Temel Elektrik Enerjisi Bilgisi

Birim zamanda kullanılabilecek enerji miktarı güç olarak ifade edilir. P sembolü ile gösterilir ve güç birimi Watt’ır. Belirli bir zaman aralığında harcanan toplam güç ise enerji olarak ifade edilir.

Son yörüngesindeki elektron sayısı dörtten büyük olan maddeler yalıtkan, dörtten küçük olan maddeler ise iletkendir. Yarıiletkenlerin son yörüngelerinde dört elektron bulunur. İletkenler malzemelerde çok düşük miktarda enerji uygulanarak çok fazla sayıda serbest elektron elde edilebilir.

Yüklerde saklı olduğu kabul edilen potansiyel enerjinin yük miktarına oranı gerilim olarak adlandırılır ve birimi volttur. Gerilim kaynakları, potansiyel enerji kaynakları olarak adlandırılabilirler.

Elektrik akımı, yüklü parçacıkların hareketiyle oluşur. Elektrik akımının yönü elektronların hareket yönünün tersi olan gerilim kaynağının pozitif ucundan, negatif ucuna doğrudur.

İki madde sürtüldüğünde bir maddeden diğerine elektron geçişi oluşabilir. Yüklü maddelerdeki aynı işaretli yükler birbirini ittiği için yükler birbirinden uzaklaşır ve maddenin uç noktalarına birikirler. Elektrik akımı oluşması veya elektrik boşalmasıyla, maddenin yük dengesi sağlanıncaya kadar madde yüklü olarak kalır. Yani statik elektrik ile yüklenir.

Dirençler, rezistans içeren elemanlardır ve akım sınırlamak, gerilim bölmek, ısı oluşturmak için kullanılırlar. Direnç birimi ohm (Ω)’dur ve elektrik devrelerin R harfi ile gösterilirler. Sabit değerli dirençli olduğu gibi değişken dirençler de mevcuttur.

Bir iletken telden akım geçirildiğinde, tel akım geçişini zorlaştıracaktır yani telin direnci vardır. Telin direnci telin uzunluğuna, akımın geçtiği kesit alanına ve telin türüne bağlıdır.

Kondansatörler, aralarında yalıtkan bir malzeme iki iletken levhadan oluşur. Kondansatörün levhalarında yük depo etme yeteneği, kondansatörün kapasitesini ile ifade edilir. Kapasite, C harfiyle gösterilir ve birimi Farad’dır. Kondansatöre zamanla değişmeyen bir gerilim uygulanması durumunda, kondansatör üzerinden akım geçmeyecek yani sıfır olacaktır. Kondansatöre zamanla değişen bir gerilim uygulanması durumunda ise kondansatör akımı sıfırdan farklı olacak ve kapasite değeri ile doğru orantılı olacaktır.

İndüktör, iletken bir telin sarılarak bobin hâline getirilmesiyle elde edilir. İndüktöre zamanla değişmeyen bir akım uygulanması durumunda, indüktör üzerinki gerilimin sıfır olur. İndüktöre zamanla değişen bir akım uygulanması durumunda ise indüktör gerilimi sıfırdan farklı ve indüktans değeri ile doğru orantılı olur.

Alternatif gerilim ve akımların genliklerinin kontrolü transformatör ya da trafo adı verilen cihazlarla gerçekleştirilebilir. Trafolar, iki iletken sargı ve bir demir çekirdekten (nüve) oluşurlar. Trafoların primer ve sekonder sargıları arasında elektriksel bir bağlantı yoktur ve sargıların sarım sayıları (spir sayıları) oranına bağlı olarak trafonun çıkış gerilimi ve akımı oluşur.

Direnç üzerinden geçen akımın oluşturacağı gerilim değeri, Ohm kanunu ile bulunabilir. Bu kanuna göre bir malzeme üzerindeki gerilimin, akımla doğrusal olarak artar ya da azalır. Alüminyum, bakır, gümüş ve demir gibi metaller Ohm kanuna uyarlar. Ancak tungsten gibi Ohm kanuna uymayan metaller de mevcuttur.

İstenilen sayıda direncin art arda bağlanması ile seri bağlantı elde edilir. Seri olarak bağlanmış dirençler üzerinde aynı akım geçer. Ancak üzerindeki gerilim değeri farklı olabilir. Yine istenilen sayıda direnç paralel olarak bağlanabilir. Paralel bağlı dirençler üzerindeki gerilimler eşittir. Ancak dirençler üzerinden geçen akımlar da farklı olabilir. Birden fazla direncin bulunduğu devrelerde eş değer direnç hesaplanır ve devrede istenilen büyüklükler hesaplanır.

Bir elektrik devresinde akımın geçeceği iletken bir yolun olmaması durumu açık devre durumu olarak bilinir. Bir devrede iki noktanın kısa devre olması ise iki noktanın birbiri ile direk iletimde olması ile gerçekleşir.

Tek gerilim kaynağı bulunan bir devrede, akım gerilim kaynağının pozitif ucundan başlar devreyi dolaşır ve kaynağın negatif ucuna ulaşır. Dolayısıyla akım, gerilim kaynağının üzerinden geçerken kaynağın negatif ucundan girip pozitif ucundan çıkar. Dirençler ise tüketici devre elemanlarıdır ve akımın dirence girdiği uç pozitif, çıktığı uç ise negatif polariteli bir gerilim düşümü oluşturur.

Elektrik devresinin bir noktasının iletken bir malzeme ile doğrudan toprağa (yeryüzüne) bağlanması topraklama olarak adlandırılır. Elektrik devrelerinde bir nokta devre toprağı ya da şase toprağı olarak adlandırılabilir. Bu noktanın düşündüğümüz anlamda yeryüzüne bağlanması zorunlu değildir. Devrenin toprak noktası, devrenin diğer noktalarındaki gerilimi ifade etmek için referans yani sıfır gerilimli nokta olarak kabul edilir.

Kirchhoff’un gerilim yasası, kapalı bir devrede elemanlar üzerinde düşen gerilimlerin aritmetik toplamlarının sıfır olması gerektiğini belirtir. Kirchhoff’un akım yasası ise bir elektrik devresinin bir noktasına gelen akımların toplamının, o noktadan ayrılan akımların toplamına eşit olduğunu belirtir.

Doğru akım, zamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akım ve gerilimlerdir. Alternatif akım, zamanla yönü ve şiddeti değişen akım ve gerilimlerdir. Sinüzoidal bir işaretinin pozitif ve negatif kısımlarının aynı büyüklükte olduğundan ortalama değeri sıfırdır. Sinüzoidal bir sinyalin etkin değeri ise bu sinyalin maksimum değerinin √2‘e bölünmesi ya da sinyalin maksimum değerinin 0.707 ile çarpıyla hesaplanır.

AC gerilim sistemlerinde avantajları nedeniyle 3 fazlı AC gerilim kullanılır. Ayrıca fazlar arasındaki gerilimler hat (faz-faz arası) gerilimleri olarak adlandırılırlar. Hat gerilimlerinin genliği, faz geriliminin genliğinin √3 katıdır.

Akümülatörler, kimyasal yöntemlerle elektrik gücü üreten kaynakların kimyasal güçleri sınırlı olduğundan, ürettikleri gücü ancak belirli bir süre için çıkışlarına aktarabilirler. Bu nedenle akümülatörlerin kapasitelerini ifade etmek için amper-saat tanımı kullanılır.