İletkenlik ve Direnç

İletkenlik konusunda bir çok fizik bilgisine ve ulaşabilirsiniz. Ancak ben fizik ve matematiğin formülerinde boğuşmadan iletkenliği anlatmak istiyorum. En iyi iletken altındır, ancak biz devrelerimizde iletken olarak bakır kablolar kullanıyoruz. Kablomuz ne kadar kalın ve kısa ise o kadar elektriği iyi iletecektir; kablomuz ne kadar uzun ve ince ise o kadar iletkenliği azalacak ve akıma karşı direnmeye başlayacaktır.

Bunu otoban ve karayollarındaki hız sınırları olarak düşünebiliriz. Otobanlar geniş ve çok şeritli olmaları nedeniyle hız sınırları yüksek ve karayollarına göre daha fazla aracın geçişine imkan vermektedir. Karayolları ise daha dar ve az şeritli olmaları nedeniyle hız sınırları daha düşük ve otobana göre birim zamanda daha az araç ilerlemektedir.

Elektrik ve elektronikte kablolama yaparken sonsuz iletkenlik ideal olandır. 0 iletkenlik ise yalıtım yani elektrik akışının hiç olmamasıdır. Güç kaynağımızın + ve - uçlarında sonsuz iletkenlik (yani hiç bir devre elemanı olmadan kablo ile iki ucu birleştirmek) hiç istemeyeceğimiz bir şey olup biz buna kısa devre diyoruz. 0 iletim ise devremizi çalıştırmayacaktır. O halde ideal bir devre tasarlamak istiyorsak en az akımla amacımıza ulaşmak için elektrik akımını sınırlayacak dirençleri kullanmalıyız. 

Dirençler

Günümüzde enerji verimliliği önemli konulardan biridir. En az kaynağı kullanarak en yüksek verimi almaya çalışırız. Devre tasarlarken de bu mantıkla hareket ederek pilimizin ömrünü arttırmaya veya güç kaynağımızdan en az gücü harcamaya çalışmalıyız. Telefonlarımızı şarj ettiğimiz cihazları düşünün, 5 Volt ve 2 Amper olup 10 Watt güç harcamaktalar. Eğer telefonlarımızı 10 Volt 3 Amper olarak tasarlamış olsalardı, 30 Watt güç harcanacaktı. Bu da daha fazla enerji sarfiyatıdır.

Çeşitli güç ve özelliklerde dirençler.

Dirençler, elektrik akımına karşı direnen, akımı küçülten ve art arda seri bağlandıklarında voltaj bölen  devre elamanlarıdır. Devrelerde R ile ifade edilip birimi Ohm'dur, sembolü Ω'dur. R İngilizce resistance kelimesinden gelir. Standart olarak üretilen bir çok direnç çeşidi vardır. Şimdilik bizim için bir dizi direnç yeterli olacaktır. Onlu paketler halinde 1 Ohm ile 820 Mega Ohm'a kadar dirençleri satın alabilirsiniz. Hurda elektronik cihazlar üzerinde ücretsiz olarak birçok direnç bulabilirsiniz. Hemen para harcamak yerine ücretsiz bulmak daha cazip olabilir.

Hurda Devrelerden çıkarılabilecek dirençler.

Devrelerimizi kurarken bazı yerlerde güç kaynağımızdan daha az voltaja ve devremiz üzerinde akacak daha düşük akıma ihtiyacımız olur. Dirençler de işte tam da böyle bir görevi yerine getirir. Devremizde bir LED'i yakmak istiyorsak 2 volta ihtiyacımız olacaktır. Çünkü LED'ler genelde 2 volt ile çalışır. LED'imize 2 volttan fazla enerji verdiğimizde LED yanacak ve bir daha ışık vermeyecektir.

O zaman nasıl oluyor da dirençler volt düşürmeyi (bölmeye) ve akım azaltmaya yarıyor. Gelin bunu bir paraşütçü üzerinden örneklendirelim. Bir paraşütçü zirveden atladığında hızla yere doğru düşmeye başlar. Paraşütünü açtığı anda paraşüt yer çekimine karşı direnmeye başlar ve paraşütçünün düşme hızı yavaşlar. Paraşütçü irtifa kaybettikçe de yere doğru yaklaşır. Burada pilleri tanıtırken pek açmadığımız - uç (Toprak, zemin veya GND olarak da anılır.) konusuna değinelim. Paraşüt örneğinde olduğu gibi voltajımız devremizden geçerken karşılaştığı her devre elemanında basıncını kaybederek 0'a, toprağa, zemine, - uca ulaşır ve - uca ulaştığında örneğin +9V'la başlayan değer - uçta sıfırlanacaktır. Paraşütçünün 5km yüksekten deniz seviyesi 0 veya yere inmesi gibi. Ama paraşütçü belli bir irtifada süzüle bilir. Bu durum işte LED'in ihtiyacı olan voltaj olarak düşünebiliriz.

Voltaj paraşütçü ilişkisi.

Paraşütçü örneğinde olduğu gibi Gerilim-Akım-Direnç arasında bir ilişki var. Paraşütçü zirveden (+ uçtan) atladıktan sonra yer (- uç, GND) çekiminin etkisiyle düşmeye başlıyor. Paraşüt (direnç) açıldıktan sonra yer çekimine karşı direnerek düşme hızını (elektrik akımını) yavaşlatmaktadır.

