Elektrikle ilgili tehlikelerin ve korunma yöntemlerinin anlaşılması için temel elektrik kavramlarına hakim olmak gerekir. Temel Elektrik Güvenliği Rehberinin ilk adımında Elektrik nedir? Akım, direnç, gerilim nedir? sorularının cevaplarını inceleyecek, elektriğe dair temel bilgilerden bahsedecek ve genel elektrik bilgisi konusunda bir altyapı oluşturacağız.
Elektrik Nedir?
Bütün cisimler atomlardan oluşur. Atomlar ise çekirdek, çekirdeğin içindeki proton, nötron ve bu yapının çevresinde bir yörünge üzerinde devinim yapan elektronlardan oluşur.
Elektrik ise atomun yapısını oluşturan elektron veya proton gibi yüklü parçacıkların mevcudiyetinden kaynaklanan; statik olarak, yüklerin birikimi olarak veya akım olarak ortaya çıkan bir enerji biçimidir. Kısaca elektronların bir konumdan başka bir konuma akışı veya hareketine elektrik denir.
Elektrik Türleri
Elektriğin statik elektrik ve dinamik elektrik olmak üzere iki türü mevcuttur.
1. Statik Elektrik
Bir malzemenin yüzeyinde elektron fazlası veya eksikliği mevcut olduğunda statik elektrik üretilmiş olur. Bu elektrik türü “statik” olarak adlandırılmıştır çünkü statik elektriğin oluştuğu yüzeyin yakınlarında elektronları çekecek ve hareket etmelerine sebep olacak bir başka malzeme yoktur. Ayrıca statik kelimesinin Türkçe karşılığı da “duruk” yani hareket etmeyendir.
Birbirine ters olarak yüklenmiş iki yüzey yakın mesafeye getirildiğinde bir deşarj olayı gerçekleşecek veya kıvılcım oluşacaktır. Özellikle yünlü kıyafetler giydiğimiz zamanlarda saçlarımızın elektriklenmesi, etrafımızdaki diğer insanlara dokunduğumuzda yaşadığımız o küçük çarpılma anları bu durumla ilintilidir.
Statik Elektrik Yükünün Bir Kız Çocuğunun Saçlarına Etkisi
Statik Elektriğin İnsan Üzerindeki Etkisi
2. Dinamik Elektrik
Dinamik elektrik, elektrik yüklerinin bir iletken aracılığıyla akışına denir. Başka bir deyişle elektrik akımına dinamik elektrik denir. Elektrik akımının ise doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) olmak üzere iki iletim şekli mevcuttur.
Doğru Akım
Doğru akım (DC), elektronların bir iletkenin başından sonuna doğru iletken boyunca akışı şeklinde gerçekleşir. Doğru akım (DC), sıfırın üstünde sabit bir pozitif değere sahiptir ve alternatif akımın aksine yalnızca bir yönde akar.
Doğru akıma verilebilecek en temel örneklerden biri standart kuru pillerdir. Aşağıda örneğini de vereceğim pil, ampul ve anahtar ile kurulan basit elektrik devresi doğru akım ile çalışır. Doğru akımın endüstriyel tesislerde kullanımına örnek olarak elektrikli ekipmanların batarya ile kullanıldığı (örn. forklift) işletmeleri verebiliriz. Forklift bataryası da aslında bir tür pildir. Batarya tipi enerji ile beslenen ekipmanlar bataryalarda üretilen akım tipinin doğru akım olması nedeniyle doğru akım ile çalışırlar.
Alternatif Akım
Alternatif akım (AC), elektronların kendilerinin akışından ziyade elektronlardaki enerjinin salınım yoluyla bir elektrondan diğer elektrona iletken cisim boyunca iletildiği akım biçimidir. Alternatif akım, manyetik alan içerisinde dönen bir iletken cisim üzerinde indüklenir. Akımın değeri ve iletken üzerindeki akış yönü, iletkenin manyetik akıya göre anlık konumuna bağlıdır.
İletken, manyetik alan içerisinde bir tam tur dönüşünü gerçekleştirdiği sırada, akım önce sıfırdan maksimum değere (pozitif), sonrasında yeniden sıfıra, ardından ters yöndeki maksimum değere (negatif) ve son olarak yeniden sıfıra döner. Bu ifadeden anlaşılacağı üzere, alternatif akımlarda elektrik yükünün akışı periyodik olarak yön değiştirir.
Evlerimize gelen elektrik akımı alternatif akımdır. Şebekeden beslenen enerji bir ileri bir geri doğru akar ve evdeki elektrikli ekipmanlarımız bu akış hareketinden faydalanarak çalışır.
Alternatif akımın sürekli olarak ileriye ve geriye doğru yaptığı bu salınım hızına frekans (birimi: hertz; sembolü Hz) denir. Frekans bir saniyedeki döngü sayısıyla ölçülür.
Türkiye’deki elektrik şebekesi, 230 V, 50 Hz standartlarında alternatif akım kullanmaktadır. Yani Türkiye’de elektrik akımı saniyede 50 tam döngü yapmaktadır.
Akım, Gerilim, Direnç Nedir?
