Bilimsel elektrik kanunları ve formüller sayesinde ısı elde ediyor, karmaşık devreleri basitleştirebiliyoruz. Günümüzde hala kullanılan elektrik kanunları, modern bilimin gelişmeye başladığı yıllara dayanıyor. 1800’lü yıllardan beri elektriğe yön veren yasalar hangileri?
Günümüzde farklı kaynaklardan elektrik elde edebiliyor, karmaşık cihazları çalıştırabiliyor, büyük yapılara sorunsuz şekilde enerji sağlayabiliyoruz. Modern insanlık tarihinin başlangıcından beri kullanılan bazı elektrik kanunları ve fizik yasaları yüzyıllar geçse de elektriğin temelinde durmaya devam ediyor. Elektrik kanunları keşfedilmemiş olsa bunların ne kadarı mümkün olabilirdi? Karmaşık sistemleri anlamamıza yardımcı olan, bir çok gelişmeyi mümkün kılan elektrik kanunlarına bir göz atalım.
OHM Kanunu
Elektrik kanunları denince akla ilk gelen elektrik devresinde direnç birimi olarak bilinen “Ohm”dur. Bu elektrik kanunu George Simon Ohm tarafından bulunmuştur. 1827 yılında bu kanuna adını veren G. Simon Ohm, "Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkının, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir." Tanımını yapmıştır.
Ohm kanunu, bir elektrik devresi içerisindeki akım, voltaj ve direnç arasındaki bağlantıyı tanımlar. Formülü “R = V / I” ifade edilir.
Yani DİRENÇ = VOLT / AMPER
Elektrik devrelerinde gerilimin karşısına bir direnç konulur. Elektrik akımını sağlayan elektron, bu direncin izin verdiği ölçüde geçebilir ve akım oluşturur. Geçemeyen elektronlar ise “ısı” oluşturur. Bu durumda Ohm ne kadar büyükse, direnç de o kadar fazladır.
Joule Kanunu
Elektrik kanunları dönemin öncü fizikçileri tarafından geliştirlmiştir. İngiliz fizikçi James Prescott, “Joule” olarak bilinen enerji birimine adına vermiştir. Prescott, ısı enerjisi ile mekanik enerjinin eş değer olduğunu göstermiştir.
Ohm kanunununda enerjinin bir kısmının ısıya dönüştüğünden bahsetmiştik. Isı, elektronların biribirlerine sürtünmesi ve ittirmesi ile oluşur. Joule Kanunu şöyledir: "Bir iletkenden bir saniyede geçenelektriğin verdiği ısı: iletkenin direnci ile, geçen akımın karesinin çarpımına eşittir".
W = R x I2
Isı şekline dönüşen elektrik enerjisi = direnç x amperin karesi
Bu durumda Watt = Joule / Saniye’dir.
Kirchhoff Yasaları
Elektrik kanunları alanında Alman fizikçi Robert Kirchhoff 2 önemli kavrama adını vermiştir. Düğüm noktası ve kapalı devre kanunlarının babasıdır. Adını verdiği kanunlar Akımlar ve Gerilimler olarak ikiye ayrılır.
Akımlar kanunu, düğüm kanunu olarak da bilinmektedir. Bu akım kanununa göre, düğüm noktasına gelen akımlar toplamı, çıkan akımların toplamına eşit olmalıdır. Bu kanun elektrik gücünün korunmasının temelidir; herhangi bir noktaya giden akım kadar çıkış da olmalıdır.
Gerilim kanunu, kapalı bir elektrik devresinde uygulanan gerilimin, buradaki alıcıların uçları arasındaki gerilimlerin toplamına eşittir.
Thevenin Teoremi
Elektrik kanunları konusunda ufak bir araştırma yaptıysnız, Thevenin adını mutlaka duymuşsunuzdur. Fransız fizikçi Leon Thevenin 1883 yılında bulduğu formülle günümüzde en çok kullanılan teoremlerden birine imza atmıştır. “Thevenin eşdeğer devresi” olarak da bilinen bu kanun sayesinde, elektrik devresinin sonundan geçen akım hesaplanabilir. Böylece karmaşık olan devre basite indirgenebilir.
Thevenin eşdeğer direncini bulmak için; gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları ise açık devre yapılır. Eşdeğer gerilim ise çevre akımları, düğüm gerilimleri vb. metodlar yardımıyla bulunabilir. Bulunan bu değerler yardımıyla Thevenin eşdeğer devresi oluşturulur.
Norton Teoremi
Norton teoremi, karmaşık devre akımlarının çözülmesinde en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Thevenin teoremi gibi bir devre analiz yöntemidir.
Norton Teoremi ile, devreler 1 akım kaynağı ve parallel bir dirence indirgenerek, eşdeğer devre oluşturulur.
Thevenin ve Norton teoremleri devreyi sadeleştirmek için beraber kullanılır. Devre analizinin en pratik noktalarından biridir. Gördüğünüz gibi elektrik kanunları birbirine bağlı ve birbirlerinin devamı niteliğindedir. Kanunlar birbirlerinin tamamlayıcısı gibi birlikte ele alınarak karmaşık devreleri anlamamızı sağlar.
Faraday Kanunu
Faraday kanunu en basit şekilde bir bobinin bir sarımından bir akı geçerse, akının zamana göre göre değişim oranıyla doğrudan orantılı bir gerilim oluşacaktır. Bu denklem aşağıdaki gibi ifade edilir.
eind= Bobinde yüklenen gerilim
Ø= Bobinden geçen akı
dt= Zaman