OTO2005 Elektrik ve Elektronik OTO2005-01 Dr. Barış ERKUŞ 2013

TEMEL KAVRAMLAR

Atom: Bir elementin bütün kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük birimidir. Bir çekirdekle bunun çevresinde dolaşan elektronlardan oluşur. Atom çekirdeğinde artı (+) elektrik yüklü protonlarla, elektrik yükü olmayan nötronlar bulunur. Bir atomun çekirdeğinin çevresinde, proton sayısı kadar elektron döner. Her elektron (-) eksi elektrik yükü taşır. Atom denilince elektriksel açıdan yüksüz bir birim akla gelmelidir. Atom numarası: Bir atomda bulunan proton sayısı, elementi tanımlar ve atom numarası olarak adlandırılır. Periyodik tabloda sıklıkla karşılaşılan görünüm, aşağıdaki gibidir. Burada, element simgesinin altında verilen "bağıl atom kütlesi", proton ve nötron sayısının toplamına eşittir. Değerlik elektron (ya da Valans elektron): Bir atomun en dış kabuğunda (valans yörüngesi) bulunan elektronlara verilen isimdir. Atomları 1 valans elektronlu olan metaller iyi iletkendir. Buna örnek olarak altın, gümüş ve bakır gösterilebilir. Gümüş bilinen en iyi iletkendir, ikinci en iyi iletken bakırdır, sonraki altındır. Bir atomun dış yörüngesinde dörtten az elektron varsa madde iletken, dörtten fazla elektron varsa yalıtkan niteliği kazanır. Elektron sayısı dörtse madde yarı iletkendir (silisyum, germanyum, karbon …).

Gümüş: Elektrik Direnci:15,87 nΩ·m (20°C'de) Isıl İletkenlik: 429 W/(m·K) Bakır: Elektrik Direnci: 16,78 nΩ·m (20°C'de) Isıl İletkenlik: 401 W/(m·K) Altın: Elektrik Direnci: 22,14 nΩ·m (20°C'de) Isıl İletkenlik: 318 W/(m·K) Demir Elektrik Direnci: 96,1 nΩ·m (20°C'de) Isıl İletkenlik: 80,4 W/(m·K)

Elektriksel Yük ve Akım Nedir? 1 Coulomb’ luk yük 6.24 × 1018 adet elektron yüküne eşittir. İletkenin herhangi bir noktasından 1 saniyede 6.24 x1018elektron geçmesi 1 Amperlik akıma eşittir. Elektrik Yükü Q (Coulomb) = I(Amper).t(saniye)

Doğru Akım: Doğru akım, zamana bağlı olarak yönü değişmeyen akıma denir. Kısa gösterimi DA (Doğru Akım) ya da İngilizce haliyle DC (Direct Current) şeklindedir. Doğru akımın yönü değişmese de şiddeti değişebilir. Buna göre doğru akım; düzgün ve değişken olmak üzere iki başlık altında incelenebilir.

Alternatif Akım: Zamana bağlı olarak hem yönü hem de şiddeti değişen akımlara alternatif akım denir. Alternatif akım denince akla ilk olarak şebekeden çekilen akım gelir. Şebeke akımının dalga formu sinüs eğrisi şeklindedir. Kısa gösterimi AA (Alternatif Akım) ya da İngilizce olarak AC (Alternative Current) şeklindedir.

Analog sinyal kesintisiz ve süreklidir Analog sinyal kesintisiz ve süreklidir. Sonsuz noktadan oluşur gibi bir tanımlama da yapabiliriz. Dijital sinyal ise sayısallaştırılmış bir sinyal formatıdır.

Bir pilin elektromotor kuvveti (EMK) ne anlama gelir? Bir pilin elektromotor kuvveti, pilin elektrik devresine bağlamadan bir başka ifadeyle uçları boşta iken, yüksek dirençli voltmetre vasıtasıyla uçlarından okunan potansiyel farktır ve birimi volt (V)’ tur.

Potansiyel Fark Nedir? Bir pil, akü yada bataryanın uçları açıkken iki uç arasındaki gerilim emk iken pil, akü yada bataryanın devreye bağlanması halinde (bir yük etkisi altında akım çekildiğinde) emk'nin yerini potansiyel fark almaktadır. İdeal Gerilim Kaynağı: İç direnci sıfır ohm olan bir başka ifadeyle iki uç arasındaki emk’sı potansiyel farkına eşit olan gerilim kaynağıdır. Bir ohm'luk bir direnç üzerinden, bir amper'lik elektrik akımı geçmesi halinde direncin iki ucu arasındaki gerilim bir başka ifadeyle potansiyel fark bir volttur. V (Volt) = R (ohm) . I (Amper) Elektrik potansiyeli (veya Elektrostatik potansiyel), bir elektriksel alan içerisindeki herhangi bir noktada birim Elektriksel yük (+1 C) başına düşen Elektriksel potansiyel enerji'dir. Uluslararası Birimler Sisteminde geçerli olan birimi Volttur(V). V (Volt) = P( Watt) / I (Amper) = P ( Joule/Saniye) / I(Amper) = Joule / Coulomb

