elektrikle ilgili temel kavramlar a amper v volt w watt wat joule iş güç wh watt saat nedir ne değildir farkları nelerdir ne anlatırlar.

Piller ve aküler-taşınabilir elektrik.

Elektrikle ilgili temel kavramlar:

Gerilim (volt): Elektrik kaynağının iki ucu arasındaki elektron itme kuvveti olarak tanımlanabildiği gibi devrenin iki farklı noktası arası potansiyel enerjinin açığa vurum farkı olarak da anılabilir. Her iki tanım da son kullanıcı için bir anlam ifade etmez. Örneklendirirsek doğru akım kaynağında elektronların eksi uçtan artı uca doğru itilmelerini sağlayan gücün miktarıdır. Birimi volttur V ile gösterilir. Mühendisleri kızdıracak bir örnek olsa da gerilim bir anlamda elektriğin hızı gibidir.

Akım (amper): Sistemde akan veya kullanılan elektriğin miktarıdır. Sistemde kaç elektron dolaştığıyla doğru orantılı bir birimdir. Elektronları saymak hem mümkün değildir hem de pratikte bir anlamı yoktur. Doğru akımda ve alternatif akımda aynı amper değerini farklı elektron hareketleriyle sağlayabilirsiniz. Bu nedenle belirli bir anda sistemin herhangi bir yerindeki elektrik miktarıdır. Gerilim kavramı elektrik miktarıyla doğru orantılı değildir. Tek bir elektron da 220 volt gerilim sağlayabilir katrilyonlarcası da. Ancak akımda miktarla doğru orantılıdır. Birimi amperdir ve A ile gösterilir. Ancak devre çizimlerinde akımın hareketi I ile gösterilir. Biri çokluğu ifade eder biri yönü. I daha çok elektrik elektronik devre şemalarında kullanılır ve a olan akımla bir ilgisi yoktur. Miktar göstermez.

İş (watt): Mevcut elektrikle yapılan işi gösterir. Sadece elektrik miktarı yani akımı değil akım ve gerilimin çarpım değeridir. Örneklendirirsek: Bir kayanın hareket etmesi gerektiğini düşünün elinizde 10 ar gramlık toplar var. Bu toplardan tek bir tanesini çok yüksek hızda kayaya çarptırarak hareket sağlamanız mümkündür (Küçücük merminin yüksek hızı nedeniyle verebildiği hasarı düşünün) veya daha yavaş ama çok sayıda topun kayaya çarpmasıyla da o kayayı hareket ettirmek mümkündür (akan suyun çok sağlam köprüleri yıkması gibi).

Gerçekte yapılacak iş sabittir. Yani 1500 wattlık bir elektrik motoru her şartta aynı gücü üretir ancak bu 1500 watt işi sağlayabilmek için 220 volt kullanırsanız kullanacağınız akım daha az; 12 volt kullanırsanız kullanacağınız akım daha çok olacaktır. Arabanızı çalıştırmak için kullanılan marş motorunu normalde şehir şebekesiyle çalıştırmanız için 5-10 amper arası bir akım yeterli olur ve 1-1,5 mm²’lik kablo kullanmanız yeterli olur. Ancak 12 voltluk akü kullanıldığı için 200 amper civarı bir akım kullanılır ve parmak kalınlığında kablo kullanılması gerekir. Birim watt tır ve w ile gösterilir. Bir cihazın harcadığı elektrik watt değeri ile ölçülür. İki cihazdan hangisinin daha çok elektrik harcadığını öğrenmek istiyorsanız sonunda w olan rakama bakın. Büyük olan daha çok elektrik tüketiyordur.

VA değeri: Özellikle voltaj azaltım veya arttırımı yapılan sistemlerle doğru- alternatif akım dönüşümü yapılan sistemlerde sistemde dolaşabilecek toplam akım gerilim miktarını belirtmek için kullanılır. Bildiğimiz anlamda watt değerini karşılamaz çünkü sistem kayıpları ve kazanılabilir verimi içermeyen hesaplanmış bir değerdir. Pratik kullanımda güçten ziyade sistemin empedans-direnç değerini vermek için yazılır. Son kullanıcı için bir anlamı yoktur. 1000 va olarak işaretli bir sistem 300 w da veriyor olabilir 500 watt da 700 watt da. Genelde verim %50 civarı olduğundan VA değerini ikiye bölerek efektif W değeri bulunabilir. Yine örneklersek üzerinde w değeri verilmemiş ve verimi yazmayan bir güç kaynağı varsa onun ancak 500watt güç taşıyabileceğini düşünmelisiniz.

Demeraj: Genellikle elektrik motorları için kullanılan bir değerdir ancak hemen her tür elektrik elektronik sistemde geçerlidir. Sadece az olması nedeniyle çoğu devre sisteminde göz ardı edilir.

