Elektrik devreleri, elektrik enerjisinin bir noktadan başka bir noktaya iletilmesi ve bu enerjinin çeşitli cihazlar tarafından kullanılması sürecini anlamak için önemli bir konudur. Elektrik devreleri, elektriğin akışını sağlayan, çeşitli bileşenlerden oluşan kapalı yollardır. Bu devreler, günlük hayatta kullandığımız elektronik cihazların ve elektrikli sistemlerin temel çalışma prensiplerini oluşturur. 10. sınıf fizik müfredatında, elektrik devrelerinin yapısını, temel elemanlarını ve işleyişini öğrenmek, bu sistemleri anlamak açısından kritik öneme sahiptir.

10. Sınıf Elektrik Devreleri Ders Notu

Elektrik Devre Elemanları

Bir elektrik devresi, çeşitli bileşenlerden oluşur. Bu bileşenler, devrenin işleyişi için kritik rol oynar:

1. Güç Kaynağı: Devreye enerji sağlayan pil, batarya veya alternatif akım (AC) kaynağı gibi elemanlardır. Güç kaynağı, elektrik akımını üretir ve devrede akımın akmasını sağlar.
2. İletken Teller: Elektrik akımının devre boyunca akmasını sağlayan metal tellerdir. Bu teller genellikle bakır gibi iletken maddelerden yapılır.
3. Dirençler: Devrede akımın şiddetini kontrol eden elemanlardır. Dirençler, elektrik akımını sınırlayarak devredeki cihazların zarar görmesini önler.
4. Ampul: Elektrik enerjisini ışık enerjisine çeviren devre elemanıdır. Ampuller, devrede bir yük görevi görür.
5. Anahtar: Devrenin açılıp kapanmasını sağlayan elemandır. Anahtar açıkken devrede akım akışı kesilir, kapalıyken akım akışı sağlanır.
6. Ampermetre: Elektrik devresinde geçen akım şiddetini ölçen cihazdır. Devreye seri bağlanır.
7. Voltmetre: Devredeki iki nokta arasındaki potansiyel farkı (voltajı) ölçer ve devreye paralel bağlanır.

Elektrik Devresi Çeşitleri

Elektrik devreleri, elemanların bağlanma şekline göre farklı kategorilere ayrılabilir. İki temel devre türü vardır: seri devre ve paralel devre.

• Seri Devre: Seri devrede, tüm devre elemanları arka arkaya bağlanır. Akım, tüm devre elemanlarından geçer ve devrenin herhangi bir yerinde akımın kesilmesi tüm devrenin çalışmamasına neden olur. Akım her noktada aynı, ancak dirençler toplandıkça devredeki toplam direnç artar. Seri devrede lambaların parlaklığı, devredeki eleman sayısına göre azalabilir.
• Paralel Devre: Paralel devrede, her eleman kendi yolunda bağlıdır. Elektrik akımı, her bir yoldan ayrı ayrı akar ve devredeki bir elemanın çalışmaması, diğer elemanları etkilemez. Paralel devrede her bir kolun potansiyel farkı aynıdır. Dirençlerin paralel bağlandığı devrelerde toplam direnç azalır ve devrede daha fazla akım akar.

OHM YASASI

Basit bir elektrik devresi, şekildeki gibi elektriksel potansiyel fark oluşturan üreteç, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştüren lamba, akım şiddetini ölçmeye yarayan ampermetre, potansiyel farkı ölçmeye yarayan voltmetre, devreyi açıp kapatmaya yarayan anahtar ve elemanları birbirine bağlayan bağlantı kablolarından oluşur. Bu bağlantı kablolarının direnci çok küçük olduğu için çoğunlukla önemsenmez.

Devredeki anahtar kapatıldığında devreden bir akım geçer ve lamba ışık verir. Bu sırada, ampermetre ile voltmetrenin ibreleri saparak akım şiddetini ve potansiyel farkın değerini gösterir. Ampermetrelerin direnci çok küçüktür ve devreye seri olarak bağlanır. Voltmetreler iki nokta arasındaki potansiyel farkı ölçtükleri için bu noktalar arasına paralel bağlanır. Voltmetrelerin iç direnci çok büyük olduğundan üzerinden geçen akım, sıfıra çok yakın bir değerdedir. Bu nedenle devreden geçen akım değişmez.

Akım şiddeti George Simon Ohm, yaptığı deneyler sonucunda bir iletkenden geçen akım şiddeti ile iletkenin uçları arasındaki potansiyel farkın ilişkisini belirlemiştir.

