoğraf makinesinin fotoflaşında olduğu gibi doğru akım devrelerine indükleçler ve kondansatör bağlanabilir. Böyle uygulamalarda önemli olan geçici tepkidir; çünkü doğru akım bakımından bir kondansatör (sürekli durum koşullarında) açık devre demektir ve bir indükleç içinden geçen akım değişken olmadıkça hiçbir etki göstermez. Ama indüktans ve kapasitansın etkileri dalgalı akım devrelerinde çok daha önemlidir. Çünkü dalgalı akımda voltaj ve akım sürekli değişmektedir.
Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilip düzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzenek bir elektrik devresi denir.
lamba anahtar üreteç
Elektrik Devresinin Elemanları
Üreteç
Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller devredeki üreteçlerdir.
Anahtar
Devreye akım vermeye ve akımı kesmeye yarar.
Lamba
Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.
Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.
iletken Yarı iletken Süperiletken Ve Yalıtkanlar
İletken Yalıtkan Yarıiletken
Elektirigi geçiren Maddelere iletken denir . Atomun en dış yörüngesinde 3 veya daha az valance elektrou bulundururlar. Metaller Ametaller Alaşımlar ve sıvı ıletkenler vardır.
Yalıtkan elektriği iletmeyen maddelere denir. Atomun en dışında 5 veya daha fazla elektron bulunduran maddelerdir. Dogal Yapay Plastik Gaz Sıvı gibi çeşitleri mevcuttur.
Yalıtkanlara göre daha iletken iletkenlere göre daha yalıtkan maddelerdir . Germenyum Silisyum Galyum Arsenur İndiyum Fosför gibi çeşitler mevcuttur .
İletkenlik
Maddeye uygulanan E elektrik alanının maddeyi aşıp geçen İ akım şiddetine oranına iletkenlik adı verilir ve I / E olarak yazılır. Bakırın iletkenliği 6x108 iken Polietilen ‘in iletkenliği 10x10-12 dir. Yani bakır poliüretene göre 1020 defa daha fazla iletkendir.
İletkenlik bir maddenin ısı ve elektriği iletip iletmemesi olayıdır. Katı ve sıvılarda ayırt edici bir özelliktir. gazlarda ise değildir. Demir bakır grafit. lehim gibi maddeler elektriği iyi ilettiği halde; Elmas hava saf suplastik gibi maddeler iyi iletmezler. Onun için iletkenlik katı ve sıvılarda ayırt edicidir.
Elektrik İletkenliği
Bir maddenin üzerinden geçen elektrik akımına karşılık o maddenin elektrik akımına gösterdiği kolaylıktır. Yani maddeden elektrik akımı ne kadar kolay geçerse (direnci ne kadar az ise) o madde o kadar iyi iletkendir.
Suda moleküller halinde çözünen maddelerin sulu çözeltileri iletken değildir. Ancak buda iyonlaşan ileşiklerin sulu çözeltileri iletkendir. şekerli su iletken değildir ama tuzlu su iletkendir.
Maddelerde Elektrik İletkenliği
1- Elektron hareketi ile olur. Buna birinci sınıf iletkenlik denir. Metallerde ve alaşımlarda görülür. Bu maddeler katı sıvı ve gaz hallerin hepsinde iletkendirler.
2- İyonların hareketi (göçü) ile olur. Buna ikinci sınıf iletkenlik denir. Asit baz ve tuzların sulu çözeltilerinde görülür.
İletkenler
Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye Valans Yörünge üzerinde bulunan elektronlara da Valans Elektron denir. Valans elektronlar Atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 'den büyük olan maddeler yalıtkan 4 'den küçük olan maddeler de iletkendir. Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır. Bu da bakırın iletken olduğunu belirler. Bakırın iki ucuna bir eletrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder. Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır. En iyi iletken altın daha sonra gümüştür. Fakat bunların maliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik iletiminde kullanılmamaktadır.
Yalıtkanlar
Yalıtkan maddelerin atomlarının valans yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girdiği için elektron alıp verme gibi bir istekleri yoktur. Bu sebeplede elektriği ilemezler. Yalıtkan maddeler iletken maddelerin yalıtımında kullanılır. Yalıtkan maddelere örnek olarak tahta cam ve plastiği verebiliriz. İsterseniz bu örnekleri arttırabilirsiniz.
Yalıtkanlar elektrik akımını iletmeyen maddelerdir. Yalıtkan maddeler bazı şartlarda iletken hale gelebilirler örneğin çok yüksek potansiyel farkı yalıtkan bir maddeyi iletken hale getirebilir. Yalıtkan madde atomlarının son yörünge elektronları atom dışına çıkamazdolayısı ile moleküller arasında dolaşamaz ve elektrik iletilmemiş olur.
Yarı İletkenler
Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur. Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 'e çıkarma çabasındadırlar. Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları Kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar. Aşağıdaki şekilde Kovalent bağı görebilirsiniz. Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyuma kristallik özelliği kazandırır. Silisyum maddeside özellik olarak germanyumla hemen hemen aynıdır. Fakat yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır. Silisyum ve Germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkı katılarak Pozitif ve Negatif maddeler elde edilir. Pozitif (+) maddelere P tipi Negatif (-) maddelerede N tipi maddeler denir.
N Tipi Yarı İletken
Arsenik maddesinin atomlarının valans yörüngelerinde 5 adet elektron bulunur. Silisyum ile arsenik maddeleri birleştrildiğinde arsenik ile silisyum atomlarının kurdukları kovalent bağdan arsenik atomunun 1 elektronu açıkta kalır. Aşağıdaki şekilde açıkta kalan elektronu görebilirsiniz. Bu sayede birleşimde milyonlarca elektron serbest kalmış olur. Bu da birleşime Negatif Madde özelliği kazandırır. N tipi madde bir gerilim kaynağına bağlandığında üzerindeki serbest elektronlar kaynağın negatif kutbundan itilip pozitif kutbundan çekilirler ne gerilim kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru bir elektron akışı başlar.
P Tipi Yarı İletken
Bor maddesininde valans yörüngesinde 3 adet elektron bulunmaktadır. Silisyum maddesine bor maddesi enjekte edildiğinde atomların kurduğu kovalent bağlardan bir elektronluk eksiklik kalır. Bu eksikliğe Oyuk adı verilir. Bu elektron eksikliği karışıma Pozitif Madde özelliği kazandırır. P tipi maddeye bir gerilim kaynağı bağlandığında kaynağın negatif kutbundaki elektronlar p tipi maddeki oyukları doldurarak kaynağın pozitif kutbuna doğru ilerlerler. Elektronlar pozitif kutba doğru ilerlerken oyuklarda elektronlerın ters yönünde hareket etmiş olurlar. Bu kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru bir oyuk hareketi sağlar.
Azınlık ve Çoğunluk Taşıyıcılar
Silisyum ve germanyum maddeleri tamamiyle saf olarak elde edilememektedir. Yani maddenin içinde son yörüngesinde 5 ve 3 elektron bulunduran atomlar mevcuttur. Bu da P tipi maddede elektron N tipi maddede oyuk oluşmasına sebep olur. Fakat P tipi maddede istek dışı bulunan oyuk sayısı istek dışı bulunan elektron sayısından fazladır. Aynı şekilde N tipi maddede de istek dışı bulunan elektron sayısı istek dışı bulunan oyuk sayısından fazladır. İşte bu fazla olan oyuk ve elektronlara Çoğunluk Taşıyıcılar az olan oyuk ve elektronlara daAzınlık Taşıyıcılar denir. Azınlık taşıyıcılar yarı iletkenli elektronik devre elemenlarında sızıntı akımına neden olur. İçeriğinde çok sayıda yarı iletkenli devre elemanı bulunduran entegrelerde fazladan gereksiz akım çekimine yol açar ve bu da elemanın ısınmasına hatta zarar görmesine neden olur.
yarı iletken
madde düşük sıcaklıklarda metallere göre elektriği çok az ileten yüksek sıcaklıklarda derecelerinde yalıtkan maddelere göre daha iletken olan maddelerdir. Elektronikte en çok kullanılan yarıiletken maddeler şunlardır.
