Evinizdeki dizüstü bilgisayarınızı, telefon şarj aletinizi ve buzdolapları ve sobalar gibi daha küçük aletleri uğultuda tutan elektrik kabloları, birbirine bağlı bir dizi elektrik devresinden oluşur. Bunlar, evinize elektrik sağlayan güç kaynağına bağlıdır.
Devrelerin amacı, elektriği ve onun önemli enerji potansiyelini tam olarak gitmesi gereken yere ulaştırmak ve elektriğin potansiyel olarak zararlı etkilerini süreç içinde tutmaktır.
Kendileri çoğunlukla görüş alanınızdan uzak olan tüm bu kabloların içinde neler oluyor? Temel bilgilerle başlamak için, serbest elektronlar, daha sonra açıklanacak olan fiziksel nedenlerle bir elektrik alanı varlığında hareket edecektir. Akacakları bir kapalı döngü yolu verilirse, bir elektrik devresi oluşturulabilir.
Basit bir devre yalnızca bir voltaj kaynağından (elektriksel potansiyel farkı) oluşur; elektronların içinden akabileceği bir ortam, genellikle bir tel; ve devrede bir miktar elektrik direnci kaynağı. Bununla birlikte, gerçek dünyadaki örneklerin çoğu çok daha karmaşıktır ve tümü verimli elektrik akışı için hayati önem taşıyan çok sayıda elektrik devresi türü mevcuttur.
Elektrik Yükü ve Akımı
Elektrik dünyasındaki temel kavramsal unsurlar akım, gerilim ve dirençtir. Bunları keşfetmeden önce biraz daha derine, serbest elektronlar fikrine geri dönmek gerekiyor. Konvansiyonel olarak bir elektron, 1.60 × 10 büyüklüğünde negatif bir yük taşır.-19 coulomb veya C. Akımı belirleyen elektronların akışı olduğundan, bir devredeki yükler negatif terminalden uzağa ve pozitif terminal yönünde akar.
Fizikte "birim yük" pozitif olarak standartlaştırılmıştır ve yük ile aynı büyüklüğe sahiptir.ebir elektron üzerinde. Pozitif bir terminalin yakınına yerleştirilen bir pozitif yük, mesafe sıfıra yaklaştıkça daha da güçlü bir şekilde "itme" ve terminalden uzaklaşmak "isteme" yaşayacaktır. Bu durumda, yük, daha uzaktaki bir mesafede olduğundan daha yüksek bir elektrik potansiyeline sahiptir.
Böylece bir "yük" ("pozitif" aksi belirtilmedikçe ima edilir), daha yüksek voltajlı alanlardan daha düşük voltajlı alanlara akar. Bu, fizikte atıfta bulunulan potansiyel fark veya voltajdır ve büyüklüğü kısmen bir devredeki akım akışını belirler. Elektrik akımı, alternatif akım ("titreyen", fazik akış) ve doğru akım (düzgün akış) biçimlerinde gelir; ikincisi, elektrik güç şebekelerinde kullanılan modern standarttır.
- Akım akışı, adı verilen bir cihaz kullanılarak ölçülür.ampermetre. Aynı cihaz genellikle birvoltmetrepotansiyel farkı ölçmek için
Ohm Yasası
Önceki bölüm, Ohm yasası adı verilen basit bir matematiksel yasayla büyük ölçüde özetlenebilir:
ben=\frac{V}{R}
neredebenşu anamper(C/s), V, voltaj veya potansiyel farktır.volt(J/C veya J/C; paydadaki enerji terimini not edin) ve$direnç miohm (Ω).
Seri bir devrede, bireysel dirençlerdirençlerBir bütün olarak devrenin direncini hesaplamak için toplanır. Yakında okuyacağınız paralel devrelerde kural şudur:
\frac{1}{R_{tot}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+...+\frac{1}{R_n}
nerede$1, R2ve bunun gibi bireysel değerlernparalel devredeki dirençler
Devre Tanımı
Devre, elektrik yükünün bir tahrik geriliminin sonucu olarak içinden aktığı kapalı bir döngüdür. Akım, birim zamanda devrede belirli bir noktadan geçen yük miktarı olarak ölçülen akış hızıdır.
Bazen bir tel devresindeki akımı borulardan akan suya benzer olarak düşünmek faydalı olabilir. Su, yüksek potansiyel enerjili bölgelerden daha düşük potansiyel enerjili bölgelere akacaktır. Bazı kaynakların daha sonra suyu yükseltmek için enerji kullanması gerekecek, böylece yokuş aşağı akacak. Sürekli bir su akışı olması için, su dibe ulaştığında tekrar yukarı kaldırılmalıdır.Suyu tekrar yukarı kaldırma eylemi, esasen bir elektrik devresinde bir pil veya güç kaynağının yaptığı şeydir.