Elektriğin davranışını anlamak için eğimli bir yüzeyde bulunan borudaki suyun yokuştan aşağı akışını düşünelim. Borunun içindeki suyun akışı bir elektrik kablosu üzerinden akan elektrik akımına benzerdir. Su boru boyunca yüksek basınçlı alandan düşük basınçlı bir alana doğru ilerler. Elektrik de benzer bir şekilde iletilir. Elektrik akımları yüksek voltajdan düşük voltaja (düşük dirençli alana) doğru hareket ederler.
Elektriksel bir sistemdeki temel parametreler;
Gerilim (birimi: volt; sembol: V).
Akım (birimi: amper; sembol: I).
Direnç (birimi: ohm; sembol: R) dir.
Gerilim (V)
Boru hattı boyunca basınç farkı arttıkça su akış hızı da artacaktır. Benzer şekilde elektrik kablosu boyunca elektrik potansiyel farkı ne kadar fazla ise akım miktarı da o derece yüksek olacaktır. Elektrik akımının iki nokta arasında hareket etmesini sağlayan elektrik potansiyel farkına voltaj veya gerilim denir. Volt cinsinden ölçülür ve V harfi ile gösterilir.
Akım (I)
Elektrik akımı, elektrik yükünün akışı veya elektrik yükünün akış miktarı olarak tanımlanabilir. Akım, iletken içerisinden geçen elektrik akış hızının bir ölçüsüdür. Elektrik akımı amper (A) cinsinden ölçülür ve kısaca I sembolü ile gösterilir. Çok küçük akımlar söz konusu olduğunda miliamper (mA) ifadesi ile karşılaşabiliriz.
Direnç (R)
Borunun içindeki suyun akışı, basınç farkının yanı sıra boru iç yüzeyinin pürüzlerinden ve borunun darlığından etkilenecektir. İç yüzeyde pürüzlü alanlar arttıkça, boru daraldıkça su akışı yavaşlayacak dolayısıyla akan su miktarı azalacaktır. Benzer olarak, maddenin elektriksel iletkenliği ne kadar zayıfsa direnç miktarı artacak dolayısıyla iletilen elektrik miktarı da azalacaktır. Bu iletimin verimini belirleyen şey materyalin sahip olduğu elektrik direncidir.
Bir malzemenin üzerinden elektrik akımının geçişi sırasında akıma karşı gösterdiği mukavemete elektriksel direnç denir. Elektriksel direnç ohm (Ω) olarak ifade edilir ve kısaca R sembolü ile gösterilir. Devre elemanı olarak kullanılan direnç; akıma karşı mukavemet gösterir, devreden geçen akımı sınırlayarak belli bir değerde tutar ve diğer devre elemanlarının çalışmalarını sağlar.
Dirençler kullandığımız tüm elektronik cihazlarda bulunmaktadır ve çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Dirençlerin kullanımına en temel örneklerden biri ise hepimizin evlerinde kullandığı flamanlı ampullerdir. Elektrik akımı üstünden geçtiği sırada ampul içindeki tel ısınır ve ışık yaymaya başlar.
Ohm Kanunu
Elektriğin üç temel kavramı; voltaj (V), akım (I) ve direnç (R) kavramları arasında bir bağıntı mevcuttur. Bu bağıntı elektriğin esas formülü olan Ohm kanunudur. Ohm kanunu elektriğin akışını tanımlar.
V = I × R (volt)
Elektriksel gücü (P) bulmak istersek de aşağıdaki formülü kullanırız,
P = V × I (watt)
Bu temel elektrik formülleri, bir ekipman için doğru boyutta sigorta seçilmesi vb. konularda gerekli olan basit hesaplamaları yapmamızı sağlarlar.
Basit Elektrik Devresi
Elektrik akımının; aydınlatma, ısıtma ve güç sağlama gibi işlerimizi yerine getirebilmesi için kaynağından güvenli bir şekilde iletilmesi ve geri dönebilmesi gerektir. Elektriğin iletimi ve kaynağına dönüşünün gerçekleşebilmesi için uygun bir elektrik devresi kurulmalı ve devre kapalı pozisyonda olmalıdır.
GIF from GIPHY
via GIPHY
Eğitim yıllarında gördüğümüz basit elektrik devresini düşünelim. Anahtarı açtığımızda ampulun çalışmadığı, kapattığımızda ise elektrik akışının gerçekleşerek ampulun yanmaya başladığı bu elektrik devresinde gerçekleşen olay, elektriğin iletilip kaynağına geri dönmesidir. Kaynağa geri dönüş yolunu engellediğimizde elektrik akışı gerçekleşmeyecektir.
Basit elektrik devresini oluşturabilmek için güç kaynağı, direnç, devreyi birleştirebilmek için iletken malzeme ve son olarak devrenin açılıp kapatılmasını sağlayacak bir anahtar yeterli olacaktır. Örneğin; güç kaynağı olarak pil, direnç olarak ampul, iletken malzeme olarak bakır kablo ve açma kapama işlemi için bir elektrik anahtarı kullanılarak temel elektrik devresi kurulabilir.