Germanyum
Silisyum
Galyum Arsenür
İndiyum Fosfür
Burada bahsedilen ve elektronikte kullanılan yarıiletken ailesinin elemanlarını yapmakta kullanılan maddeler bir katkılama işlemine tabi tutulurlar. Düşük sıcaklıklarda bir yalıtkan olan silisyum 20 santigrat derecede yalıtkanlara göre bir milyon kere daha iletkendir. Ama iletkenliği metallere göre ise 100 milyon kere daha azdır. Katkılama işlemi son yörüngesinde 3 veya 5 elektron taşıyan bir maddeden az bir miktar ile yukarıda bahsedilen maddelerin karıştırılması sonucu olur. Silisyum dış yörüngede 4 elektron taşırbir silisyum kristali içine milyonda bir oranında azot veya fosfor gibidış yörüngede 5 elektron taşıyan bir madde katılırsakristal yapı içinde yer değiştirebilen elektronlar bulunur ve N tipi yarıiletken oluşur. Bu iş için arsenik ve antimon da kullanılan maddelerdendir. Eğer katkı maddesi olarak son yörüngede 3 elektron taşıyan bor veya alüminyum kullanılırsa o zaman oluşan madde elektrondan fakirdir ve elektron soğurur bu tip yarıiletken maddeye P tipi yarıiletken denir. Burada elektron taşıyıcıları pozitif oyuklardır. Bu iş için kullanılan maddeler arasında indiyum da mevcuttur. Bu şekilde elde edilen P ve N tipi maddelerin çeşitli şekilde yanyana getirilmesi ile çok değişik yarıiletken devre elemanları yapılabilmektedir.
Süperiletkenlik
Elektronun keşfinin ortaya çıkardığı en önemli sonuçlardan birisi süperiletkenliğin bulunmasıdır. Elektrik akımı yani elektronların akışı iletken kablolar yardımıyla sağlanır. Fakat bu metal kabloların elektriksel dirençleri vardır ve akımın telden akması sırasında bu direnç nedeniyle enerjilerinin bir kısmı atık ısıya dönüşür.
Süperiletken malzemelerde ise neredeyse hiç elektriksel direnç yoktur. Dolayısıyla elektrik akımı bir süperiletkenden hiç enerji kaybına uğramadan akabilir.
Süperiletkenliğin keşfi yüzyılımızın başlarında oldu. Danimarkalı fizikçi Kamerlingh Onnes 1908 yılında mutlak sıfırın birkaç derece üstündeki sıcaklıklarda civanın elektriksel direncini ölçerken 42 °K'de direncin aniden sıfıra gittiğini gözledi. Daha sonraları bu mükemmel iletkenliğe keskin geçişin başka metal ve alaşımlarda da olduğu bulundu ve bu olguya süperiletkenlik adı verildi.
Bir metal özelliklerine bağlı olarak değişen ve geçiş sıcaklığı adı verilen belli bir sıcaklıkta süperiletken hale gelir. Örneğin çinko için bu sıcaklık 088 °K iken kurşun için 7,2 °K dir.
Süperiletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir: Süperiletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri örgüde kusurlara neden olur. Bunun sonucunda normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.
Cooper Çiftleri adı verilen bu elektron çiftlerinin saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur. Üstelik bu çiftlerin saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır. Bu çiftler süperiletkenliğin sorumlusudur. Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik temelde saçılmaya bağlıdır; ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.
Süperiletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması yüzyılımızın ortalarında John Bardeen Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı.
İletkenlerin direnci
Devreye uygulanan gerilim ve akım bir uçtan diğer uca ulaşıncaya kadar izlediği yolda birtakım zorluklarla karşılaşır. Bu zorluklar elektronların geçişin etkileyen veya geçiktiren kuvvetlerdir. İşte bu kuvvetlere DİRENÇ denebilir. Kısaca ohm ile gösterilir
İlk olarak direncin tarifiyle başlayalım. Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir. Genel olarak R harfi ile sembollendirilir. Birimi ise W Ohm' dur.Aşağıdaki gibi çeşitli sembollerle gösterilir. Ohm Kanunu Kapalı Bir elektrik devresinde direnç ; devre gerilimi ile devreden geçen akımın bölümüne eşittir Elektriksel devrelerde kullanılan direnç
Kapalı Bir elektrik devresinde gerilim; devre direnci ile devreden geçen akımın çarpımına eşittir Kapalı Bir elektrik devresinde akım; devre gerilimi ile devre direncinin bölümüne eşittir gibi üç sekilde ifade edilir. Yeri gelmişken gerilim ve akımıda tanımlayalım:
Gerilim
Bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki potansiyel farka gerilim denir.Gerilim genellikle U harfi ile sembollendirilir Fakat bazı kaynaklarda E olarak da gösterilebilir.Birimi ise V Volt' tur. Akım:Bir elektrik devresinde serbest elektronların bir taraftan diğer tarafa yer değiştirmesidir.Bu yer değiştirme güç kaynağı içinde - den + ya doğru olur devre içinde ise + dan - ye doğru olur.Buna elektron akışı - akım denir.Akım I harfi ile sembollendirilir Birimi ise A Amper' dir.
Ohm Kanunun formülsel ifadesi ise şöyledir; R = U / I Û W = V / A Direnç Şekilleri ve yapıları Dirençler yapıldıkları malzemeye göre; 1. Karbon Dirençler 2. Telli Dirençler olarak ikiye
Kullanılışlarına Göre ise
1. Sabit Dirençler
2. Ayarlı Dirençler olarak ikiye ayrılırlar.
Dirençler şekildeki gibi tasarlandıkları gibi farklı maddelerden farklı şekil ve bağlantılarla da tasarlanabilirler;
Carbon Dirençler
Şekilde görülen basit devre direncidir.
Güç Dirençleri
Yüksek güçlü akımlar altında da rahatlıkla çalışırlar.
Potansiyometre
Üç uçlu ayarlanabilir bir dirençtir Bu dirençlerin hacimlerinin ufak olması ve sabitsel olarak kodlanabilmesi için renksel direnç kodları oluşturulmuştur aşağı da bu kodları inceleyip hesap yapan siteler mevcuttur;
4 Bandlı Direnç hesabı için
5 Bandlı Direnç hesabı için
Bu dirençlerin hacimlerinin ufak olması ve sabitsel olarak kodlanabilmesi için renksel direnç kodları oluşturulmuştur aşağı da bu kodları inceleyip hesap yapan siteler mevcuttur;
Bir direncin iç yapısı
Devrede bulunan elemanlar üzerinden geçen akım ve oluşan gerilim elemanların bağlantı şekillerine göre ikiye ayrılabilir;
Seri Bağlama
Elemanlar üzerinden akım geçerken bir sırayı takip ediyprmuş gibi önce birinden sonrada diğerinden geçerek gider. Akımlar sabit Gerilimler farklıdır. Örnek şekil aşağıdadır.
Paralel Bağlama
Elemanlar ardarda değil de yan yan bağlanmıştır akım aynı anda ikisinden birden geçebilir. Gerilimler aynı Akımlar farklıdır. Örnek şema aşağıdadır.
Ayarlı dirençlerin 1A akım değerine kadar kullanılanlarına potansiyometre 1A den büyük akımlarda kullanılarına ise reosta adı verilir. 1A akım değerine kadar kullanılan Sabit direnç ve potansiyometrelerin yapımında karbon maddesi kullanılır. 1A den büyük akımlarda kullanılan Sabit direnç ve reostaların yapımında ise konstantan kentol ve mag- nezyum maddeleri kullanılır.
Ayrıca bazı özel dirençlerde bulunmaktadır. 1. Sanayide bilgisyarlarda hesap makinelerinde ve çeşitli modüllerde kullanılan entegre tipi dirençler 2.Üzerine düşen ışık şiddetiyle ters orantılı olarak direnci değişen LDR (foto direnç) Foto direncin üzerine düşen ışık şiddeti azaldıkça direnci artar ışık şiddeti arttıkça direnci azalır. Doğru ve Alternatif akımda da kullanılabilir. 3.Bulunduğu ortamdaki sıcaklıkla direnci değişen NTC ve PTC (termistör) NTC Negatif Sıcaklık Katsayılı dirençtir.
