ders 3- direnç devreleri i4 İletkenlik • resitivitenin tersi iletkenlik olarak bilinir ve...
TRANSCRIPT
2
İçerik
2. Direnç Devreleri
– Ohm kanunu
– Güç tüketimi
– Kirchoff Kanunları
– Seri ve paralel dirençler
– Elektriksel ölçüm cihazları
– Elektriksel güvenlik
3
Direnç
• Direnç ya da (rezistans) bir materyalin akıma karşı direnme miktarını belirtir ve
materyaldeki hareketli yük taşıyıcıların azlığından ya da taşıyıcıların materyal
içinde hareket etmesinin zorluğundan ortaya çıkar.
• Direnç devrelerde elektrik enerjisini ısıya çevirmek ya da gerilim düşümü
yaratmak için istenen bir özellik olabileceği gibi malzemelerin genel yapısından
kaynaklanan ve önlenemeyen bir özellik olarak da karşımıza çıkabilir (Süper
iletkenler dışında).
• Bir malzemenin direnci, malzemenin direnç katsayısı (resistivity), uzunluğu ve
kesitine bağlıdır. L uzunluklu, A kesit alanlı ve resistivitesi olan malzemenin
direnci:
4
İletkenlik
• Resitivitenin tersi iletkenlik olarak
bilinir ve
şeklinde tanımlanır, ve birimi metre
başına Siemens (S/m)’dir.
• İletken, yalıtkan ve yarı iletken bazı
malzemeler için resistivite katsayıları
tabloda verilmiştir.
• Soru 2.1: Ortam sıcaklığı arttığında
malzemelerin dirençleri değişir mi?
Hangi yönde değişir? Neden?
İletkenlik Durumu
Malzeme (.cm)
(20oC)
İletken
Gümüş 1.65 10-6
Bakır 1.72 10-6
Altın 2.44 10-6
Alüminyum 2.83 10-6
Demir 1.23 10-5
Yarı iletken
Karbon 3.49 10-3
Silikon 6.40 104
Yalıtkan
Mika > 1012
Teflon > 1015
Quartz > 1017
5
Dirençlerin Üretimi
• Dirençler çeşitli üretim işlemleri ile üretilip paketlenirler.
• Bu yöntemlerden biri karbon kompozisyondur.
• Yarı iletken karbon elemanı bir kalıp içine dökülür ve iletken teller ile
devreye bağlanır.
• Başka bir yöntem ise karbonun yalıtkan bir tüp üzerine biriktirilmesi ile
oluşturulur ki bu tip dirençlere karbon film direnç adı verilir.
• Devre elemanlarının küçülmesi ile dirençler de birden fazla dirençten
oluşan 6,8,10 pinli paketler halinde kullanılmaya başlanmıştır. Bu tip
dirençler karbon değil metal ile seramik arası maddelerden yapılmaktadır.
6
Renk Kodları • Dirençlerin büyüklerini göstermek için renk kodları kullanılır.
• Soru: Neden dirençlerin üstüne değerini yazmak yerine renk kodları kullanılmış
olabilir?
7
Ohm Kanunu ve Güç Tüketimi
• Dirençlerin gerilimi ve akımları arasındaki ilişki Ohm kanununuyla
tanımlanır
V= i R
• Bir elektriksel elemanın gücü akımı ile geriliminin çarpımıydı. O halde
Direncin gücü
• Soru: Direnç güç üretir mi yoksa tüketir mi?
8
Akım-Gerilim Grafikleri
• Genellikle iki terminalli elektriksel elemanlar akım-gerilim (i-v) grafikleri
ile tanımlanırlar. Bu grafikler deneysel olarak elemanın akım gerilim
değerlerini ölçerek elde edilebilirler. Daha önce incelediğimiz el
fenerinin lambasını ele alalım:
• Gerilimle akımın doğrusal değiştiği bölgede el fenerinin tükettiği güç
P=0.1 2 = 0.2 W olarak bulunabilir. Eğrinin koordinat düzleminde I. ve III.
bölgelerde bulunduğuna dikkat edilirse güç hep pozitif olacaktır ki bu da
lambanın pasif yani güç tüketen bir eleman olduğunu gösterir.
9
Doğrusal Olmayan Dirençler
• Doğrusal ideal dirençler dışında akım gerilim karakteristiği daha farklı
resistif elemanlar da vardır. Örneğin aşağıda akım-gerilim karakteristiği
görülen varistor’ün direnci uygulanan gerilime göre değişiklik gösterir.
• Soru: Gerilim [-V,+V] aralığında iken varistör nasıl davranır, bu aralık
dışında nasıl davranır? Böyle bir eleman hangi amaçla kullanılabilir?
10
• Başka bir doğrusal olmayan
direnç ise termistör’dür. Bunlar
ısıl olarak duyarlı dirençlerdir.
Genelikle ısı arttıkça, dirençleri
düşer.
• Diğer bir eleman ise ışığa
duyarlı dirençtir (photoresistor,
LDR). Bu tip elemanlarda ise
ışık artıkça elemanın direnci
düşer.
11
Kirchoff Kanunları
• Bir devrede iki veya daha fazla elemanın bağlandığı noktalara düğüm
denir.
• Akımın herhangi bir kesintiye uğramadan akabildiği yola kapalı çevrim
denir.
12
Kirchoff Kanunları
• Kirchhoff Akım Kuralı:Bir düğüme giren ve çıkan akımların
toplamı sıfırdır.
• Kirchhoff's Gerilim Kuralı: Kapalı bir çevrimdeki gerilimlerin
cebirsel toplamları sıfırdır.
13
Kirchoff Kanunlarını Kullanarak Devre Çözümü
1. Her direnç için rastgele bir akım yönü belirlenir.
2. Önceden belirlenen akım yönlerine göre her bir direcin gerilimin yönü
işaretlenir.
3. Ohm kanununa göre gerilim ve akımlar arasındaki ilişkiler yazılır.
4. Kirchoff gerilim ve akım kanunları yazılırak bılınmeyen sayısı kadar
denklem elde edilir ve bu denklemler çözülür.
14
• Problem: Aşağıdaki devre için Kirchoff gerilim ve akım kanunlarını
yazınız.
15
Seri ve Paralel Devreler
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Resist/Resist2.html
16
Seri Dirençler
• KAK gereği Dirençler üzerinden aynı akım geçer
• KGK gereği seri direnç kombinasyonu üzerindeki gerilim
• Ohm kanununa göre ayrı ayrı dirençlerin gerilimleri
17
Seri Dirençler
• Seri dirençlerin bir uygulaması evlerimizde kullandığımız elektrik
tesisatlarında görülür
18
Paralel Dirençler
• KGK gereği dirençlerin gerilimleri eşittir
• KAK gereği direnç kombinasyonundan geçen akım
• Ohm kanunu gereği dirençlerin akımları
19
Problemler
Problem 2.2: Şekil‘de verilen devre için
a) Eşdeğer direnci, eşdeğer direnç üstünden geçen akımı ve gerilimini,
b) Dirençlerin üzerlerindeki akımları ve gerilimleri,
c) Her bir direncin çektiği gücü,
d) Akım kaynağının ürettiği gücü bulunuz.
20
Problemler
• Problem 2.3: Aşağıdaki devre için Kirchoff akım denklemlerini yazınız. .
• Problem 2.4: Aşağıdaki devre için Kirchoff gerilim denklemlerini yazınız.