Elektrik, devre içerisinde pilin bir kutbundan diğerine doğru akar. Bu akış sırasında ampülün içerisinde bulunan filament üstünden geçen akıma direnç gösterir, ısınır ve ışık yayar. Anahtar açılırsa, telin pil veya ampulle bağlantısı kesilirse devre tamamlanamaz, elektrik akışı durur ve ampul söner.
Basit Elektrik Devresi ile Elektriğin İletiminin Gösterimi
Açık ve Kapalı Elektrik Devresi
İletken ve Yalıtkanlar
Elektrik bazı materyallerle diğerlerine nazaran daha iyi iletilir. Elektrik akımının üzerinden kolayca aktığı maddeler iletken madde olarak tanımlanırken elektrik geçirgenliği düşük maddelere yalıtkan denir.
Bunlara ek olarak düşük sıcaklıklarda çok zayıf direnç değerine sahip ve elektriği çok iyi ileten bazı metaller ise süper iletken olarak adlandırılır. Bir maddenin iletken veya yalıtkan özellik göstermesi sahip olduğu özdirenç ile alakalıdır.
İletken maddelerin neredeyse tamamı metallerdir. Örnek olarak bakır iyi bir iletkendir. Yalıtkanlar ise iletkenlerin aksine yüksek dirence ve düşük iletkenliğe sahip olan maddelerdir. Yalıtkanlara kauçuk, cam, ahşap, hava ve plastik malzemeleri örnek olarak gösterebiliriz.
Kaçak Akım, Kısa Devre, Topraklama, Nedir?
Temel elektrik kavramlarını kaçak akım, kısa devre ve topraklama başlıkları ile sonlandıralım.
Kaçak Akım (Elektrik Kaçağı)
Bir elektrik devresinde fazdan giren akım nötrden dönerek devreyi tamamlar. Elektrik akımının üzerinden geçtiği kabloların yıpranması ve izolasyon hataları gibi sebeplerden dolayı iletkenlerin muhafazaları zarar görebilir. Bu durumda nötr üzerinden dönmesi gereken akımlar, devrede üzerinden akım geçmemesi gereken iletken kısımlar (örn. buzdolabının kapısı) üzerinden topraklanarak devreyi tamamlar. Bu duruma elektrik kaçağı, bu akıma ise kaçak akım denir.
Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliğinde geçen şekliyle; İşletme elemanının aktif bölümlerinden, işletme yalıtkanı üzerinden aktif olmayan bölümlere, örneğin gövdeye işletme sırasında geçen akıma kaçak akım denir.
Kısa Devre
Kısa devre, akımın bulunması gereken rotadan saparak çok düşük dirençli bir hat üzerinden devreyi tamamlamasıdır. Kısa devre, anormal bir durumdur. Elektriğin normalde olmaması gereken düşük dirençli bir noktaya veya bölüme sapması devre üzerinden ani olarak yüksek akımlar akmasına neden olur. (V=I.R ; gerilim sabit iken direnç düşerse akım yükselir) Kısa devre sonucu oluşan aşırı yüksek akımlar, devrenin yanmasına ve güç kaynağının tahrip olmasına neden olabilir. Besleme devresinde kısa devre gerçekleştiği sırada bir sigorta mevcutsa, sigorta devreyi açarak akımı keser ve devreyi korur.
Topraklama
Elektrik her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele akmak ister. Dünyanın elektrik potansiyeli ise sıfıra yakın olarak kabul edilir. İşte bu nedenle elektrik sürekli olarak toprağa doğru akmak için yollar arar, en kısa ve kolay (dirençsiz) yoldan toprağa ulaşmaya çalışır.
Topraklama temel olarak dünyanın dev bir iletken küre olduğu ve kendisine temas eden her türlü elektrik akımını bünyesine alacağı prensibine dayanmaktadır.
Elektrik tedariğini sağlayan şirketin iletkenlerinden biri her zaman sağlam bir şekilde toprağa bağlanmıştır. Bunun sebebi, devrede bir arıza durumunda oluşan hata akımının besleme devresinde oluşturması muhtemel hasarı önlemektir.
Hata akımı, düşük dirençli iletken üzerinden doğrudan toprağa iletilir ve besleme devresi korunmuş olur. Bu elektriksel koruma işlemine topraklama denir. İyi ve etkili bir topraklama, elektrik devresinin ve insanların korunması için ciddi önem arz etmektedir.
Bir kişinin temas edebileceği elektrikli bir cihazdaki herhangi bir metal parça (örneğin bir elektrikli fırının metal kulbu) toprakla bağlanmalıdır. Böylece, bir elektrik kaçağında ekipman yüzeyinin enerjili hale gelmesi durumunda elektrik, insan bedeni üzerinden geçmek yerine daha kolay bir hat üzerinden toprağa yönlendirilir.
Temel elektrik bilgilerini ve kavramlarını kısaca aktardık. Bu yazıdaki bilgiler; elektrik tehlikelerini ve elektrik iş güvenliği konusunda alınması gereken önlemleri incelerken neyi neden yaptığımızı anlamamıza yardımcı olacaktır.
Kaynaklar:
*Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği
ELEKTRONİK NEDİR?