Bulunduğu ortamdaki sıcaklık arttıkça direnci düşer sıcaklık azaldıkça direnci artar. PTC Pozitif Sıcaklık Katsayılı dirençtir.Bulunduğu ortamdaki sıcaklık arttıkça direnci artar sıcaklık azaldıkça direnci düşer. Dirençlerde Birim Dönüşümleri 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW 1 MW = 1.000.000 W
Dirençlerin Bağlantıları
1. Seri Bağlantı
Bu bağlantıda dirençler birer ucundan birbirine eklenmiştir.Her dirençten aynı akım geçer. Toplam direnç (RT) ise dirençlerin cebirsel toplamına eşittir.
Dirençlerin uc-uca bağlanmasına seri bağlama denir. Seri bağlamada eşdeğer direnç dirençlerin skaler toplamı kadardır.
Reş=R1+R2+R3+...
I=I1=I2=I3=...
V=V1+V2+V3+...
Seri elektrik devrelerinde her bir dirençten geçen akım şiddeti ana koldan geçen akım şiddeti kadardır. Ayrıca her bir direnç üzerindeki potansiyel farklarının toplamı devrenin potansiyel farkına eşittir.
2. Paralel Bağlantı
Bu bağlantıda dirençlerin uçları birbirine bağlanmıştır. Her dirençten değeriyle o- rantılı olarak farklı akım geçer. Toplam direnç (RT) ise dirençlerin bire bölümlerinin toplamına eşittir. 3. Karışık Bağlantı : Bu bağlantıda dirençler seri ve paralel olarak bağlanmıştır.Toplam direnç (RT) ise paralel dirençlerin seriye çevrilip ( önce paralel kolların toplam direncini bularak ) seri dirençlerin cebirselidir.
Paralel elektrik devrelerinde her bir koldan geçen akım şiddetlerinin toplamı ana koldan geçen akım şiddetine eşittir.
I+I1+I2+I3+...
Ayrıca her bir direnç üzerindeki potansiyel farkı kollara uygulanan potansiyel farkına eşittir.
V=V1=V2=V3=...
Dirençlerin birer uçları aynı noktaya bağlanmak suretiyle yapılan bağlamaya paralel bağlama denir. Paralel bağlamada eşdeğer direncin tersi dirençlerin tersleri toplamına eşittir.
Eğer paralel bağlı dirençlerin sayısı iki ise eşdeğer direnç kısaca ile hesaplanabilir.
Akım Şiddeti(I)
Bir iletkenin birim kesitinden birim zamanda geçen yük(q) miktarına akım şiddeti denir.
q: yük miktarı (C)
t: zaman (s)
I: akım şiddeti (A)
Elektrik akımının yönü elektronların hareket yönünün tersi olarak kabul edilmektedir.
Ampermetre
Herhangi bir devre elemanından geçen akım şiddetini ölçmek için kullanılır. İç direnci çok küçük olup devreye seri bağlanır. İç direnci çok küçük (yaklaşık sıfır) olduğundan üreteçten çekilen akımı etkilemez.
Direnç(R): Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir.
Birimi ohm(W)'dur. Direnç sembolü ile gösterilir.
Bir iletkenin Direnci
1. İletkenin uzunluğu(l) ile doğru orantılıdır.
2.İletkenin kesiti ile ters orantılıdır.
3.İletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır.
S=pr2 (kesit)
r: özdirenç (iletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlı bir sabit)
Reosta
Üzerideki sürgü vasıtasıyla değeri değişebilen dirence reosta denir. Reostada 3 uç vardır.
1.Sürgü 1 yönünde hareket ederse A-B arasındaki direnç azalırken B-C arasındaki direnç artar.
2.Sürgü 2 yönünde hareket ederse A-B arasındaki direnç artarken B-C arasındaki direnç azalır.
3.A-C arasındaki direnç sabittir.
RAC=RAB+RBC=sabit
Direnç Renk Kodları
1 . Sayi 2 . Band
2 . Sayi 3 .Band
Carpan 4 . Band
Tolerans
Renksiz +-20%
Gümüs x 0.01+-10%
Altin x 0.1+-5%
Siyah 0 1
Kahverengi11x 10+-1%
Kirmizi22x 100+-2%
Turuncu33x 1000
Sari44x 10000
Yesil55x 100000+-0.5%
Mavi66x 1000000+-0.25%
Mor77x 10000000+-0.1%
Gri88x 100000000
Beyaz99x 1000000000
Elektirik Motoru
Elektrik motorlarının ve jeneratörlerin çalışma ilkeleri birincisi Amper ikincisi de Faraday tarafından keşfedilip formüllendirilmiş olan iki olguya dayanıyor:
1. Bir manyetik alan içerisine yerleştirilmiş bulunan düz bir iletken tel üzerinden akım geçirildiğinde; manyetik alan tarafından bu akımın manyetik alana dik olan bileşeni üzerinde bir kuvvet etki ettirilir. (Eğer tel düz değil de herhangi bir şekle sahipse telin minicik düz parçaların ucuca eklenmesiyle oluştuğu düşünülebilir: Ki bu durumda söz konusu kuvvet bu minicik ‘düz' parçalar üzerindeki ayrı ayrı kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir.)
2. İletken bir tel bir manyetik alana dik olarak hareket ettirildiğinde bu telin iki ucu arasında bir gerilim oluşur.
Birinci olgudan hareketle elekromanyetik enerji mekanik enerjiye; ikinci olgudan hareketle de mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik motorları ve jeneratörler genellikle her iki olguyu birlikte kullanırlar.
Şimdi basit bir doğru akım (DC) motoruna bakalım. Eğer; örneğin bir çivi alıp üzerine tel sararak bir veya daha fazla sayıda ‘halka' oluşturduktan sonra telin uçlarını bir pile bağlarsak çivi bir elektromıknatısa dönüşür. Bu mıknatısın kuzey kutbu sağ el kuralına göre belirlenir. Yani eğer sağ elimizin diğer parmaklarını çivi üzerindeki sarımlardan geçen akımın yönünde bükersek başparmak manyetik alan yönüyle çakışmış ve kuzey kutbuna işaret ediyor olur.
Öte yandan varsayalım ki çivi yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi; ortasından geçen ve iki ucu sabit yuvalara oturtulmuş dikey bir eksenle askıya alınmış olsun. Eğer pil bağlantıları şekilde gösterildiği gibi ise elektromıknatısın kuzey kutbu sabit U mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor olur ve bu ikisi birbirini iter. Bu durumda çivi dikey eksen etrafında dönmeye başlar ve güney kutbu U mıknatısın kuzey kutbunun karşısına gelince yavaşlar. Tam bu konuma geldiğinde hemen durmaz: Biraz daha ileri gittikten sonra durup fazlaca geri döner ve bir süre ileri geri salınımlar yaptıktan sonra durur.
Halbuki tam bu sırada akımın yönü değiştirilse elektromıknatısın kutupları değişecek ve bu kutuplar sabit U mıknatısın artık zıt değil de benzer kutuplarına bakıyor olduklarından çivi yine itilerek dikey eksen etrafında dönmeye devam edecektir. Dönme yönünü pilin nasıl bağlandığı belirler ve bağlantı uçları değiştirildiğinde çivinin dönme yönü tersine döner.
Ancak akım yönünü değiştirmek için pil bağlantılarını değiştirmek uygulama açısından hiç de kolay veya rahat değildir. Bu amaçla çivinin üzerindeki tel sarımların pille bağlantısı bir komütatör aracılığıyla sağlanır. Hem de böylelikle aşağıda göreceğimiz gibi; çivi döndükçe pilden gelen bağlantıların çiviyle beraber dönüp birbirine sarılması ve pili de dönmeye zorlaması önlenir.
Tabii ki U şeklindeki sabit bir mıknatıs yerine zıt kutupları birbirine bakan sabit iki çubuk mıknatıs da kullanılabilir. Hatta bu sabit mıknatıslar da elektromıknatıs olabilecekleri gibi sayıları ikiden fazla da olabilir. Sabit mıknatıslara durağan' anlamında ‘statör' hareketli elektromıknatısa ise dönen' anlamında rotor' denilir.
