Doğru ve Alternatif Akım Devreleri

Elektrik Akımı ve Direnç

• Akım: I = Δq/Δt (amper). Geleneksel akım yönü pozitif yükün hareket yönüdür (elektronların hareketine zıt). Mikroskobik olarak I = n·q·v_s·A (v_s: sürüklenme hızı).
• Ohm yasası: V = I·R. Direnç: R = ρ·L/A (ρ: özdirenç). Metallerde sıcaklık artınca direnç artar; yarı iletkenlerde azalır. Süper iletkenlerde kritik sıcaklığın altında direnç sıfırdır.
• Seri bağlı dirençler: R_eş = R₁ + R₂ + …; akım aynı, gerilim dirençle orantılı paylaşılır. Paralel bağlı dirençler: 1/R_eş = 1/R₁ + 1/R₂ + …; gerilim aynı, akım dirençle ters orantılı paylaşılır. İki paralel direnç için R_eş = R₁R₂/(R₁ + R₂).

Elektromotor Kuvvet ve Devre Analizi

• Elektromotor kuvvet (emk, ε): Üretecin birim yüke verdiği enerji. İç direnci r olan üretecin uçları arasındaki gerilim V = ε − I·r (deşarj); devre akımı I = ε/(R + r).
• Kirchhoff yasaları: Düğüm (akım) kuralı: Bir düğüme giren akımlar toplamı çıkanlar toplamına eşittir (yük korunumu). Halka (gerilim) kuralı: Kapalı bir halkada gerilim değişimlerinin toplamı sıfırdır (enerji korunumu).
• Üreteçlerin bağlanması: Seri bağlamada emk'ler toplanır; özdeş üreteçlerin paralel bağlanmasında emk değişmez, kullanım süresi uzar.
• Ölçü aletleri: Ampermetre seri bağlanır (iç direnci çok küçük); voltmetre paralel bağlanır (iç direnci çok büyük). Wheatstone köprüsü: R₁/R₂ = R₃/R₄ olduğunda köprü dengededir, galvanometreden akım geçmez.
• Elektriksel güç ve enerji: P = V·I = I²R = V²/R; enerji W = P·t (kWh). Joule yasası: Dirençte açığa çıkan ısı Q = I²Rt.

RC Devreleri

Kondansatörün dolması: q(t) = Cε(1 − e^(−t/RC)); boşalması: q(t) = Q₀e^(−t/RC). Zaman sabiti τ = RC; bir zaman sabiti sonunda kondansatör son yükünün yaklaşık %63'üne ulaşır. Doğru akımda tam dolmuş kondansatör akım geçirmez (açık devre gibi davranır).

Alternatif Akım

• Alternatif akım: Yönü ve büyüklüğü periyodik olarak değişen akım: V = V_max sin ωt. Türkiye'de şebeke frekansı 50 Hz, etkin gerilim 220-230 V.
• Etkin (efektif, rms) değer: V_etkin = V_max/√2; I_etkin = I_max/√2. Ölçü aletleri etkin değeri gösterir.
• Dirençler: Saf dirençte akım ile gerilim aynı fazdadır. İndüktif reaktans X_L = ωL (bobinde gerilim akımdan 90° ileride). Kapasitif reaktans X_C = 1/(ωC) (kondansatörde akım gerilimden 90° ileride).
• RLC seri devre: Empedans Z = √(R² + (X_L − X_C)²); I = V/Z; faz açısı tan φ = (X_L − X_C)/R. Rezonans: X_L = X_C olduğunda Z = R (en küçük), akım en büyük; rezonans frekansı f₀ = 1/(2π√(LC)).
• Güç: Ortalama güç P = V_etkin·I_etkin·cos φ; cos φ güç faktörüdür. Bobin ve kondansatör ortalamada güç harcamaz.
• Transformatör: V₁/V₂ = N₁/N₂; ideal transformatörde V₁I₁ = V₂I₂. Yalnız alternatif akımla çalışır. Enerji iletiminde gerilim yükseltilerek akım ve ısı kaybı (I²R) azaltılır.