Temel ElektronikElektronik, elektronik aygıtları çalıştırmak için küçük elektrik akımlarının nasıl kumanda edilmesi gerektiğini araştıran bilim dalıdır. Elektronik, geçtiğimiz yüzyılın başında ilk elektronik devre elemanlarının geliştirilmesiyle başlayan çok genç bir bilim dalı olmasına rağmen, günlük hayata en çok adapte olmuş bilim dalı olduğu söylenebilir. Öyle ki günümüzde elektronik cihazların olmadığı bir ortam düşünmek imkansızdır. Elektronik yüzyıllardır üzerinde çalışılan bilimler olan fizik , matematik ve kimya ile ilişkilidir. Bu bilimlere kıyasla çok genç bir bilim dalı olsa da elektronik şimdiden tüm dünyayı değiştiren sonuçlar yaratmıştır.
Kısaca Elektronik Biliminin Gelişimi
Diyot lambaElektronikte ilk büyük gelişme , diyot lamba adındaki devre elemanının icadı olmuştur. Diyot lamba hem diyotun hem de transistörün öncüsü olan bir devre elemanıydı. Daha sonra diyot lambaların içine bir metal ızgara yerleştirilerek akımın kumanda edilmesi ve değiştirilmesi sağlandı ve bu yeni lambalar triyot lamba adını aldılar. Triyot lambalar bir yükselteç veya bir transistör gibi anahtar görevi görebilmekteydiler. Bu lambalar önce radyolarda sonra televizyonlarda yükselteç olarak kullanılmıştır.
1940 'lı yıllarda lambalar bu kez bilgisayarlarda sayısal anahtar olarak kullanıldı. İlk bilgisayar 18000 lamba içeriyor ve bir odanın tamamını kaplıyordu. Lambaların ısıtılması gerektiğinden çevresine büyük bir ısı yayıyordu.
1947 yılı elektronik biliminde bir dönüm noktası olmuştur. Çünkü 1947 'de John Bardeen tarafından transistör icat edildi. Transistör Walter Brattain ve William Shochley'in destekleriyle John Bardeen tarafından kullanıma sokulmuştur. 1950 'lerde lambalar örnek alınarak transistörler geliştirildi. Transistör küçüktü, kırılgan değildi ve çalışması için ısı gerekmiyordu bu nedenlerle de kısa zamanda lambaların yerini aldılar.
1958 yılına gelindiğinde ise bir diğer büyük icat olan ilk yonga ( silisyum üzerine kazılı küçük devreler, mikroişlemcilerin , mikrodenetleyicilerin, entegrelerin vb. içinde yer alır.) Amerikalı Bilim Adamı Jack Kilby tarafından yapıldı. Jack Kilby iki transistörü bir silisyum kristali üzerine yerleştirdi. Yongaların icadından ve silisyum yongalar üzerine mikroskopik oyuklar açma yöntemlerinin geliştirilmesinden sonra devreler ve devre elemanları çok küçültüldü.
Bu temel icatlar elektronik biliminin önünü tamamen açtı ve bugün elektronik bilimi icatlar konusunda her geçen gün başka gelişmelere olanak sağlıyor.
Sayısal ( Digital ) ve Analog Elektronik
Elektroniğin sayısal (digital) ve analog olmak üzere iki temel çeşidi vardır. Sayısal ( digital) devreler elektrik darbelerini kullanırken, analog devreler gerilimi yavaşça değişen elektrik akışını kullanırlar.
Bir devrenin tüm elemanları elektrik akımlarını alır, gönderir ya da kumanda eder. Bu akımlara sinyal adı verilir ve sinyaller devrenin tasarımına bağlı olarak analog ya da digital olabilir.
Analog sinyal:Yumuşak bir biçimde değişen akım ya da gerilimdir.
Sayısal ( digital ) sinyal: Bir yüksek bir alçak ( bir açık bir kapalı ) olan akım ya da gerilimdir.
Analog devreler belli yerlerde ihtiyaç duyulsada günümüzde artık sayısal ( digital ) devrelerin gerisinde kalmıştır. Çünkü mikrodenetleyiciler , mikroişlemciler ve dolayısıyla da bilgisayarlar sayısal ( digital ) sinyaller ile çalışmaktadır.
Sayısal ( digital ) elektronikte binary sistem ( 2 'lik sistem ) kullanılır. Gerilimin var olduğu durumlarda değer 1, gerilimin olmadığı durumlarda ise değer 0 olarak verilir.
İşlev Açısından Elektronik Devre Elemanları
Pasif Devre Elemanları: Pasif devre elemanlarının enerji kaynakları ya da etkim elektromotor kuvvetleri (emk) yoktur. Bu elemanlar sadece gerilim uygulandığında üzerlerinden geçen akımın sonucu olarak enerji açığa çıkarır ya da depolarlar. Dirençler, kondansatörler, bobinler ...vb devre elemanları pasif devre elemanlarıdır. Dirençler akım sınırlaması yaparken ısı ve ışık şeklinde enerji yayarlar, kondansatörler enerjiyi elektrik yükü şeklinde, bobinler ise manyetik alana depolarlar.