Öte yandan gerçek bir elektrik motorunda çivinin yerini soldaki şekilde gösterilen ve armatür' denilen bir parça alır. Yarım daire şeklinde bükülmüş bulunan ve birbiriyle örtüşmedikleri gibi hatta buluşmayan iki dikdörten plakadan oluşan komütatörler bu armatürün dönme ekseni üzerinde sabitlenmiştir. (1. şekilde elektromıknatısa kesiti siyah daire şeklinde gösterilmiş olan dikey dönme ekseninden aşağıya doğru bakılıyor. 2. şekilde elektromıknatıs sabit mıknatıslar arasındaki yatay konumunda gösterilmiş. Üçüncü şekilde ise komutatör plakalarının arasındaki boşluklardan birini net olarak gösterebilmek için tel sarımları gösterilmemiş.)
Dikkat edilecek olursa her üç şekilde de pilden gelen bağlantılar yok. Çünkü bu bağlantılar elektromıknatısın dönüşüne engel olmamaları için aşağıdaki şekilde gösterilen ‘fırça'larla sağlanıyor. Fırçalar komütatör plakalarına serbestçe dokunan yaylı iki tel veya kömür parçasından oluşuyor. Şöyle ki; komütatör plakaları elektromıknatısla birlikte sabit duran bu iki fırçanın arasında dönüyor. Hal böyle olunca fırçalardan her biri sırasıyla bir veya diğer komütatör plakasına değiyor ve bu durum; sarımlardaki akımın yönünü elektromıknatısın sürekli dönmesini sağlayacak biçimde değiştirip duruyor. (Akımın yönünü değiştirmenin başka yolları da var tabii. Örneğin elektromıknatısın dönerken açıp kapattığı bir anahtar vasıtasıyla. Veya AC motorlarda uygun frekanslı alternatif akım kullanarak vb.)
Dolayısıyla bir DC motoru yapmak için; iki sabit mıknatıs bir komütatör iki fırça bir elektromıknatıs ve bir veya daha fazla pil gerekiyor. Bu parçaların hemen hepsini hemen herhangi bir motoru açtığınızda görebilirsiniz.
Ancak bu iki uçlu bir elektromıknatıs kullanan yani iki kutuplu motorun bir sorunu vardır. Eğer motoru çalıştırmak istediğimizde elektromıknatısın güney kutbu o anda tesadüfen sabit mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor ise motor çalışmaya başlayamaz. Bu durumda motorun çalışmaya başlaması için elektromıknatısın bir miktar döndürülmesi gerekir. Bu ise uygulama açısından rahatsızlık verici bir durumdur. Dolayısıyla motorlar hemen daima ayrı sarımlardan oluşan üç (veya daha fazla) kutuplu olarak yapılırlar. Bu durumda kutup sayısı kadar komütatör plakası vardır ve kutuplardan sadece birinin sabit mıknatısın zıt kutbuna bakıyor olması motorun çalışmaya başlamasını engelleyemez.
Ayrıca iki kutuplu bir motorda komütatörün dönmesi sırasında fırçalar bir komütatör plakasından diğerine geçerken tam o sırada kısa bir süre için plakaların ikisine birden değerler. Bu pili kısa devre yapar ve enerjisinin bir kısmının ziyan olmasına yol açar. Halbuki üç kutuplu motorlarda bu sorun da yoktur.
Son olarak alternatif akımla çalışan endüktif' motorlarda sabit mıknatısın yerini statör sarımları' alır. Bu sarımlardan geçen ve birbirlerini faz farkıyla izleyen alternatif akımlar dönen bir manyetik alan yaratırlar ve rotor üzerinde oluşan endüksiyon akımları'nın yarattığı manyetik alan nedeniyle bu dönen manyetik alanla birlikte dönmeye zorlanır
Elektrik Devresi Nedir
Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilipdüzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzeneğe bir elektrik devresi denir.
Elektrik Devresinin Elemanları
Üreteç
Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller devredeki üreteçlerdir.
Anahtar
Devreye akım vermeye ve akımı kesmeye yarar.
Lamba
Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.
Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.
Devre Elektirik
Bir elektrik donanımını oluşturan bağlantılar ve bileşenleri topluca belirten terim. Elektrik devresi elektrik akımına (elektrik yüklü akışına) yol sağlamak için biri birine bağlanmış bileşenlerden oluşur. Elektrik çoğu kez ışık ses ya da ısı gibi farklı bir enerji türü üretmekte kullanılır.
Devrenin Bölümleri
Elektrik devrelerinin çoğunda dört ana bölüm vardır (1) kimyasal pil üreteç ya da güneş pili gibi bir elektrik enerjisi kaynağı; (2) lamba motor ya da hoparlör gibi bir yük (yada çıktı aygıtı); (3) elektrik enerjisi kaynaktan yüke taşımak için bakır yada alüminyum tel gibi iletkenler ;(4) enerjinin yüke akışını denetlemek için röle anahtar ya da termostat gibi denetim aygıtı.
Basit bir elektrik devresi elektriksel bileşenlerin çizimlerini kapsayan resimsel bir şekille (A) ya da elektrikçilerin belirli bileşenleri tanımlamakta kullandıkları bağlantılı standart simgelerden oluşan bir çizimle (B) gösterilebilir.
Gerek DA (yönü değişmeyen doğru akım) gerek AA (yönü periyodik olarak terselen dalgalı akım yada alternatif akım) olabilen kaynak devreye bir elektromotor kuvvet (emk) uygular. Bu emk volt(V) olarak ölçülür ve basınca benzer; belli bir devreden geçecek (amper olarak ölçülen ) akım miktarını belirler. Dünyanın çeşitli ülkelerinde kullanılan normal voltajlar genellikle 50 - 60 hertz frekansta 110 ya da 220 V' dur.
Devreler seri paralel seri-paralel ve karmaşık olarak dört genel tipe ayrılabilir. Bunların tümü DA ya da AA bir kaynaktan beslenebilir.
Yılbaşı ağacı ampulleri gibi seri bağlanmış bir doğru akım devresinde bütün dirençler ya da ışıklar (ampuller) ardışık olarak bağlanır .Her ışıkta oluşan voltaj düşmesi elektrik akışına gösterdiği dirence bağlıdır. Aynı akım bütün ışıklardan geçtiği için ışıklardan biri sönerse öbür ışıklara akım geçişi kesilir
Doğru Akım Devreleri
Seri devre
Seri devrede akımın gidebileceği yalnızca bir yol vardır;akım kaynağın bir ucundan çıkar yükten (çıktıdan) geçerek kaynağın öbür ucuna döner. Metal iletkenli bir devrede bu akım kaynağın negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru çok yavaş elektron akışından oluşur. Bazı yarı iletkenli aygıtlarda örneğin transistörlerde ve yarı iletken diotlarda artı yüklerde karşıt yönde hareket eder. Bu geleneksel diye adlandırılan ve artıda eksiye doğru aktığı varsayılan akımla çakışır.
En basit doğru akım devrelerinden biri olan el feneri seri devreye örnek verilebilir. Böyle bir anlatmak için devre bileşenlerinin fiziksel görünüşlerini benzer çizimlerin yer aldığı resimsel bir şekil kullanılabilir. Elektrikçilerin ve teknisyenlerin yeğledikleri bir yöntemde bağlantılı simgelerden oluşan bir çizim kullanmaktır;böyle bir çizimde her simge bir elektriksel bileşeni temsil eder.
El fenerinde elektrik kaynağı her birinin emk'sı 1'5 Volt olan ve devreye 3 Volt sağlayan seri bağlanmış iki kuru pildir.3 Voltluk bir ampul devrenin çıktısını oluşturur ve kaynak ile çıktı (yük) arasına sürgülü bir anahtar bağlanır. Bu durumda içine kuru pillerin konulduğu tüp biçimindeki metal gövde iletim yolunu oluşturur. Anahtar açıkken akım geçmediği için ampul yanmaz. Ancak anahtar kapalı iken devre tamamlanır ve devreden akım geçerek ampulü yakar. Akım ampulün flamanını ısıtarak akkor haline getirir;bu durumda ampul ısının yanı sıra ışıkta yayar.
