Elektrik Devreleri

Elektrik devrelerinde akımın şiddeti Ohm Kanunu’na göre hesaplanır. Devredeki tüm iletkenlerin toplam direnci eşdeğer direnç (R_eş) olarak adlandırılır. Eğer devrede üretecin gerilimi V ve ana kol akımı i ise, Ohm Kanunu’na göre eşdeğer direnç şu şekilde ifade edilir:

V /i = R_eş

Bu formülden akımı şu şekilde bulabiliriz:

i =V / R_eş

Ayrıca gerilim şu formülle hesaplanabilir:

V = i . R_eş

Elektrik devrelerinde seri bağlı dirençlerde akım aynıdır. Ancak paralel bağlı dirençlerde, direnç büyüklüğü arttıkça o dirençten geçen akım azalır. Örneğin, şekilde R direncinden 3i kadar akım geçerken, 3R direncinden i kadar akım geçer. Bunun nedeni paralel kollarda potansiyel farkların aynı olmasıdır.

Devre Elemanları

1. Ampermetre
   Ampermetre, devreden geçen akımın şiddetini ölçmeye yarayan bir cihazdır. Devreye seri bağlanır ve direnci sıfıra yakındır, bu nedenle devrede gerilim düşüşüne neden olmaz.
2. Voltmetre
   Voltmetre, devredeki bir elemanın uçları arasındaki gerilimi ölçer. Voltmetre, devre elemanına paralel bağlanır ve üzerinden akım geçmez, sadece gerilim farkını ölçer.
3. Reosta (Ayarlanabilir Direnç)
   Reosta, devredeki direnci ayarlayarak akım şiddetini kontrol eder. Eğer reostanın sürgüsü ileri yönde hareket ettirilirse direnç azalır, bu da devreden daha fazla akım geçmesine sebep olur. Sürgü ters yöne hareket ettirilirse direnç artar ve akım azalır.
4. Diyot
   Diyot, elektriği yalnızca tek bir yönde ileten devre elemanıdır. Ters yönde akım geçmesini engelleyerek devrede tek yönlü bir akım sağlar.

Üreteç

Elektrik devrelerinde akımın oluşması için üreteçlere ihtiyaç vardır. Piller, aküler ve jeneratörler, elektrik devrelerinde kullanılan üreteç örnekleridir.

Üreteçlerin Bağlanması

1. Seri Bağlama
   Bir elektrik devresinde birden fazla üreteç bulunuyorsa, bu üreteçler seri olarak bağlanabilir ve bu durumda toplam gerilim bulunur. Seri bağlanan üreteçlerin toplam gerilimi, üreteçler doğru yönde bağlandığında toplanır, ters yönde bağlandığında farkları alınır. Üreteçler doğru yönde bağlandığında devreden geçen akım artar, ters yönde bağlandığında ise akım azalır. Bu durum, şu formülle ifade edilir:

i =V_T / R_eş

Burada V_T, üreteçlerin toplam gerilimini ifade eder.

2. Paralel Bağlama
   Paralel bağlı üreteçlerde, pillerin aynı tür ve özellikte olması önemlidir. İç dirençleri göz ardı edilebilecek üreteçler paralel bağlandığında, devrenin toplam gerilimi değişmez, ancak devreden geçen toplam akım değişir. Paralel bağlı üreteç sayısı arttıkça, her bir üretecin üreteceği akım miktarı azalır. Aynı zamanda, paralel bağlı üreteçler devrede eşit olarak paylaşım yaptıkları için, üreteçlerin ömürleri de uzar. Üreteç ömrü ile üretilen akım miktarı ters orantılıdır.

Elektriksel Güç ve Enerji

Elektrik devrelerinde elektrik enerjisi, ampullerde ısı ve ışık enerjisine, motorlarda hareket enerjisine, dirençlerde ise ısı enerjisine dönüşür.

Şekildeki devrede olduğu gibi motor, direnç veya ampulün uçları arasındaki gerilim V, devreden geçen akım şiddeti i ise, t sürede harcanan enerji şu formülle hesaplanır:

W = V * i * t

Bu formülde V yerine i * R veya i yerine V / R yazıldığında şu formüller elde edilir:

W = (V² / R) * t = i² * R * t

Enerjinin birimi Joule (J)’dür.

Güç, birim zamanda yapılan iş veya devrede birim zamanda harcanan enerji olarak tanımlanır ve şu şekilde hesaplanır:

P = W / t

Bu formüle göre, güç şu şekilde ifade edilebilir:

P = V * i = (V² / R) = i² * R

Gücün birimi joule / saniye (J/s) ya da watt (W)’tır.

Lambaların parlaklıkları güce bağlıdır. Lambada harcanan güç arttıkça lambanın parlaklığı da artar. Özdeş lambaların parlaklıkları, üzerlerinden geçen akımlar ve uçlarındaki gerilimlerle orantılıdır. Şekildeki devrede özdeş lambalar K, L ve M olarak gösterilmiştir. K ve L lambalarından aynı akımlar geçtiğinde parlaklıkları aynıdır. Ancak M lambasından daha fazla akım geçtiği için parlaklığı diğerlerinden fazladır.