Elektrik Nedir?
Bütün cisimler atomlardan oluşur. Atomlar ise çekirdek, çekirdeğin içindeki proton, nötron ve bu yapının çevresinde bir yörünge üzerinde devinim yapan elektronlardan oluşur.
Elektrik ise atomun yapısını oluşturan elektron veya proton gibi yüklü parçacıkların mevcudiyetinden kaynaklanan; statik olarak, yüklerin birikimi olarak veya akım olarak ortaya çıkan bir enerji biçimidir. Kısaca elektronların bir konumdan başka bir konuma akışı veya hareketine elektrik denir.
Elektrik Türleri
Elektriğin statik elektrik ve dinamik elektrik olmak üzere iki türü mevcuttur.
1. Statik Elektrik
Bir malzemenin yüzeyinde elektron fazlası veya eksikliği mevcut olduğunda statik elektrik üretilmiş olur. Bu elektrik türü “statik” olarak adlandırılmıştır çünkü statik elektriğin oluştuğu yüzeyin yakınlarında elektronları çekecek ve hareket etmelerine sebep olacak bir başka malzeme yoktur. Ayrıca statik kelimesinin Türkçe karşılığı da “duruk” yani hareket etmeyendir.
Birbirine ters olarak yüklenmiş iki yüzey yakın mesafeye getirildiğinde bir deşarj olayı gerçekleşecek veya kıvılcım oluşacaktır. Özellikle yünlü kıyafetler giydiğimiz zamanlarda saçlarımızın elektriklenmesi, etrafımızdaki diğer insanlara dokunduğumuzda yaşadığımız o küçük çarpılma anları bu durumla ilintilidir.
Statik Elektrik Yükünün Bir Kız Çocuğunun Saçlarına Etkisi
Statik Elektriğin İnsan Üzerindeki Etkisi
2. Dinamik Elektrik
Dinamik elektrik, elektrik yüklerinin bir iletken aracılığıyla akışına denir. Başka bir deyişle elektrik akımına dinamik elektrik denir. Elektrik akımının ise doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) olmak üzere iki iletim şekli mevcuttur.
Doğru Akım
Doğru akım (DC), elektronların bir iletkenin başından sonuna doğru iletken boyunca akışı şeklinde gerçekleşir. Doğru akım (DC), sıfırın üstünde sabit bir pozitif değere sahiptir ve alternatif akımın aksine yalnızca bir yönde akar.
Doğru akıma verilebilecek en temel örneklerden biri standart kuru pillerdir. Aşağıda örneğini de vereceğim pil, ampul ve anahtar ile kurulan basit elektrik devresi doğru akım ile çalışır. Doğru akımın endüstriyel tesislerde kullanımına örnek olarak elektrikli ekipmanların batarya ile kullanıldığı (örn. forklift) işletmeleri verebiliriz. Forklift bataryası da aslında bir tür pildir. Batarya tipi enerji ile beslenen ekipmanlar bataryalarda üretilen akım tipinin doğru akım olması nedeniyle doğru akım ile çalışırlar.
Alternatif Akım
Alternatif akım (AC), elektronların kendilerinin akışından ziyade elektronlardaki enerjinin salınım yoluyla bir elektrondan diğer elektrona iletken cisim boyunca iletildiği akım biçimidir. Alternatif akım, manyetik alan içerisinde dönen bir iletken cisim üzerinde indüklenir. Akımın değeri ve iletken üzerindeki akış yönü, iletkenin manyetik akıya göre anlık konumuna bağlıdır.
İletken, manyetik alan içerisinde bir tam tur dönüşünü gerçekleştirdiği sırada, akım önce sıfırdan maksimum değere (pozitif), sonrasında yeniden sıfıra, ardından ters yöndeki maksimum değere (negatif) ve son olarak yeniden sıfıra döner. Bu ifadeden anlaşılacağı üzere, alternatif akımlarda elektrik yükünün akışı periyodik olarak yön değiştirir.
Evlerimize gelen elektrik akımı alternatif akımdır. Şebekeden beslenen enerji bir ileri bir geri doğru akar ve evdeki elektrikli ekipmanlarımız bu akış hareketinden faydalanarak çalışır.
Alternatif akımın sürekli olarak ileriye ve geriye doğru yaptığı bu salınım hızına frekans (birimi: hertz; sembolü Hz) denir. Frekans bir saniyedeki döngü sayısıyla ölçülür.
Türkiye’deki elektrik şebekesi, 230 V, 50 Hz standartlarında alternatif akım kullanmaktadır. Yani Türkiye’de elektrik akımı saniyede 50 tam döngü yapmaktadır.
Akım, Gerilim, Direnç Nedir?
Elektriğin davranışını anlamak için eğimli bir yüzeyde bulunan borudaki suyun yokuştan aşağı akışını düşünelim. Borunun içindeki suyun akışı bir elektrik kablosu üzerinden akan elektrik akımına benzerdir. Su boru boyunca yüksek basınçlı alandan düşük basınçlı bir alana doğru ilerler. Elektrik de benzer bir şekilde iletilir. Elektrik akımları yüksek voltajdan düşük voltaja (düşük dirençli alana) doğru hareket ederler.