Böyle bir devreden geçen akım ampulle seri bağlanmış bir ampermetre ile ölçülürse kızgın flamanın direnci om yasası ile hesaplanabilir. Bu yasa doğru akım elektrik devresindeki üç nicelik arasında bağıntı kuran bir denklemdir. Bu denklemde voltaj(gerilim) V ile akım şiddeti I ile direnç R ile gösterilirse buna göre Om yasası birbiri ile eş değerli olan 3 biçimde yazılabilir:
V=I*R R=V/I I=V/R
Örneğin el fenerinin 3Vluk kaynakktan aldığı akım 0.1 A ise ampulün R direnci 30W olur. Voltaj iki pile bağlanmış bir voltmetre ile ölçülebilir. Ampulün direnci ampule bir ohmmetre bağlanarak anahtar açıkken ölçülebilir.Soğuk direnç denilen bu değer 30W mun çok altında bulunur. Çünkü flaman yüksek bir sıcaklığa ulaştığında direnç önemli ölçüde artar.
Sık rastlanan bir başka seri devre örneğide yılbaşı ağaçlarını süslemede kullanılan küçük ampuller bağlanan ışık telidir. Böyle düzenlemenin sakıncası bir ampul sönerse elektriksel yolun kopması ve bütün ışıkların sönmesidir.Daha iyi bir düzenleme söndüğü zaman kısa devre oluşturan yani akıma direnci sıfır olan ampuller kullanılmasıdır. Bu ampullerden biri sönerse diğeri yanmayı sürdürür. Kirchhoff yasası nedeniyle kalan ampullerin tümünde daha çok voltaj vardır ve devreden daha çok akım geçer. Çünkü Kirchhoff yasasına göre tamamlanmış bir devredeki voltaj düşüşlerinin toplamı uygulanan emk ya eşit olmak zorundadır. Seri bağlanmış bir devreye Ohm yasası uygulandığında bütün seri dirençlerin toplam direnci R dir. Böyle bir devrede tüketilen toplam güç ampullerin her birinde harcanan ayrı ayrı güçlerin toplamıdır.
Paralel devre
Paralel bağlanmış bir devrenin ayırıcı özelliği bütün çıktıların (ya da yüklerin) kaynakla aynı voltajda ve birbirinden bağımsız olarak çalışmasıdır. Yani çıktıların biri devreden çıkarılırsa öbürleri bundan etkilenmez. Otomobillerde kullanılan elektrik sistemi DA Paralel devresine örnek verilebilir; bu sistemde akünün sağladığı 12 V'luk voltaj aynı anda ateşleme sistemine farlara park lambalarına radyoya ve klimaya elektrik enerjisi sağlar.
Paralel bir sisteme başka bir yük (çıktı) eklenirse akım için yeni bir yol oluşturur. Ve bu nedenle kaynaktan gelen toplam akım artar. Bu Kirchhoff'un akım yasasının bir uygulamasıdır; söz konusu yasaya göre herhangi bir noktadan devreye giren akımların toplamı o noktadan çıkan akımların toplamına eşittir. Başka bir direnç Paralel bağlandığında paralel devrenin birleşik direnci belirgin biçimde azalır. Seri devrede olduğu gibi paralel devrede de toplam güç ayrı ayrı güçlerin toplamından oluşur.
Otomobilin elektrik sistemi gibi doğru akımlı bir Paralel devrede bütün rezistörler ya da yükler parelel dallarla ortak bir güç kaynağına bağlanır. Her yük aynı voltajdadır; ama direncine bağlı olarak farklı miktarda akım çeker.
Seri-Paralel Devre
Seri-paralel devreler bazı bileşenlerin birbirleriyle paralel bağlandığı paralel birleşimlerinse başak bileşenlerle seri halde bulunduğu devreler olarak tanımlanabilir. Kaynağa seri bağlanmış bir anahtar ve bir sigorta ya da devre kesici ile paralel bağlanmış bir çok bileşen böyle bir devre oluşturur.
Karmaşık Devreler
Yalnızca seri ya da sadece paralel bileşimlerden oluşan bölümlere ayrılabilen bir devreye “Karmaşık Devre” denir. Bir direncin ölçülmesinde kullanılan Wheatstone köprüsü adındaki devre buna iyi bir örnektir. Bu devre temel olarak bir karenin dört kenarını oluşturan birbirine bağlanmış dört rezistörden oluşur. Çapraz köşelerin ikisine bir voltaj kaynağı öbür ikisine ise belli bir direnci olduğu bilinen bir galvanometre bağlanır. Ancak köprü devresi dengede olduğunda galvanometreden hiç akım geçmediğinde devre seri paralel bileşimidir. Toplam direnci bulmak amacıyla böyle bir devreyi çözümlemek için özel teknikler gereklidir.
Otomobilin ateşleme sisteminde ya da fotoğraf makinesinin fotoflaşında olduğu gibi doğru akım devrelerine indükleçler ve kondansatör bağlanabilir. Böyle uygulamalarda önemli olan geçici tepkidir; çünkü doğru akım bakımından bir kondansatör (sürekli durum koşullarında) açık devre demektir ve bir indükleç içinden geçen akım değişken olmadıkça hiçbir etki göstermez. Ama indüktans ve kapasitansın etkileri dalgalı akım devrelerinde çok daha önemlidir. Çünkü dalgalı akımda voltaj ve akım sürekli değişmektedir.
Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilip düzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzenek bir elektrik devresi denir.
lamba anahtar üreteç
Elektrik Devresinin Elemanları
Üreteç
Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller devredeki üreteçlerdir.
Anahtar
Devreye akım vermeye ve akımı kesmeye yarar.
Lamba
Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.
Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.
iletken Yarı iletken Süperiletken Ve Yalıtkanlar
İletken Yalıtkan Yarıiletken
Elektirigi geçiren Maddelere iletken denir . Atomun en dış yörüngesinde 3 veya daha az valance elektrou bulundururlar. Metaller Ametaller Alaşımlar ve sıvı ıletkenler vardır.
Yalıtkan elektriği iletmeyen maddelere denir. Atomun en dışında 5 veya daha fazla elektron bulunduran maddelerdir. Dogal Yapay Plastik Gaz Sıvı gibi çeşitleri mevcuttur.
Yalıtkanlara göre daha iletken iletkenlere göre daha yalıtkan maddelerdir . Germenyum Silisyum Galyum Arsenur İndiyum Fosför gibi çeşitler mevcuttur .
İletkenlik
Maddeye uygulanan E elektrik alanının maddeyi aşıp geçen İ akım şiddetine oranına iletkenlik adı verilir ve I / E olarak yazılır. Bakırın iletkenliği 6x108 iken Polietilen ‘in iletkenliği 10x10-12 dir. Yani bakır poliüretene göre 1020 defa daha fazla iletkendir.
İletkenlik bir maddenin ısı ve elektriği iletip iletmemesi olayıdır. Katı ve sıvılarda ayırt edici bir özelliktir. gazlarda ise değildir. Demir bakır grafit. lehim gibi maddeler elektriği iyi ilettiği halde; Elmas hava saf suplastik gibi maddeler iyi iletmezler. Onun için iletkenlik katı ve sıvılarda ayırt edicidir.
Elektrik İletkenliği
Bir maddenin üzerinden geçen elektrik akımına karşılık o maddenin elektrik akımına gösterdiği kolaylıktır. Yani maddeden elektrik akımı ne kadar kolay geçerse (direnci ne kadar az ise) o madde o kadar iyi iletkendir.
Suda moleküller halinde çözünen maddelerin sulu çözeltileri iletken değildir. Ancak buda iyonlaşan ileşiklerin sulu çözeltileri iletkendir. şekerli su iletken değildir ama tuzlu su iletkendir.
Maddelerde Elektrik İletkenliği
1- Elektron hareketi ile olur. Buna birinci sınıf iletkenlik denir. Metallerde ve alaşımlarda görülür. Bu maddeler katı sıvı ve gaz hallerin hepsinde iletkendirler.
2- İyonların hareketi (göçü) ile olur. Buna ikinci sınıf iletkenlik denir. Asit baz ve tuzların sulu çözeltilerinde görülür.
İletkenler
Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye Valans Yörünge üzerinde bulunan elektronlara da Valans Elektron denir. Valans elektronlar Atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 'den büyük olan maddeler yalıtkan 4 'den küçük olan maddeler de iletkendir. Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır. Bu da bakırın iletken olduğunu belirler. Bakırın iki ucuna bir eletrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder. Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır. En iyi iletken altın daha sonra gümüştür. Fakat bunların maliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik iletiminde kullanılmamaktadır.