Ohm, akım şiddeti ile potansiyel fark arasında şekildeki gibi bir grafik elde etmiştir. Bir elektrik devresinin uçları arasına uygulanan potansiyel fark ile devreden geçen akım şiddeti arasındaki ilişki Ohm Yasası olarak anılır. Bu yasaya göre iletkenin uçları arasına uygulanan potansiyel farkın (V), iletkende oluşturduğu akımın şiddetine (1) oranı her zaman sabittir. Bu oran iletkenin direncinin bir ölçüsüdür. Bu yasanın matematiksel ifadesi,

R=V/I

şeklindedir. Bu formül, tüm elektrik devrelerinin temelini oluşturur. Buna göre 1 V luk potansiyel farkı altında üzerinden 1 A’lik akım geçen iletkenin direnci 1 ohm (0)’dur. Elektrik ve elektronik devrelerinde direnç,  sembolü ile gösterilir. Direncin elektrik ve elektronik devrelerindeki kullanım amacı, akım şiddetini değiştirmektir. Bir iletkenin boyu ile direncinin doğru orantılı olarak değişmesinden yararlanılarak değişken dirençler yapılmıştır. Bu araçlara reosta denir.

Devrelerde reosta sembolü ile gösterilir.

DİRENÇLERİN BAĞLANMASI

Seri Bağlama

Dirençleri farklı ampuller seri bağlanıp devrenin uçları arasına bir potansiyel fark uygulanırsa ampullerden ve ana koldan geçen akım şiddetleri eşit olur. n tane direnç seri bağlanırsa,

Paralel Bağlama

Dirençleri farklı ampuller paralel bağlanıp devrenin uçları arasına bir potansiyel fark uygulandığında ampullerin uçları arasındaki gerilimler pilin uçları arasındaki gerilime eşit olur n tane direnç paralel bağlanırsa,

Üreteç

Bir elektrik devresinde iki nokta arasında uzun süreli potansiyel farkı oluşturan elemanlara üreteç denir. Üreteçler içerisinde mekanik, kimyasal veya başka çeşit enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

Bir üretecin birim yük başına harcadığı enerjiye, o üretecin elektromotor kuvveti (EMK) denir. Elektromotor kuvveti üretecin uçları açıkken, uçları arasındaki potansiyel farkına eşit olup (ε) ile gösterilir.

Üreteçten q kadar yük geçtiğinde üretecin harcadığı enerji W ise üretecin elektromotor kuvveti,

olarak ifade edilir. e, birim yük başına düşen enerji olduğundan EMK’nin SI birim sistemindeki birimi volttur.

Şekildeki devrede üretecin uçları arasındaki voltmetrenin gösterdiği değer, anahtar açıkken üretecin elektromotor kuvvetine eşittir ve kapalıyken bu değerden daha küçüktür. Bu da üretecin dönüştürdüğü enerjinin bir kısmının kendi içinde harcaması, tümünü devreye verememesi anlamına gelir. Bunun nedeni üretecin yapısından dolayı bir direnç oluşturmasıdır. Bu dirence üretecin iç direnci denir. İç direnç r ile gösterilir ve devre problemleri çözülürken devreye seri bağlı bir direnç gibi düşünülür.

Şekildeki devrede anahtar kapalı konumdayken Ohm Yasası’nı uygularsak devreden geçen akım şiddeti,

ÜRETEÇLERİN BAĞLANMASI

Seri Bağlama

Pilleri seri bağlamaktaki amaç devrenin akım şiddetini artırmaktır. Birinin negatif kutbu, diğerinin pozitif kutbuna gelecek şekilde bağlanmış pillere seri bağlı piller denir. Seri bağlı pillerin devreye sağladığı EMK, pillerin EMK’lerinin toplamı kadardır.

Paralel Bağlama

Pillerin paralel bağlanmasındaki temel amaç, sistemin iç direncini azaltıp verimi artırmak ve kesintisiz çalışma süresini uzatmaktır. Negatif kutupları kendi aralarında, pozitif kutupları da kendi aralarında bir araya gelecek şekilde bağlanmış pillere paralel bağlı piller denir. Paralel bağlanacak pillerin özdeş olması gerekir. Paralel bağlı özdeş pillerin devreye sağladığı EMK, bir pilin EMK”sine eşittir.

Pillerin tükenme süresi

Bir pilin tükenme süresi, yapısını oluşturan maddeli cinsine ve pilden birim zamanda geçen akım şiddetine bağlıdır. Genelde pillerin üzerinde pilin devresinden geçirebileceği toplam yük miktarı yazar (q= I.t – 500 mA.h gibi). Buna göre bir pilin tükenme süresi, pilden geçen akımla ters orantılıdır. Akım şiddeti (I) ne kadar çoksa pilin tükenme süresi (t) kadar kısa olur.

Elektriksel Enerji ve Elektriksel Güç

Bir elektrik devresindeki herhangi bir devre elemanının gücü, o elemanın birim zamanda harcadığı elektrik enerjisine eşittir. Üzerinden | akımı geçen devre elemanından t sürede g kadar yük aktığında harcanan elektrik enerjisi,

Enerji birimi joule, günlük yaşamda karşılaştığımız olaylardaki enerji değerleri için çok küçük kalmaktadır. Sıra Sizde-18’deki ısıtıcının 2 saatte harcadığı enerji 6.336.000 J sayı olarak çok büyük bir değerdir. Bu değerin tüketim olarak sayaçta gösterilmesi bile bir sorundur. Bunlardan dolayı günlük yaşamda kullandığımız elektrik enerjisi daha büyük bir birim olan kWh (kilovatsaat) olarak belirlenir.