R (ohm) = V (volt) / I (Amper) Öz Direnç Nedir? Direnç Vedir? Potansiyel enerjisi yüksek elektronların iletken (demir, bakır, alüminyum v.b.) üzerinden bir ortamdan farklı bir ortama hareket ederken iletkenin bu kuvvete karşı koymasına Direnç denir. İletkenin bu elektrik akımına karşı koyması farklı bir enerji formunu açığa çıkarır bu enerji formu hepimizin bildiği ısı'dır. R (ohm) = V (volt) / I (Amper) Öz Direnç Nedir? Özdirenç (resistivity) birim uzunluk ve kesit alana sahip bir iletkenin elektrik akımına karşı ne ölçüde direnç gösterdiğinin bir ölçüsüdür. Özdirenç iletkenin geometrik ölçülerinden bağımsız bir büyüklük olup, sadece iletkenin yapıldığı maddenin özellikleriyle ilgilidir.    iletken uzunluğu (m) ve S (m2) iletken kesit alanıdır.

Direnç Değerlerine İlişkin Renk Kodları ve Harf İle Gösterimleri

İletkenlik Nedir? G= 1 / (R) = 1/ohm = Siemens (S). Elektriksel Güç: P (Watt) = V (Volt) . I (Amper) = R( ohm) . I2 (Amper2) = V2 (Volt2) / R( ohm) Elektriksel Enerji: Enerji (Joule) = P (Watt) . t( saniye) 1 kWh Enerji = 1000 Watt . 3600 saniye = 3.6 .106 joule.

Elektrik Alanı

Elektrik Alanı: Elektrik alanı; alan içinde belli bir noktada sabit duran noktasal yüke uygulanan, yük başına düşen kuvvet olarak tanımlanır. Elektrik alan SI birimi Newton/Coulomb ya da Volt/metre olan bir vektör alanıdır. Elektrik alanının bir değeri, yönü ve doğrultusu vardır. Bu nedenle elektrik alanı vektörel bir büyüklüktür. Her noktada aynı değere sahip olan elektrik alana sabit elektrik alan denir. İki paralel iletken levhaya potansiyel fark uygulanarak yaklaşık olarak elde edilebilir.Yaklaşık olmasının sebebi elektrik alanın köşelerde düzenli halinden uzaklaşmasıdır.Bu etkenleri ihmal edersek eşitlik; Elektrik Kuvvet Çizgileri: Elektrik alanının yüklü cisimlere uyguladığı kuvvet, kuvvet çizgileri ile temsil edilir. Kuvvet çizgilerinin yönü, pozitif yüklü cisimden negatif yüklü cisme doğrudur. Aynı cinsteki yüklerin kuvvet çizgileri arasında bir itme kuvveti vardır.

Permittivity: dielektrik sabiti bir başka ifadeyle yalıtkanlık sabiti olarak adlandırılmaktadır. Permeability: Geçirgenlik katsayısı Dielectric: Yalıtkanlık Free space: A perfect vacuum, that is, a space free of all matter N: Newton A = Amper c: Speed of light F: Farad C: Coulomb m: meter s: saniye r: İki yük arasındaki mesafe (m)

Kapasite ve Kondansatör Kavramları: Kondansatör: Elektronların kutuplanıp elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır.

Dielektrik Sabitleri: Yalıtkanlık sabiti veya dielektrik sabiti (Permittivity), bir malzemenin üzerinde yük depolayabilme yeteneğini ölçmeye yarayan bir katsayıdır. Bir ortamın yalıtkanlık sabiti, ortamdaki birim yük başına, elektrik alanının (daha doğru bir ifade ile akının) ne kadar oluştuğudur. SI birimlerinde ε yalıtkanlık sabiti, farad/metre'dir (F/m) D: Elektrik akı yoğunluğu E: Elektrik alan şiddeti F: Farad olmak üzere;

2 levhalı kondansatör Çok levhalı kondansatör

Dissipate: Boşalmak

Manyetik Alan

Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzeyden (N) güneye (S) doğrudur. Manyetik alan hareket eden elektrik yükleri tarafından, zamanla değişen elektrik alanlardan veya temel parçacıklar tarafından içsel olarak üretilir. Manyetik alan vektörel bir büyüklüktür. Yani herhangi bir noktada yönü ve şiddeti ile tanımlanır. Manyetik alan en genel şekilde hareket eden elektrik yüküne etki eden Lorentz kuvveti ile tanımlanır. Manyetik alan çizgilerinin yönü kuzeyden (N) güneye (S) doğrudur. Magnetic Field Magnetic fields are produced by electric currents, which can be macroscopic currents in wires, or microscopic currents associated with electrons in atomic orbits. 

Electromagnetic radiation involves electric (E) and magnetic (H) fields. Any change in the flux density of a magnetic field will produce an electric field change in time and space (Faraday's Law). This change in an electric field causes another change in the magnetic field due to the displacement current (Maxwell). A time-varying magnetic field produces an electric field and a time-varying electric field results in a magnetic field. This forms the basis of electromagnetic waves and time-varying electromagnetics (Maxwell's Equations). Energy interchanges between electric and magnetic fields as the wave progresses.