Elektriksel bir sistemdeki temel parametreler;
Gerilim (birimi: volt; sembol: V).
Akım (birimi: amper; sembol: I).
Direnç (birimi: ohm; sembol: R) dir.
Gerilim (V)
Boru hattı boyunca basınç farkı arttıkça su akış hızı da artacaktır. Benzer şekilde elektrik kablosu boyunca elektrik potansiyel farkı ne kadar fazla ise akım miktarı da o derece yüksek olacaktır. Elektrik akımının iki nokta arasında hareket etmesini sağlayan elektrik potansiyel farkına voltaj veya gerilim denir. Volt cinsinden ölçülür ve V harfi ile gösterilir.
Akım (I)
Elektrik akımı, elektrik yükünün akışı veya elektrik yükünün akış miktarı olarak tanımlanabilir. Akım, iletken içerisinden geçen elektrik akış hızının bir ölçüsüdür. Elektrik akımı amper (A) cinsinden ölçülür ve kısaca I sembolü ile gösterilir. Çok küçük akımlar söz konusu olduğunda miliamper (mA) ifadesi ile karşılaşabiliriz.
Direnç (R)
Borunun içindeki suyun akışı, basınç farkının yanı sıra boru iç yüzeyinin pürüzlerinden ve borunun darlığından etkilenecektir. İç yüzeyde pürüzlü alanlar arttıkça, boru daraldıkça su akışı yavaşlayacak dolayısıyla akan su miktarı azalacaktır. Benzer olarak, maddenin elektriksel iletkenliği ne kadar zayıfsa direnç miktarı artacak dolayısıyla iletilen elektrik miktarı da azalacaktır. Bu iletimin verimini belirleyen şey materyalin sahip olduğu elektrik direncidir.
Bir malzemenin üzerinden elektrik akımının geçişi sırasında akıma karşı gösterdiği mukavemete elektriksel direnç denir. Elektriksel direnç ohm (Ω) olarak ifade edilir ve kısaca R sembolü ile gösterilir. Devre elemanı olarak kullanılan direnç; akıma karşı mukavemet gösterir, devreden geçen akımı sınırlayarak belli bir değerde tutar ve diğer devre elemanlarının çalışmalarını sağlar.
Dirençler kullandığımız tüm elektronik cihazlarda bulunmaktadır ve çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Dirençlerin kullanımına en temel örneklerden biri ise hepimizin evlerinde kullandığı flamanlı ampullerdir. Elektrik akımı üstünden geçtiği sırada ampul içindeki tel ısınır ve ışık yaymaya başlar.
Ohm Kanunu
Elektriğin üç temel kavramı; voltaj (V), akım (I) ve direnç (R) kavramları arasında bir bağıntı mevcuttur. Bu bağıntı elektriğin esas formülü olan Ohm kanunudur. Ohm kanunu elektriğin akışını tanımlar.
V = I × R (volt)
Elektriksel gücü (P) bulmak istersek de aşağıdaki formülü kullanırız,
P = V × I (watt)
Bu temel elektrik formülleri, bir ekipman için doğru boyutta sigorta seçilmesi vb. konularda gerekli olan basit hesaplamaları yapmamızı sağlarlar.
Basit Elektrik Devresi
Elektrik akımının; aydınlatma, ısıtma ve güç sağlama gibi işlerimizi yerine getirebilmesi için kaynağından güvenli bir şekilde iletilmesi ve geri dönebilmesi gerektir. Elektriğin iletimi ve kaynağına dönüşünün gerçekleşebilmesi için uygun bir elektrik devresi kurulmalı ve devre kapalı pozisyonda olmalıdır.
GIF from GIPHY
via GIPHY
Eğitim yıllarında gördüğümüz basit elektrik devresini düşünelim. Anahtarı açtığımızda ampulun çalışmadığı, kapattığımızda ise elektrik akışının gerçekleşerek ampulun yanmaya başladığı bu elektrik devresinde gerçekleşen olay, elektriğin iletilip kaynağına geri dönmesidir. Kaynağa geri dönüş yolunu engellediğimizde elektrik akışı gerçekleşmeyecektir.
Basit elektrik devresini oluşturabilmek için güç kaynağı, direnç, devreyi birleştirebilmek için iletken malzeme ve son olarak devrenin açılıp kapatılmasını sağlayacak bir anahtar yeterli olacaktır. Örneğin; güç kaynağı olarak pil, direnç olarak ampul, iletken malzeme olarak bakır kablo ve açma kapama işlemi için bir elektrik anahtarı kullanılarak temel elektrik devresi kurulabilir.
Elektrik, devre içerisinde pilin bir kutbundan diğerine doğru akar. Bu akış sırasında ampülün içerisinde bulunan filament üstünden geçen akıma direnç gösterir, ısınır ve ışık yayar. Anahtar açılırsa, telin pil veya ampulle bağlantısı kesilirse devre tamamlanamaz, elektrik akışı durur ve ampul söner.