Elektrik Akımının Tehlikeleri:

1. Elektrik Çarpması: İnsan vücudu üzerinden geçen akım, sinir sistemine zarar vererek felç, kalp durması gibi ciddi sonuçlara neden olabilir.
2. Yangın Riski: Aşırı akım, kablolarda aşırı ısınmaya ve yangına sebep olabilir.
3. Patlama Riski: Elektrikli cihazların patlaması ya da kıvılcım oluşturması, özellikle yanıcı maddelerin bulunduğu ortamlarda büyük tehlikeler doğurur.

Önleme Yöntemleri:

1. Topraklama: Elektrik akımının zararsız bir şekilde toprağa aktarılmasını sağlar ve elektrik çarpması riskini azaltır.
2. Sigorta ve Devre Kesiciler: Aşırı yüklenme veya kısa devre durumunda devreyi keserek yangın ve cihaz hasarlarını önler.
3. Yalıtım: Elektrik kablolarının yalıtılmış olması, elektrik çarpmasını ve kısa devre riskini azaltır.
4. Düzenli Bakım: Elektrik tesisatlarının düzenli olarak kontrol edilmesi, aşınmış kabloların ve arızalı ekipmanların tespit edilerek değiştirilmesini sağlar.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Direnç, potansiyel farkı ve akım arasındaki ilişkiyi belirleyen yasa hangisidir?
A) Newton Yasası
B) Ohm Yasası
C) Coulomb Yasası
D) Joule Yasası

Çözüm: Ohm Yasası, elektrik devrelerinde akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiyi tanımlar. Cevap B.

2. Bir elektrik devresinde direnç 10 ohm, akım 2 amper ise, devredeki potansiyel farkı kaç volttur?
A) 5 V
B) 10 V
C) 20 V
D) 40 V

Çözüm: Ohm Yasası’na göre V = I * R formülü kullanılır. V = 2 A * 10 ohm = 20 V. Cevap C.

3. Üç tane 5 ohm’luk direnç seri olarak bağlanırsa, toplam direnç kaç ohm olur?
A) 5 ohm
B) 10 ohm
C) 15 ohm
D) 20 ohm

Çözüm: Seri bağlı dirençlerde toplam direnç R_top = R1 + R2 + R3 şeklinde hesaplanır. Toplam direnç 5 + 5 + 5 = 15 ohm olur. Cevap C.

4. İki direnç paralel bağlandığında, toplam direnç nasıl hesaplanır?
A) R_top = R1 + R2
B) R_top = (R1 * R2) / (R1 + R2)
C) R_top = R1 / R2
D) R_top = (R1 + R2) / 2

Çözüm: Paralel bağlı dirençlerde toplam direnç R_top = (R1 * R2) / (R1 + R2) formülüyle hesaplanır. Cevap B.

5. Bir üreteç devresinde, üreteçlerin toplam gerilimi nasıl hesaplanır?
A) Üreteçlerin gerilimleri seri bağlandığında toplanır
B) Üreteçlerin gerilimleri paralel bağlandığında toplanır
C) Üreteçler yalnızca seri bağlandığında çalışır
D) Üreteçlerin toplam gerilimi bağlanma şekline bağlı değildir

Çözüm: Seri bağlı üreteçlerin toplam gerilimi toplanarak hesaplanır. Cevap A.

6. Bir elektrik devresinde güç 60 watt, akım 3 amper ise, devredeki gerilim kaç volttur?
A) 10 V
B) 20 V
C) 30 V
D) 40 V

Çözüm: Güç formülü P = V * I’den, V = P / I olur. V = 60 W / 3 A = 20 V. Cevap B.

7. Elektrik enerjisinin formülü nedir?
A) E = V * I * t
B) E = I * R * t
C) E = P * t
D) Hepsi doğrudur

Çözüm: Elektrik enerjisi birçok formülle hesaplanabilir. Bunlar V * I * t, I kare * R * t ve P * t şeklindedir. Cevap D.

8. Elektrik çarpması durumunda ilk yardım uygulamalarından biri nedir?
A) Elektrik kaynağına dokunarak kişiye yardım etmek
B) Kişiyi hemen sudan çıkarmak
C) Elektrik kaynağını devreden çıkarmak
D) Elektrik çarpmasını hafifletmek için kişiyi hareket ettirmek

Çözüm: Elektrik çarpması durumunda güvenlik için önce elektrik kaynağını devreden çıkarmak en önemli adımdır. Cevap C.

9. Hangi maddeler iyi birer elektrik yalıtkanıdır?
A) Bakır ve demir
B) Plastik ve cam
C) Su ve hava
D) Alüminyum ve altın

Çözüm: Plastik ve cam, elektriği iletmedikleri için iyi birer yalıtkan maddelerdir. Cevap B.