Bu kadar gerçek dünya ile bağlantı kurduktan sonra elektrik bilgisini kullanmaya sıra geldi sanırım. Gerilim, akım ve direnç arasındaki ilişki aşağıdaki formüldeki gibidir.

Gerilim = Akım x Direnç

V = I x R

Bu formülü kullanarak devrelerimizde gerilimi, akımı ve kullanacağımız dirençleri hesaplayabiliriz. Bu formül için güzel bir piramit örneğimiz var, bulmak istediğimizi parmağımızla tutuyor ve üçgeni okuyarak formülü uyguluyoruz.

Gerilim-Akım-Direnç Pramiti

Şimdi bir kaç örnek devre çizerek işe başlayalım. Ancak devre çizmek için bilmemiz gereken bazı devre sembolleri var. Bunları sırasıyla görelim. 

Pil, direnç, GND veya toprak, LED sembolleri.

Şimdi bunları kullanarak Devre oluşturalım, ancak bunları elle çizmek yerine bilgisayar programları ile veya internet sayfaları üzerinden de oluşturabilirsiniz. Ben kolay ve hızlı olması nedeniyele Falstad sitesini kullanıyorum devrelerimi burada hızlıca oluşturup simule edebiliyorum. Şimdilik burada devre oluşturmayı anlatmayacağım. İleride bu konuda bir yazı hazırlayacağım. Şimdi bir kaç alıştırma yapalım.

Alıştırma 1: Aşağıdaki devremizden 10mA yani 0,01A akım akmaktadır. Devremizdeki direnç 500 Ohm değerindedir. O halde devremizdeki güç kaynağı kaç volttur?

Çözüm 1: Formülümüz neydi? Çok basit VIRRR V=IxR. V yi bilmiyoruz. Akım değerimiz 10mA ancak onu Amper cinsinden yazacağız. Yani 0,01A akım değerimiz. Şimdi formüle uygulayalım.

V= 0,01 x 500 = 0,01 x 500 = 1 x 5 = 5v Güç kaynağımız 5v'tur.

Problemi çözerken uyguladığım yöntemi de göstermek istedim. Ondalık işlemleri yaparken her iki taraftan 0 silerek işlem yapmak kolay oluyor. Sanırım yöntemimi anladınız.

Yeri gelmişken mili voltlardan bahsetmek istiyorum. Yine kafamızda canlanması için bildiğiniz gibi 1 metre 100 tane 1cm'den veya 1000 tane 1mm'den oluşur. Buradan da anlaşılacağı gibi 1 mili Amper 1 Amperin binde biri. Bir şeyin bin tanesinden bahsederken sağına üç sıfır atıyorsak bir şeyin 1000'de birinden bahsediyorsak soluna üç sıfır atmalıyız. O halde: 

1mA 0,001A, 10mA 0,010A ve 100mA ise 0,100A olarak yazılır. 

Dikkat ettiyseniz 0,000A kısmına sağa dayalı olarak mili amperi yerleştirmek gibi kolay bir işlemle mili Amperi, Ampere çeviriyorum.

Örnek 2: Aşağıdaki devremizde güç kaynağımız 10v ve direncimiz 800 Ohm'dur. Devremizden akan akım değerini bulunuz?

Çözüm 2: Yukarıdaki piramitte I'nın üzerini parmağımızla kapatalım elimizde V / R kalacaktır. Artık bunu biliyoruzdur. Volt değerini, dirence bölmek. Hemen bölelim.

I = V / R = 10 / 800 = 1 / 80 = 0,0125A yani 12,5mA. 1 i 80 parçaya bölmek benim gibi matematik özürlü birisi için zor ancak hesap makineleri bu işi bizim için yapıyorlar. Bu sonuçta sizi şaşırtacak olan 0,0125A nasıl oldu da 125mA değil de 12,5mA yaptı. Ne demiştik 0,000 kuralı (bu benim kuralım) üzerine 0,0125 eklediğimizde 5 boşta kalıyor. Bu durumda 5 bir alt birime atlıyor. Mikro birimlere kondansatörlere geldiğimizde anlatacağım.

0,0125A

0,000,

     12,5mA

Alıştırma 3: Aşağıdaki devremizde güç kaynağı 12v olup, devreden 12mA akım geçmektedir. Direncin değerini bulalım.

Çözüm 3: Gerilim-Akım-Direnç piramidinde R'yi parmağımızla kapatınca kalan V/I uygulayacağımız formüldür. Değerleri formüle yerleştirelim.

R = V / I = 12 / 0,012 = 12000 / 0,012 = 12000 / 12 = 1000 Ohm 1k

Ondalık sayılarda bölme işleminde bir yöntem daha sizlerle. Ben buna virgül kaydırma diyorum. Virgülümüzü tam sayı elde edene kadar sağa kaydırıyoruz, kaydırdığımız kadar üstteki sayıya sıfır ekiyoruz. Ne de olsa benim gibi sözel mezunu olanlar için bu yöntem kolay görünüyor. Yine de hesap makinesi kullanarak kolayca sonucu bulabilirsiniz.

Neredeyse çalışan bir devre kurmak için tüm bilgilere sahibiz. Gelecek yazımızda bir LED yakıp bilgilerimizi uygulamaları olarak görelim.