Bir devre ilk çalıştığı anda kısa bir süre için normal hesaplanandan fazla akım çeker. Devrede kullanılan elemanlara göre bu fazlalık değişir. Örneğin sadece led aydınlatmaya bağlı bir devre varsa arş %0.01 düzeyinde kalırken fırçalı elektrik motoru kullandığınızda bu değer normalin 10 katına kadar çıkar. Yüksek güçlü ve invertör olmayan bir klima çalıştığı anda geçici olarak ışıkların azalması bu nedenledir. Klimanın motor aksamı bir an için normal anma akımının 7-8 katı elektrik çeker. Sistem ya gerekli akımı veremediğinden iç direnci düşük olan devre akımın daha çoğunu üzerine alır (burada motor aksamı) ya da kablo sisteminin anlık çekilen fazla akımı tamamlaması zaman alır. Eski evlerde elektrik süpürgesi tam güçte çalışmaya başladığında da bir an için ışıklar azalırdı. Zayıf tesisat anlık fazla akımı karşılayamazdı.

Şebekeden elektrik kullanırken genelde ciddi bir sorun teşkil etmez ancak taşınabilir bir sistemde (jeneratör, pil, kgk) güç kaynağı demeraj değerini karşılayacak şekilde hesaplanmalıdır.

Direnç: elektronikte bir devre elemanının adıdır. Ancak burada kullanılacak olan direnç sistemdeki elektriğin geçişine karşı gösterilen dirençtir. Bir anlamda elektriğin sürtünme kuvvetidir. Her madde kendine özgü bir oranda elektriğe direnç gösterir. Porselende bu değer çok yüksek olduğundan elektrik geçmez. Silikonda orta düzey direnç mevcuttur az ama geçirgendir; bakır gibi çoğu metalde ise direnç çok az olduğundan akım kolaylıkla geçer. Ancak az da olsa direnç vardır ve elektriğin bir kısmı bu direnç nedeniyle kaybolur. Yani bir uçtan verilen elektrikle sondan alınan elektrik eşit olmaz. Aynı şekilde motor, lamba gibi devre elemanlarının da kendilerine ait yaptıkları işin haricinde bir iç dirençleri vardır. Örneğin 100 wattlık lamba iç direnci nedeniyle 100 wattan daha fazla elektrik tüketir. Veya 100 watt tüketmesi sağlansa bile daha az ışık verir. Sistemde daima hesaplanandan daha fazla elektrik tüketilmesinin nedeni budur. Kayıplar nedeniyle verim düşer.

Akım düşük dirençten geçmeyi ister. Bu nedenle iç direnci düşük sistemler akımı paylaşmak gerektiğinde daha fazla akımı üzerine alabilir. Elektrik motoru çalıştığında iç direnci yüksek lambaların ışık miktarı azalırken ihtiyacının tamamını alabilen motorlar buna örnektir.

Elektrik kaynaklarının da iç dirençleri vardır. Şebekede kaynak tek olduğu için sorun olmaz ancak taşınabilir sistemlerde birden fazla pil beraber kullanılacaksa farklı iç dirençler devreye akım verirken bir yandan da birbirlerini devre elemanı olarak görüp üzerlerinden akım geçirmeye çalışırlar. Cihazlarınızda farklı pil türlerini bir arada kullanmayın demelerinin nedeni budur. Örneğin alkalin ve karbon pili aynı anda kullanmaya çalışırsanız alkalin pil karbon pili doldurmaya çalışacağından hem vereceği akım bölünür ve güç kaybı olur hem de karbon pil şarja uygun olmadığından akma yapar.

Kabloların da bir iç dirençleri vardır. Bu nedenle kullanılacak akıma göre uygun alınlıkta bir kablo kullanmak kayıpları azaltacaktır. Sahil bölgelerinde dar ve trafiği çok olan yolları hatırlayın. Fazla trafik yüzünden akım sağlanmadığı gibi o yol normal çevre sıcaklığından daha sıcaktır. Bu fazla sıcaklığın nedenlerinden biri dar alanda çok miktarda sürtünme yaşanmasıdır. Dar bir kablodan yüksek akım geçirirseniz kablo ancak gücü kadar akımı geçirir ve sistemin ihtiyacı olan gücü sağlayamaz ancak devam eden akım yüzünden kablo ısınır ve yanar.

Doğru akım: Elektrik akımının türleri vardır. Doğru akımda elektronlar tek bir yönde akar. Akım hem birbirini iten elektronlardan hem de bizzat akan elektronlardan oluşur. Çok verimsiz bir akım türüdür. Elektronlar uzun mesafe seyretmek zorunda olduğundan kayıp ve ısınma çok olur. Alternatif akıma eşit bir akımı taşımak için daha kalın kablo gerekir. Örneğin alternatif akımda 100 amper elektriği 6 mm²lik kablo ile sorunsuzca taşıyabilirken doğru akım 100 amper için 20 mm² lik kablo daha güvenli olacaktır. Üstelik kayıpların çokluğu nedeniyle elektriği uzaklara taşımak çoğunlukla mümkün olmaz. Elektriğin babası sandığımız edison gerçekte doğru akım kullanılmasını öneren biriydi ve elektrik şirketi elektriği taşıyabilmek için neredeyse her 2 kilometrede bir regülatör kullanmak zorunda kalırdı. %50 kayıpla taşınan elektrik kazalara o kadar açıktı ki edison teslanın alternatif akımına çamur atmak için elektrikli sandalyeyi icat etti. Sonuçta pratikliği ve kullanım kolaylığı açıkça öde olan alternatif akım kazandı. Bugün doğru akımdan vazgeçemememizin nedeni doğru akımın kerametleri değil taşınabilir üreteçler yani pillerin doğru akım üretmesidir. Dolayısıyla elektronik sistemleri de doğru akıma göre temel almasıdır.