Bir devrenin amacı, bu yük akışı ile faydalı bir şeyler yapmaktır. Tüm devreler, tıpkı bir barajın bir rezervuardan su akışını yavaşlatması gibi, yük akışını yavaşlatan bir tür dirençli eleman içerir. Örneğin bir devreye bir ampul eklenirse, şarj akışını yavaşlatır ve ilgili enerjiyi ışığa dönüştürür.
Devre Şemaları ve Devre Elemanları
Eğer size bazı kombinasyonlar verilmişse, bir devrenin şemasını çizmek genellikle yararlıdır.V, benve$ve bilinmeyen miktarı çözmesi istendi. Bunu yapmak için, çizimi basitleştirmek için bir dizi sembol kullanın.
•••Dana Chen | bilim
Bu semboller daha sonra bir devre şeması oluşturmak için düz çizgilerle birleştirilir.
•••Dana Chen | bilim
Devre Çeşitleri
birseri devretel dallanma olmadan seri olarak veya birbiri ardına bağlı elemanlara sahiptir. Seri bağlı tüm elemanlardan geçen akım, yol boyunca kaç dirençle karşılaşılırsa karşılaşılsın aynıdır.
birparalel devreparalel bağlı elemanlara sahiptir - yani, devre dallarında bir nokta, teller iki farklı elemana gider ve daha sonra dallar tekrar birleşir.Paralel bağlı her bir eleman üzerindeki voltaj aynıdır.
birAçık devredöngü bir noktada koptuğu için hiçbir akımın akamadığı bir durumdur. birkapalı devretam döngünün oluşturulduğu ve akımın akabildiği döngüdür. Açıkçası, ikincisi çalışmak için daha ilginç olma eğilimindedir.
birkısa devreDirenç elemanlarının baypas edildiği ve akım akışının çok yüksek olduğu bir durumdur. Bunlar genellikle istenmeyen durumlardır ve devreleri "kırmak" (açmak) için devre kesiciler olarak adlandırılan cihazlar kurulur. Devreye ve elektrikli cihazlara zarar gelmesini önlemek için devre ve akım akışını durdurun ve yangınlar.
Elektrik Devresi Örnekleri
1. Bir seri devre, 9 V'luk bir güç kaynağı (bu durumda bir pil) ve direnç değerleri 1,5, 4,5, 2 ve 1 Ω olan dört direnç içerir. Akım akışı nedir?
İlk önce toplam direnci hesaplayın. Bir önceki bölümde verilen kuralı hatırlayacak olursak, bu sadece 1.5 + 4.5 + 2 + 1 = 9 Ω'dur. Böylece akım akışı
I=\frac{V}{R_{tot}}=\frac{9}{9}=1\metin{ A}
2. Şimdi aynı voltajı ve dört direnci hayal edin, ancak 1.5-Ω ve 4.5-Ω dirençleri paralel olarak yerleştirilmiş ve diğerleri öncekiyle aynı şekilde düzenlenmiş. Akım akışı nedir?
Bu sefer devrenin paralel kısmındaki direnci hesaplayınız. Bu 1/ ile verilir$ = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. Almak için bu numaranın karşılığını almayı unutmayınız.$!Bu 1/0.89 = 1.13 Ω ile verilir.
Şimdi devrenin bu bölümünü 0,89 Ω dirençli tek bir dirençli eleman olarak ele alabilirsiniz ve tüm problem bir seri devrede olduğu gibi çözülür: Rtot = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. Bu, akımı bir kez daha çözmenizi sağlar:Sanal/Sağtot= 9 V/4.13 Ω =2.18 A.
3. Son olarak, önceki örnekteki kurulumu temel alarak, 2-Ω ve 1-Ω dirençleri paralel bir devrede birleştirerek, kendileri seri olarak düzenlenmiş iki paralel devre seti elde edin. Şimdiki akım nedir?
Yeni paralel devrenin direncini çözün: 1/$= 1/1 + 1/2 = 1.5; R = 2/3 = 0.67 Ω. Böylece toplam direnç 1,13 + 0,67 = 1,79 Ω olur. Yeniden yenilenen devredeki akım bu nedenle 9 V/1.79 Ω =5.03 Bir.
Bu örnekler, voltaj değişmediğinden, direnci paralel dirençler arasında dağıtmanın, toplam direnci düşürerek akan akım miktarını arttırdığını göstermektedir.