Yalıtkanlar
Yalıtkan maddelerin atomlarının valans yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girdiği için elektron alıp verme gibi bir istekleri yoktur. Bu sebeplede elektriği ilemezler. Yalıtkan maddeler iletken maddelerin yalıtımında kullanılır. Yalıtkan maddelere örnek olarak tahta cam ve plastiği verebiliriz. İsterseniz bu örnekleri arttırabilirsiniz.
Yalıtkanlar elektrik akımını iletmeyen maddelerdir. Yalıtkan maddeler bazı şartlarda iletken hale gelebilirler örneğin çok yüksek potansiyel farkı yalıtkan bir maddeyi iletken hale getirebilir. Yalıtkan madde atomlarının son yörünge elektronları atom dışına çıkamazdolayısı ile moleküller arasında dolaşamaz ve elektrik iletilmemiş olur.
Yarı İletkenler
Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur. Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 'e çıkarma çabasındadırlar. Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları Kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar. Aşağıdaki şekilde Kovalent bağı görebilirsiniz. Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyuma kristallik özelliği kazandırır. Silisyum maddeside özellik olarak germanyumla hemen hemen aynıdır. Fakat yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır. Silisyum ve Germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkı katılarak Pozitif ve Negatif maddeler elde edilir. Pozitif (+) maddelere P tipi Negatif (-) maddelerede N tipi maddeler denir.
N Tipi Yarı İletken
Arsenik maddesinin atomlarının valans yörüngelerinde 5 adet elektron bulunur. Silisyum ile arsenik maddeleri birleştrildiğinde arsenik ile silisyum atomlarının kurdukları kovalent bağdan arsenik atomunun 1 elektronu açıkta kalır. Aşağıdaki şekilde açıkta kalan elektronu görebilirsiniz. Bu sayede birleşimde milyonlarca elektron serbest kalmış olur. Bu da birleşime Negatif Madde özelliği kazandırır. N tipi madde bir gerilim kaynağına bağlandığında üzerindeki serbest elektronlar kaynağın negatif kutbundan itilip pozitif kutbundan çekilirler ne gerilim kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru bir elektron akışı başlar.
P Tipi Yarı İletken
Bor maddesininde valans yörüngesinde 3 adet elektron bulunmaktadır. Silisyum maddesine bor maddesi enjekte edildiğinde atomların kurduğu kovalent bağlardan bir elektronluk eksiklik kalır. Bu eksikliğe Oyuk adı verilir. Bu elektron eksikliği karışıma Pozitif Madde özelliği kazandırır. P tipi maddeye bir gerilim kaynağı bağlandığında kaynağın negatif kutbundaki elektronlar p tipi maddeki oyukları doldurarak kaynağın pozitif kutbuna doğru ilerlerler. Elektronlar pozitif kutba doğru ilerlerken oyuklarda elektronlerın ters yönünde hareket etmiş olurlar. Bu kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru bir oyuk hareketi sağlar.
Azınlık ve Çoğunluk Taşıyıcılar
Silisyum ve germanyum maddeleri tamamiyle saf olarak elde edilememektedir. Yani maddenin içinde son yörüngesinde 5 ve 3 elektron bulunduran atomlar mevcuttur. Bu da P tipi maddede elektron N tipi maddede oyuk oluşmasına sebep olur. Fakat P tipi maddede istek dışı bulunan oyuk sayısı istek dışı bulunan elektron sayısından fazladır. Aynı şekilde N tipi maddede de istek dışı bulunan elektron sayısı istek dışı bulunan oyuk sayısından fazladır. İşte bu fazla olan oyuk ve elektronlara Çoğunluk Taşıyıcılar az olan oyuk ve elektronlara daAzınlık Taşıyıcılar denir. Azınlık taşıyıcılar yarı iletkenli elektronik devre elemenlarında sızıntı akımına neden olur. İçeriğinde çok sayıda yarı iletkenli devre elemanı bulunduran entegrelerde fazladan gereksiz akım çekimine yol açar ve bu da elemanın ısınmasına hatta zarar görmesine neden olur.
yarı iletken
madde düşük sıcaklıklarda metallere göre elektriği çok az ileten yüksek sıcaklıklarda derecelerinde yalıtkan maddelere göre daha iletken olan maddelerdir. Elektronikte en çok kullanılan yarıiletken maddeler şunlardır.
Germanyum
Silisyum
Galyum Arsenür
İndiyum Fosfür
Burada bahsedilen ve elektronikte kullanılan yarıiletken ailesinin elemanlarını yapmakta kullanılan maddeler bir katkılama işlemine tabi tutulurlar. Düşük sıcaklıklarda bir yalıtkan olan silisyum 20 santigrat derecede yalıtkanlara göre bir milyon kere daha iletkendir. Ama iletkenliği metallere göre ise 100 milyon kere daha azdır. Katkılama işlemi son yörüngesinde 3 veya 5 elektron taşıyan bir maddeden az bir miktar ile yukarıda bahsedilen maddelerin karıştırılması sonucu olur. Silisyum dış yörüngede 4 elektron taşırbir silisyum kristali içine milyonda bir oranında azot veya fosfor gibidış yörüngede 5 elektron taşıyan bir madde katılırsakristal yapı içinde yer değiştirebilen elektronlar bulunur ve N tipi yarıiletken oluşur. Bu iş için arsenik ve antimon da kullanılan maddelerdendir. Eğer katkı maddesi olarak son yörüngede 3 elektron taşıyan bor veya alüminyum kullanılırsa o zaman oluşan madde elektrondan fakirdir ve elektron soğurur bu tip yarıiletken maddeye P tipi yarıiletken denir. Burada elektron taşıyıcıları pozitif oyuklardır. Bu iş için kullanılan maddeler arasında indiyum da mevcuttur. Bu şekilde elde edilen P ve N tipi maddelerin çeşitli şekilde yanyana getirilmesi ile çok değişik yarıiletken devre elemanları yapılabilmektedir.
Süperiletkenlik
Elektronun keşfinin ortaya çıkardığı en önemli sonuçlardan birisi süperiletkenliğin bulunmasıdır. Elektrik akımı yani elektronların akışı iletken kablolar yardımıyla sağlanır. Fakat bu metal kabloların elektriksel dirençleri vardır ve akımın telden akması sırasında bu direnç nedeniyle enerjilerinin bir kısmı atık ısıya dönüşür.
Süperiletken malzemelerde ise neredeyse hiç elektriksel direnç yoktur. Dolayısıyla elektrik akımı bir süperiletkenden hiç enerji kaybına uğramadan akabilir.
Süperiletkenliğin keşfi yüzyılımızın başlarında oldu. Danimarkalı fizikçi Kamerlingh Onnes 1908 yılında mutlak sıfırın birkaç derece üstündeki sıcaklıklarda civanın elektriksel direncini ölçerken 42 °K'de direncin aniden sıfıra gittiğini gözledi. Daha sonraları bu mükemmel iletkenliğe keskin geçişin başka metal ve alaşımlarda da olduğu bulundu ve bu olguya süperiletkenlik adı verildi.
Bir metal özelliklerine bağlı olarak değişen ve geçiş sıcaklığı adı verilen belli bir sıcaklıkta süperiletken hale gelir. Örneğin çinko için bu sıcaklık 088 °K iken kurşun için 7,2 °K dir.
Süperiletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir: Süperiletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri örgüde kusurlara neden olur. Bunun sonucunda normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.
Cooper Çiftleri adı verilen bu elektron çiftlerinin saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur. Üstelik bu çiftlerin saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır. Bu çiftler süperiletkenliğin sorumlusudur. Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik temelde saçılmaya bağlıdır; ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.
Süperiletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması yüzyılımızın ortalarında John Bardeen Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı.