Basit Elektrik Devresi ile Elektriğin İletiminin Gösterimi
Açık ve Kapalı Elektrik Devresi
İletken ve Yalıtkanlar
Elektrik bazı materyallerle diğerlerine nazaran daha iyi iletilir. Elektrik akımının üzerinden kolayca aktığı maddeler iletken madde olarak tanımlanırken elektrik geçirgenliği düşük maddelere yalıtkan denir.
Bunlara ek olarak düşük sıcaklıklarda çok zayıf direnç değerine sahip ve elektriği çok iyi ileten bazı metaller ise süper iletken olarak adlandırılır. Bir maddenin iletken veya yalıtkan özellik göstermesi sahip olduğu özdirenç ile alakalıdır.
İletken maddelerin neredeyse tamamı metallerdir. Örnek olarak bakır iyi bir iletkendir. Yalıtkanlar ise iletkenlerin aksine yüksek dirence ve düşük iletkenliğe sahip olan maddelerdir. Yalıtkanlara kauçuk, cam, ahşap, hava ve plastik malzemeleri örnek olarak gösterebiliriz.
Kaçak Akım, Kısa Devre, Topraklama, Nedir?
Temel elektrik kavramlarını kaçak akım, kısa devre ve topraklama başlıkları ile sonlandıralım.
Kaçak Akım (Elektrik Kaçağı)
Bir elektrik devresinde fazdan giren akım nötrden dönerek devreyi tamamlar. Elektrik akımının üzerinden geçtiği kabloların yıpranması ve izolasyon hataları gibi sebeplerden dolayı iletkenlerin muhafazaları zarar görebilir. Bu durumda nötr üzerinden dönmesi gereken akımlar, devrede üzerinden akım geçmemesi gereken iletken kısımlar (örn. buzdolabının kapısı) üzerinden topraklanarak devreyi tamamlar. Bu duruma elektrik kaçağı, bu akıma ise kaçak akım denir.
Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliğinde geçen şekliyle; İşletme elemanının aktif bölümlerinden, işletme yalıtkanı üzerinden aktif olmayan bölümlere, örneğin gövdeye işletme sırasında geçen akıma kaçak akım denir.
Kısa Devre
Kısa devre, akımın bulunması gereken rotadan saparak çok düşük dirençli bir hat üzerinden devreyi tamamlamasıdır. Kısa devre, anormal bir durumdur. Elektriğin normalde olmaması gereken düşük dirençli bir noktaya veya bölüme sapması devre üzerinden ani olarak yüksek akımlar akmasına neden olur. (V=I.R ; gerilim sabit iken direnç düşerse akım yükselir) Kısa devre sonucu oluşan aşırı yüksek akımlar, devrenin yanmasına ve güç kaynağının tahrip olmasına neden olabilir. Besleme devresinde kısa devre gerçekleştiği sırada bir sigorta mevcutsa, sigorta devreyi açarak akımı keser ve devreyi korur.
Topraklama
Elektrik her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele akmak ister. Dünyanın elektrik potansiyeli ise sıfıra yakın olarak kabul edilir. İşte bu nedenle elektrik sürekli olarak toprağa doğru akmak için yollar arar, en kısa ve kolay (dirençsiz) yoldan toprağa ulaşmaya çalışır.
Topraklama temel olarak dünyanın dev bir iletken küre olduğu ve kendisine temas eden her türlü elektrik akımını bünyesine alacağı prensibine dayanmaktadır.
Elektrik tedariğini sağlayan şirketin iletkenlerinden biri her zaman sağlam bir şekilde toprağa bağlanmıştır. Bunun sebebi, devrede bir arıza durumunda oluşan hata akımının besleme devresinde oluşturması muhtemel hasarı önlemektir.
Hata akımı, düşük dirençli iletken üzerinden doğrudan toprağa iletilir ve besleme devresi korunmuş olur. Bu elektriksel koruma işlemine topraklama denir. İyi ve etkili bir topraklama, elektrik devresinin ve insanların korunması için ciddi önem arz etmektedir.
Bir kişinin temas edebileceği elektrikli bir cihazdaki herhangi bir metal parça (örneğin bir elektrikli fırının metal kulbu) toprakla bağlanmalıdır. Böylece, bir elektrik kaçağında ekipman yüzeyinin enerjili hale gelmesi durumunda elektrik, insan bedeni üzerinden geçmek yerine daha kolay bir hat üzerinden toprağa yönlendirilir.
Temel elektrik bilgilerini ve kavramlarını kısaca aktardık. Bu yazıdaki bilgiler; elektrik tehlikelerini ve elektrik iş güvenliği konusunda alınması gereken önlemleri incelerken neyi neden yaptığımızı anlamamıza yardımcı olacaktır.
Kaynaklar:
*Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği
ELEKTRONİK NEDİR?