Doğru akım eksiden artıya doğru akar ve giden-gelen olmak üzere 2 kablo gerektirir. Üstelik tek fazda çalıştığından akımı bölme şansı yoktur. taşıyıcı tüm akımı taşımak zorundadır.

Eski kovboy filmlerinde bir yangın çıktığında kasaba halkı en yakın su kaynağına kadar bir sıra oluşturur ve kovaları elden ele taşıyarak suyu yangına döker ardından başka bir sıra boş kovaları elden ele taşıyarak boş kovaları su kaynağına taşırdı. Doğru akım bunun gibidir. Bir yerden gider bir yerden döner.

Alternatif akım: Elektronlar doğrudan hareket ederek akımı oluşturmaz. Bir sonraki elektronu iter. O bir sonrakini, o bir sonrakini, o bir sonrakini diye devam eder. Sonra durur ve aynı hareketi geriye doğru yaparlar. Belediye otobüsünde ayakta duranların bir öne bir arkaya senkronize bir şekilde dalgalanması gibidir. Elektron direk hareket etmediği için sürtünme çok azdır. Binlerce kilometre uzağa %5 kayıpla nakil mümkündür. Daha az kablo gerektirir. Edisonun sözünü dinleyip şebekelerde doğru akım kullanıyor olsaydık büyük ihtimalle şu an bakır kaynaklarımız tükenmek üzere olacaktı.

Tek hat üzerinde taşıma yapılabilir. Elektronlar geçici olarak ilerlediği için geçici olarak boşluğu dolduracak nötr bir depo kullanılması yeterlidir. Yüksek gerilim hatlarında nötr kablo yoktur. elektrik santralinde elektrik üretilirken elektrik sahibi canlı kablo elektriğin taşınması için yeterlidir. Akım ilerideyken yüklenmeyi önlemek için üretece bir toprak hattı bağlamak yeterlidir. Daha sonra şehir girişlerindeki tesislerde akım dolaşırken gereken geçici elektron ihtiyacı da yine aynı şekilde basit bir topraklamayla çözülebilir. Bu nedenle 3 faz halinde taşınabilen alternatifi akımı taşımak için sadece 3 kablo yeterlidir. 3 tane de dönüş hattı yapmaya gerek yoktur. Evlerimizde 2 kablo olmasının nedeni tüm şehrin kullanacağı elektrik için her ev kendi toprağını yapsa ilk yağmurda hepimizin çarpılma ihtimalinin olmasıdır. Nötr kablo aslında uzun hatlı bir topraklamadır. Ancak şebeke elektriği kullanılırken geçici de olsa bu toprak kablo elektrik yüklendiği için güvenlik amacıyla yapılan topraklama olarak kullanılmaz. Bazı uyanık elektrikçiler sıfırlama dedikleri bir sistemler toprağı nötr kabloya bağlar. Elektrik akımı geçerken ileri giden akım bir an için o nötr kabloya akar. Böylece sizin kaçak olursa toprağa aksın diye kurduğunuz toprak hattı kullanım sırasında elektrik yüklenir. Sizi kurtarması gereken tedbir kömürleştirir.

Alternatif akım bir doğru değil düzlem üzerinde hareket eder. Bu nedenle 3 boyutlu evrenimizde alternatif akımı 3 boyutta taşıyabilirsiniz. Trifaze elektrik budur. Bu sayede çok büyük akımları 3 e bölerek taşımak mümkündür. Tek kablodan 150 amper geçirmek yerine 3 kablodan 50 şer amper geçirmek daha kolay ve güvenlidir.

Bu avantajları nedeniyle akım savaşını hepimizin tanıdığı ve elektriğin babası sandığı edisonun doğru akımı yerine çoğumuzun bilmediği ancak bugünkü elektriğin temellerini atan gerçek elektriğin babası olan teslanın alternatif akımı kazandı.

                Testere akım, kare akım, üçgen akım gibi başka akım türleri de vardır ancak bunların günlük hayatta kullanımlar ya yoktur ya da çok azdır. 30 yıla yakındır amatör olarak elektrikle ilgileniyorum kesintisiz güç kaynaklarında kullanılan kare akım hariç bu akımlara rastlamadım.

uyarı:

Burada yazılanlar kişisel denemeler sonucu öğrenilen bilgilerdir ve bilgi paylaşımı amacıyla yazılırlar. Uygulama sırasında kendinize, çevrenize ve eşyalarınıza vereceğiniz zararlardan sorumluluk almam.

Devrim Tuncer