İletkenlerin direnci
Devreye uygulanan gerilim ve akım bir uçtan diğer uca ulaşıncaya kadar izlediği yolda birtakım zorluklarla karşılaşır. Bu zorluklar elektronların geçişin etkileyen veya geçiktiren kuvvetlerdir. İşte bu kuvvetlere DİRENÇ denebilir. Kısaca ohm ile gösterilir
İlk olarak direncin tarifiyle başlayalım. Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir. Genel olarak R harfi ile sembollendirilir. Birimi ise W Ohm' dur.Aşağıdaki gibi çeşitli sembollerle gösterilir. Ohm Kanunu Kapalı Bir elektrik devresinde direnç ; devre gerilimi ile devreden geçen akımın bölümüne eşittir Elektriksel devrelerde kullanılan direnç
Kapalı Bir elektrik devresinde gerilim; devre direnci ile devreden geçen akımın çarpımına eşittir Kapalı Bir elektrik devresinde akım; devre gerilimi ile devre direncinin bölümüne eşittir gibi üç sekilde ifade edilir. Yeri gelmişken gerilim ve akımıda tanımlayalım:
Gerilim
Bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki potansiyel farka gerilim denir.Gerilim genellikle U harfi ile sembollendirilir Fakat bazı kaynaklarda E olarak da gösterilebilir.Birimi ise V Volt' tur. Akım:Bir elektrik devresinde serbest elektronların bir taraftan diğer tarafa yer değiştirmesidir.Bu yer değiştirme güç kaynağı içinde - den + ya doğru olur devre içinde ise + dan - ye doğru olur.Buna elektron akışı - akım denir.Akım I harfi ile sembollendirilir Birimi ise A Amper' dir.
Ohm Kanunun formülsel ifadesi ise şöyledir; R = U / I Û W = V / A Direnç Şekilleri ve yapıları Dirençler yapıldıkları malzemeye göre; 1. Karbon Dirençler 2. Telli Dirençler olarak ikiye
Kullanılışlarına Göre ise
1. Sabit Dirençler
2. Ayarlı Dirençler olarak ikiye ayrılırlar.
Dirençler şekildeki gibi tasarlandıkları gibi farklı maddelerden farklı şekil ve bağlantılarla da tasarlanabilirler;
Carbon Dirençler
Şekilde görülen basit devre direncidir.
Güç Dirençleri
Yüksek güçlü akımlar altında da rahatlıkla çalışırlar.
Potansiyometre
Üç uçlu ayarlanabilir bir dirençtir Bu dirençlerin hacimlerinin ufak olması ve sabitsel olarak kodlanabilmesi için renksel direnç kodları oluşturulmuştur aşağı da bu kodları inceleyip hesap yapan siteler mevcuttur;
4 Bandlı Direnç hesabı için
5 Bandlı Direnç hesabı için
Bu dirençlerin hacimlerinin ufak olması ve sabitsel olarak kodlanabilmesi için renksel direnç kodları oluşturulmuştur aşağı da bu kodları inceleyip hesap yapan siteler mevcuttur;
Bir direncin iç yapısı
Devrede bulunan elemanlar üzerinden geçen akım ve oluşan gerilim elemanların bağlantı şekillerine göre ikiye ayrılabilir;
Seri Bağlama
Elemanlar üzerinden akım geçerken bir sırayı takip ediyprmuş gibi önce birinden sonrada diğerinden geçerek gider. Akımlar sabit Gerilimler farklıdır. Örnek şekil aşağıdadır.
Paralel Bağlama
Elemanlar ardarda değil de yan yan bağlanmıştır akım aynı anda ikisinden birden geçebilir. Gerilimler aynı Akımlar farklıdır. Örnek şema aşağıdadır.
Ayarlı dirençlerin 1A akım değerine kadar kullanılanlarına potansiyometre 1A den büyük akımlarda kullanılarına ise reosta adı verilir. 1A akım değerine kadar kullanılan Sabit direnç ve potansiyometrelerin yapımında karbon maddesi kullanılır. 1A den büyük akımlarda kullanılan Sabit direnç ve reostaların yapımında ise konstantan kentol ve mag- nezyum maddeleri kullanılır.
Ayrıca bazı özel dirençlerde bulunmaktadır. 1. Sanayide bilgisyarlarda hesap makinelerinde ve çeşitli modüllerde kullanılan entegre tipi dirençler 2.Üzerine düşen ışık şiddetiyle ters orantılı olarak direnci değişen LDR (foto direnç) Foto direncin üzerine düşen ışık şiddeti azaldıkça direnci artar ışık şiddeti arttıkça direnci azalır. Doğru ve Alternatif akımda da kullanılabilir. 3.Bulunduğu ortamdaki sıcaklıkla direnci değişen NTC ve PTC (termistör) NTC Negatif Sıcaklık Katsayılı dirençtir.
Bulunduğu ortamdaki sıcaklık arttıkça direnci düşer sıcaklık azaldıkça direnci artar. PTC Pozitif Sıcaklık Katsayılı dirençtir.Bulunduğu ortamdaki sıcaklık arttıkça direnci artar sıcaklık azaldıkça direnci düşer. Dirençlerde Birim Dönüşümleri 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW 1 MW = 1.000.000 W
Dirençlerin Bağlantıları
1. Seri Bağlantı
Bu bağlantıda dirençler birer ucundan birbirine eklenmiştir.Her dirençten aynı akım geçer. Toplam direnç (RT) ise dirençlerin cebirsel toplamına eşittir.
Dirençlerin uc-uca bağlanmasına seri bağlama denir. Seri bağlamada eşdeğer direnç dirençlerin skaler toplamı kadardır.
Reş=R1+R2+R3+...
I=I1=I2=I3=...
V=V1+V2+V3+...
Seri elektrik devrelerinde her bir dirençten geçen akım şiddeti ana koldan geçen akım şiddeti kadardır. Ayrıca her bir direnç üzerindeki potansiyel farklarının toplamı devrenin potansiyel farkına eşittir.
2. Paralel Bağlantı
Bu bağlantıda dirençlerin uçları birbirine bağlanmıştır. Her dirençten değeriyle o- rantılı olarak farklı akım geçer. Toplam direnç (RT) ise dirençlerin bire bölümlerinin toplamına eşittir. 3. Karışık Bağlantı : Bu bağlantıda dirençler seri ve paralel olarak bağlanmıştır.Toplam direnç (RT) ise paralel dirençlerin seriye çevrilip ( önce paralel kolların toplam direncini bularak ) seri dirençlerin cebirselidir.
Paralel elektrik devrelerinde her bir koldan geçen akım şiddetlerinin toplamı ana koldan geçen akım şiddetine eşittir.
I+I1+I2+I3+...
Ayrıca her bir direnç üzerindeki potansiyel farkı kollara uygulanan potansiyel farkına eşittir.
V=V1=V2=V3=...
Dirençlerin birer uçları aynı noktaya bağlanmak suretiyle yapılan bağlamaya paralel bağlama denir. Paralel bağlamada eşdeğer direncin tersi dirençlerin tersleri toplamına eşittir.
Eğer paralel bağlı dirençlerin sayısı iki ise eşdeğer direnç kısaca ile hesaplanabilir.
Akım Şiddeti(I)
Bir iletkenin birim kesitinden birim zamanda geçen yük(q) miktarına akım şiddeti denir.
q: yük miktarı (C)
t: zaman (s)
I: akım şiddeti (A)
Elektrik akımının yönü elektronların hareket yönünün tersi olarak kabul edilmektedir.
Ampermetre
Herhangi bir devre elemanından geçen akım şiddetini ölçmek için kullanılır. İç direnci çok küçük olup devreye seri bağlanır. İç direnci çok küçük (yaklaşık sıfır) olduğundan üreteçten çekilen akımı etkilemez.
Direnç(R): Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir.
Birimi ohm(W)'dur. Direnç sembolü ile gösterilir.
Bir iletkenin Direnci
1. İletkenin uzunluğu(l) ile doğru orantılıdır.
2.İletkenin kesiti ile ters orantılıdır.
3.İletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır.
S=pr2 (kesit)
r: özdirenç (iletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlı bir sabit)
Reosta
Üzerideki sürgü vasıtasıyla değeri değişebilen dirence reosta denir. Reostada 3 uç vardır.
1.Sürgü 1 yönünde hareket ederse A-B arasındaki direnç azalırken B-C arasındaki direnç artar.
2.Sürgü 2 yönünde hareket ederse A-B arasındaki direnç artarken B-C arasındaki direnç azalır.