Permeability: Geçirgenlik

Cast steel: çelik döküm

Currents of electric charges both generate a magnetic field and feel a force. Manyetik alan içinde yüklü parçacığa etkiyen manyetik kuvvet: B manyetik akı yoğunluğuna sahip manyetik alanında, v hızıyla hareket eden q yüklü parçacığa etki eden manyetik kuvvet Lorentz kuvveti olarak bilinir:

Manyetik alan içinde akım taşıyan tele etkiyen manyetik kuvvet Akım taşıyan teldeki her bir elektrik yüküne qv x B kuvveti etki eder, parçacık sayısıyla kuvvet çarpılarak toplam kuvvet bulunur. Kesit alanı A, uzunluğu L olan bir tel parçasındaki parçacıkların sayısı nAL dir. (n burada birim hacimdeki yük sayısı). Dolayısıyla kuvvetin büyüklüğü F=qvBnAL olur. Akımın I=nqvA tanımı kullanılırsa

Sol El Kuralı: Teta Açısını Derece Olarak Alınız. Perpendicular: Dik

Burada bahsedilen teta açısı; iletkenden akan akım ile manyetik akı yoğunluğu arasında kalan açıdır.

1 ve 3 numaralı kenarlarda meydana gelen düşey kuvvetlerin büyüklüğü her şart altında; F =B.I.L.sin90 = BIL’dir.

Çerçeve manyetik alan içinde tam dik pozisyonda ise ve harekete buradan başlanmaya çalışılıyorsa; 1 ve 3 numaralı kenarlarda oluşan kuvvet çerçeveyi sırasıyla F1 ve F3 kuvvetleri marifetiyle yukarı ve aşağı çekmeye çalışacaktır. Bu kuvvetlerin tam olarak moment noktası üzerinde olmaları nedeniyle döndürme momenti meydana getiremeyeceklerdir. 2 numaralı kenarda F2 kuvveti meydana gelebilecek fakat bu kuvvetin tam olarak moment noktası üzerinde olması nedeniyle döndürme momenti meydana getiremeyecektir. Çerçeveyi dışarı doğru çekmeye çalışacaktır. 4 ve 5 numaralı kollar üzerinde oluşan kuvvetlerin tam olarak moment noktası üzerinde olmaları nedeniyle döndürme momenti meydana getiremeyeceklerdir. Çerçeveyi dışarı doğru çekmeye çalışacaklardır. 6 ve 7 numaralı kolların manyetik alan dışında oldukları kabul edilmiştir.

Çerçeve belirli bir açı ile manyetik alan içinde bulunduğunda (Bahse konu açı; yatay pozisyondan düşey pozisyona geçerken meydana gelen açı olup dönüş, moment noktası etrafında meydana gelmektedir.) 1 ve 3. kollarda meydana getirilen kuvvetlerin sayısal değerleri diğer pozisyonlara nazaran aynı kalmaktadır. Ancak 2, 4 ve 5. kollardan akan akımların yatay ve düşey düşey bileşenleri söz konusu olmaktadır. Akımların manyetik akı yoğunluğu vektörü ile aynı doğrultuda olan bileşenleri bir kuvvet üretmezken iken, manyetik akı yoğunluğuna dik olan akım bileşenleri kuvvet meydana getirirler. Ancak bu kuvvetin yönü çerçeveyi aşağı ve yukarı çekmeye çalışan kuvvetler olmaları nedeniyle moment meydana getirmezler. 6 ve 7 numaralı kolların manyetik alan dışında oldukları kabul edilmiştir.

Not: Right-Angles’in anlamı Sin 90

Not: Burada yer alan teta açısı; B manyetik akı yoğunluğu ile koldaki elektrik akımı arasındaki açı değildir. Dolayısı ile burada yer alan kuvvet F=B.I.L.sin90 = BIL ’dir.

Faraday's Law Any change in the magnetic environment of a coil of wire will cause a voltage (emf) to be "induced" in the coil. No matter how the change is produced, the voltage will be generated. The change could be produced by - changing the magnetic field strength, - moving a magnet toward or away from the coil, - moving the coil into or out of the magnetic field, - rotating the coil relative to the magnet, etc.

Teta Açısını Derece Olarak Alınız.

Not: Right-Angles’in anlamı Sin 90

Sağ el Kuralı Teta Açısını Derece Olarak Alınız.

İndüktans: Elektromanyetizma ve elektronikte bir indüktörün manyetik alan içerisinde enerji depolama kapasitesidir. İndiktörler, bir devrede akımın değişimiyle orantılı olarak karşı voltaj üretirler. Bu özelliğe, onu karşılıklı indüktanstan ayırmak için, aynı zamanda öz indüksiyon da denir. Karşılıklı indüktans, bir devredeki indüklenen voltajın başka bir devredeki akımın zaman göre değişiminin etkisiyle oluşmasıdır.

İndüktansın bir başka formulü ise; Not: Burada S metrekare cinsinden alanı ifade etmektedir. l: nüvenin uzunluğu (metre)

S: Alan (metrekare)