Temel ElektronikElektronik, elektronik aygıtları çalıştırmak için küçük elektrik akımlarının nasıl kumanda edilmesi gerektiğini araştıran bilim dalıdır. Elektronik, geçtiğimiz yüzyılın başında ilk elektronik devre elemanlarının geliştirilmesiyle başlayan çok genç bir bilim dalı olmasına rağmen, günlük hayata en çok adapte olmuş bilim dalı olduğu söylenebilir. Öyle ki günümüzde elektronik cihazların olmadığı bir ortam düşünmek imkansızdır. Elektronik yüzyıllardır üzerinde çalışılan bilimler olan fizik , matematik ve kimya ile ilişkilidir. Bu bilimlere kıyasla çok genç bir bilim dalı olsa da elektronik şimdiden tüm dünyayı değiştiren sonuçlar yaratmıştır.
Kısaca Elektronik Biliminin Gelişimi
Diyot lambaElektronikte ilk büyük gelişme , diyot lamba adındaki devre elemanının icadı olmuştur. Diyot lamba hem diyotun hem de transistörün öncüsü olan bir devre elemanıydı. Daha sonra diyot lambaların içine bir metal ızgara yerleştirilerek akımın kumanda edilmesi ve değiştirilmesi sağlandı ve bu yeni lambalar triyot lamba adını aldılar. Triyot lambalar bir yükselteç veya bir transistör gibi anahtar görevi görebilmekteydiler. Bu lambalar önce radyolarda sonra televizyonlarda yükselteç olarak kullanılmıştır.
1940 'lı yıllarda lambalar bu kez bilgisayarlarda sayısal anahtar olarak kullanıldı. İlk bilgisayar 18000 lamba içeriyor ve bir odanın tamamını kaplıyordu. Lambaların ısıtılması gerektiğinden çevresine büyük bir ısı yayıyordu.
1947 yılı elektronik biliminde bir dönüm noktası olmuştur. Çünkü 1947 'de John Bardeen tarafından transistör icat edildi. Transistör Walter Brattain ve William Shochley'in destekleriyle John Bardeen tarafından kullanıma sokulmuştur. 1950 'lerde lambalar örnek alınarak transistörler geliştirildi. Transistör küçüktü, kırılgan değildi ve çalışması için ısı gerekmiyordu bu nedenlerle de kısa zamanda lambaların yerini aldılar.
1958 yılına gelindiğinde ise bir diğer büyük icat olan ilk yonga ( silisyum üzerine kazılı küçük devreler, mikroişlemcilerin , mikrodenetleyicilerin, entegrelerin vb. içinde yer alır.) Amerikalı Bilim Adamı Jack Kilby tarafından yapıldı. Jack Kilby iki transistörü bir silisyum kristali üzerine yerleştirdi. Yongaların icadından ve silisyum yongalar üzerine mikroskopik oyuklar açma yöntemlerinin geliştirilmesinden sonra devreler ve devre elemanları çok küçültüldü.
Bu temel icatlar elektronik biliminin önünü tamamen açtı ve bugün elektronik bilimi icatlar konusunda her geçen gün başka gelişmelere olanak sağlıyor.
Sayısal ( Digital ) ve Analog Elektronik
Elektroniğin sayısal (digital) ve analog olmak üzere iki temel çeşidi vardır. Sayısal ( digital) devreler elektrik darbelerini kullanırken, analog devreler gerilimi yavaşça değişen elektrik akışını kullanırlar.
Bir devrenin tüm elemanları elektrik akımlarını alır, gönderir ya da kumanda eder. Bu akımlara sinyal adı verilir ve sinyaller devrenin tasarımına bağlı olarak analog ya da digital olabilir.
Analog sinyal:Yumuşak bir biçimde değişen akım ya da gerilimdir.
Sayısal ( digital ) sinyal: Bir yüksek bir alçak ( bir açık bir kapalı ) olan akım ya da gerilimdir.
Analog devreler belli yerlerde ihtiyaç duyulsada günümüzde artık sayısal ( digital ) devrelerin gerisinde kalmıştır. Çünkü mikrodenetleyiciler , mikroişlemciler ve dolayısıyla da bilgisayarlar sayısal ( digital ) sinyaller ile çalışmaktadır.
Sayısal ( digital ) elektronikte binary sistem ( 2 'lik sistem ) kullanılır. Gerilimin var olduğu durumlarda değer 1, gerilimin olmadığı durumlarda ise değer 0 olarak verilir.
İşlev Açısından Elektronik Devre Elemanları
Pasif Devre Elemanları: Pasif devre elemanlarının enerji kaynakları ya da etkim elektromotor kuvvetleri (emk) yoktur. Bu elemanlar sadece gerilim uygulandığında üzerlerinden geçen akımın sonucu olarak enerji açığa çıkarır ya da depolarlar. Dirençler, kondansatörler, bobinler ...vb devre elemanları pasif devre elemanlarıdır. Dirençler akım sınırlaması yaparken ısı ve ışık şeklinde enerji yayarlar, kondansatörler enerjiyi elektrik yükü şeklinde, bobinler ise manyetik alana depolarlar.
Aktif Devre Elemanları: Aktif devre elemanları ya kendileri elektrik enerjisi üreten ya da enerji seviyesini yükselten devre elemanlarıdır. Aktif devre elemanlarına örnek olarak pil, dinamo, ampflikatör gibi elemanlar gösterilebilir.
Kaynakça:Robotistan devreler
Kaynakça:Robotistan devreler