3.A-C arasındaki direnç sabittir.
RAC=RAB+RBC=sabit
Direnç Renk Kodları
1 . Sayi 2 . Band
2 . Sayi 3 .Band
Carpan 4 . Band
Tolerans
Renksiz +-20%
Gümüs x 0.01+-10%
Altin x 0.1+-5%
Siyah 0 1
Kahverengi11x 10+-1%
Kirmizi22x 100+-2%
Turuncu33x 1000
Sari44x 10000
Yesil55x 100000+-0.5%
Mavi66x 1000000+-0.25%
Mor77x 10000000+-0.1%
Gri88x 100000000
Beyaz99x 1000000000
Elektirik Motoru
Elektrik motorlarının ve jeneratörlerin çalışma ilkeleri birincisi Amper ikincisi de Faraday tarafından keşfedilip formüllendirilmiş olan iki olguya dayanıyor:
1. Bir manyetik alan içerisine yerleştirilmiş bulunan düz bir iletken tel üzerinden akım geçirildiğinde; manyetik alan tarafından bu akımın manyetik alana dik olan bileşeni üzerinde bir kuvvet etki ettirilir. (Eğer tel düz değil de herhangi bir şekle sahipse telin minicik düz parçaların ucuca eklenmesiyle oluştuğu düşünülebilir: Ki bu durumda söz konusu kuvvet bu minicik ‘düz' parçalar üzerindeki ayrı ayrı kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir.)
2. İletken bir tel bir manyetik alana dik olarak hareket ettirildiğinde bu telin iki ucu arasında bir gerilim oluşur.
Birinci olgudan hareketle elekromanyetik enerji mekanik enerjiye; ikinci olgudan hareketle de mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik motorları ve jeneratörler genellikle her iki olguyu birlikte kullanırlar.
Şimdi basit bir doğru akım (DC) motoruna bakalım. Eğer; örneğin bir çivi alıp üzerine tel sararak bir veya daha fazla sayıda ‘halka' oluşturduktan sonra telin uçlarını bir pile bağlarsak çivi bir elektromıknatısa dönüşür. Bu mıknatısın kuzey kutbu sağ el kuralına göre belirlenir. Yani eğer sağ elimizin diğer parmaklarını çivi üzerindeki sarımlardan geçen akımın yönünde bükersek başparmak manyetik alan yönüyle çakışmış ve kuzey kutbuna işaret ediyor olur.
Öte yandan varsayalım ki çivi yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi; ortasından geçen ve iki ucu sabit yuvalara oturtulmuş dikey bir eksenle askıya alınmış olsun. Eğer pil bağlantıları şekilde gösterildiği gibi ise elektromıknatısın kuzey kutbu sabit U mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor olur ve bu ikisi birbirini iter. Bu durumda çivi dikey eksen etrafında dönmeye başlar ve güney kutbu U mıknatısın kuzey kutbunun karşısına gelince yavaşlar. Tam bu konuma geldiğinde hemen durmaz: Biraz daha ileri gittikten sonra durup fazlaca geri döner ve bir süre ileri geri salınımlar yaptıktan sonra durur.
Halbuki tam bu sırada akımın yönü değiştirilse elektromıknatısın kutupları değişecek ve bu kutuplar sabit U mıknatısın artık zıt değil de benzer kutuplarına bakıyor olduklarından çivi yine itilerek dikey eksen etrafında dönmeye devam edecektir. Dönme yönünü pilin nasıl bağlandığı belirler ve bağlantı uçları değiştirildiğinde çivinin dönme yönü tersine döner.
Ancak akım yönünü değiştirmek için pil bağlantılarını değiştirmek uygulama açısından hiç de kolay veya rahat değildir. Bu amaçla çivinin üzerindeki tel sarımların pille bağlantısı bir komütatör aracılığıyla sağlanır. Hem de böylelikle aşağıda göreceğimiz gibi; çivi döndükçe pilden gelen bağlantıların çiviyle beraber dönüp birbirine sarılması ve pili de dönmeye zorlaması önlenir.
Tabii ki U şeklindeki sabit bir mıknatıs yerine zıt kutupları birbirine bakan sabit iki çubuk mıknatıs da kullanılabilir. Hatta bu sabit mıknatıslar da elektromıknatıs olabilecekleri gibi sayıları ikiden fazla da olabilir. Sabit mıknatıslara durağan' anlamında ‘statör' hareketli elektromıknatısa ise dönen' anlamında rotor' denilir.
Öte yandan gerçek bir elektrik motorunda çivinin yerini soldaki şekilde gösterilen ve armatür' denilen bir parça alır. Yarım daire şeklinde bükülmüş bulunan ve birbiriyle örtüşmedikleri gibi hatta buluşmayan iki dikdörten plakadan oluşan komütatörler bu armatürün dönme ekseni üzerinde sabitlenmiştir. (1. şekilde elektromıknatısa kesiti siyah daire şeklinde gösterilmiş olan dikey dönme ekseninden aşağıya doğru bakılıyor. 2. şekilde elektromıknatıs sabit mıknatıslar arasındaki yatay konumunda gösterilmiş. Üçüncü şekilde ise komutatör plakalarının arasındaki boşluklardan birini net olarak gösterebilmek için tel sarımları gösterilmemiş.)
Dikkat edilecek olursa her üç şekilde de pilden gelen bağlantılar yok. Çünkü bu bağlantılar elektromıknatısın dönüşüne engel olmamaları için aşağıdaki şekilde gösterilen ‘fırça'larla sağlanıyor. Fırçalar komütatör plakalarına serbestçe dokunan yaylı iki tel veya kömür parçasından oluşuyor. Şöyle ki; komütatör plakaları elektromıknatısla birlikte sabit duran bu iki fırçanın arasında dönüyor. Hal böyle olunca fırçalardan her biri sırasıyla bir veya diğer komütatör plakasına değiyor ve bu durum; sarımlardaki akımın yönünü elektromıknatısın sürekli dönmesini sağlayacak biçimde değiştirip duruyor. (Akımın yönünü değiştirmenin başka yolları da var tabii. Örneğin elektromıknatısın dönerken açıp kapattığı bir anahtar vasıtasıyla. Veya AC motorlarda uygun frekanslı alternatif akım kullanarak vb.)
Dolayısıyla bir DC motoru yapmak için; iki sabit mıknatıs bir komütatör iki fırça bir elektromıknatıs ve bir veya daha fazla pil gerekiyor. Bu parçaların hemen hepsini hemen herhangi bir motoru açtığınızda görebilirsiniz.
Ancak bu iki uçlu bir elektromıknatıs kullanan yani iki kutuplu motorun bir sorunu vardır. Eğer motoru çalıştırmak istediğimizde elektromıknatısın güney kutbu o anda tesadüfen sabit mıknatısın kuzey kutbuna bakıyor ise motor çalışmaya başlayamaz. Bu durumda motorun çalışmaya başlaması için elektromıknatısın bir miktar döndürülmesi gerekir. Bu ise uygulama açısından rahatsızlık verici bir durumdur. Dolayısıyla motorlar hemen daima ayrı sarımlardan oluşan üç (veya daha fazla) kutuplu olarak yapılırlar. Bu durumda kutup sayısı kadar komütatör plakası vardır ve kutuplardan sadece birinin sabit mıknatısın zıt kutbuna bakıyor olması motorun çalışmaya başlamasını engelleyemez.
Ayrıca iki kutuplu bir motorda komütatörün dönmesi sırasında fırçalar bir komütatör plakasından diğerine geçerken tam o sırada kısa bir süre için plakaların ikisine birden değerler. Bu pili kısa devre yapar ve enerjisinin bir kısmının ziyan olmasına yol açar. Halbuki üç kutuplu motorlarda bu sorun da yoktur.
Son olarak alternatif akımla çalışan endüktif' motorlarda sabit mıknatısın yerini statör sarımları' alır. Bu sarımlardan geçen ve birbirlerini faz farkıyla izleyen alternatif akımlar dönen bir manyetik alan yaratırlar ve rotor üzerinde oluşan endüksiyon akımları'nın yarattığı manyetik alan nedeniyle bu dönen manyetik alanla birlikte dönmeye zorlanır