Enerji Dönüşümleri

Günlük yaşantımızda enerji üreten sistemler ve bu enerjiyi başka bir enerji türüne dönüştüren çeşitli cihazlar kullanırız.

Örneğin;

Pil: Kimyasal enerji — Elektrik enerjisi
Jeneratör: Mekanik enerji — Elektrik enerjisi
Boşalan akü: Kimyasal enerji — Elektrik enerjisi
Dolan akü: Elektrik enerjisi — Kimyasal enerji
Dolan şarjlı pil: Elektrik enerjisi — Kimyasal enerji
Boşalan şarjlı pil: Kimyasal enerji — Elektrik enerjisi
dönüştürerek bize enerji üreten sistemlerdir.

Elektrik enerjisinin en kolay elde ediliş biçimi jeneratörlerle sağlanır. Bunun için, içinde mıknatıs bulunan dönen makineler kullanılır. Jeneratör ya da dinamo denilen bu makineler su, rüzgâr, buhar ya da içten yanmalı motorlar sayesinde döndürülebilir. Elektrik devrelerinde kullanılan bazı devre

Elektrik Akımının Oluşturabileceği Tehlikeler ve Önlemleri

Yüksek gerilimli akımlar, dokularda yanma ve tahribata neden olur. Genellikle 30 V üstü doğru akım gerilimi ve 20 V üstü alternatif akım gerilimi, tehlike sınırı olarak kabul edilir. Alternatif akım, doğru akıma göre daha tehlikelidir. Alternatif akımda, elektrik, kalp üzerinden geçerse kalbin iletim sistemini bozarak kalbin durmasına neden olur. Elektrik akımı, vücuda geçtikten sonra akımın başlaması için yerle temas hâlinde olan ayaklar vasıtasıyla devreyi tamamlar. Kendinizi yalıtmadan asla elektriğe kapılmış kişiye dokunmamalısınız. Ayrıca yüksek gerilim hatlarında çok yüksek potansiyel farktan dolayı hava iletken hâle geçebilir. Bu nedenle herhangi bir temas olmasa da yüksek gerilim hatlarına yaklaşmak elektrik çarpması sonucu ölümlere neden olabilir.

Elektrik ve Manyetizma

• Elektrik Akımı, Potansiyel Farkı ve Direnç
• Elektrik Devreleri
• Mıknatıs ve Manyetik Alan
• Akım ve Manyetik Alan

Çözümlü Örnek Test Soruları

Elektrik devreleri, elektriksel elemanların belirli bir düzende bir araya getirilerek elektrik akımının kontrollü bir şekilde akmasını sağlayan sistemlerdir. Bu devrelerde, akımın yönü, potansiyel farkı ve dirençlerin etkisi dikkatle incelenir.

1. Seri bağlı bir devrede, toplam direnç nasıl hesaplanır?

A) Dirençler toplanarak
B) Dirençler çarpılarak
C) Dirençler ters çevrilerek toplanarak
D) Dirençler aynı kalır

Çözüm: Seri bağlı devrede, toplam direnç (Rₜ) dirençlerin toplanmasıyla bulunur. Yani, Rₜ = R₁ + R₂ + …
Doğru cevap A şıkkıdır.

2. Paralel bağlı bir devrede, toplam direnç nasıl bulunur?

A) Dirençler toplanarak
B) Dirençler ters çevrilerek toplanarak
C) Dirençler çarpılarak
D) Dirençler aynı kalır

Çözüm: Paralel bağlı devrelerde toplam direnç, her bir direncin tersinin toplamının tersidir. Yani, 1/Rₜ = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Doğru cevap B şıkkıdır.

3. 6 Ω ve 3 Ω dirençleri seri olarak bağlanırsa toplam direnç kaç Ω olur?

A) 2 Ω
B) 3 Ω
C) 9 Ω
D) 18 Ω

Çözüm: Seri bağlı dirençlerde toplam direnç, dirençlerin toplanmasıyla bulunur:
Rₜ = 6 + 3 = 9 Ω.
Doğru cevap C şıkkıdır.

4. 12 Ω, 6 Ω ve 4 Ω dirençleri paralel olarak bağlanırsa devrenin toplam direnci yaklaşık kaç Ω olur?

A) 1.5 Ω
B) 2 Ω
C) 3 Ω
D) 4 Ω

Çözüm: Paralel bağlı dirençlerde 1/Rₜ = 1/12 + 1/6 + 1/4 = 0.083 + 0.167 + 0.25 = 0.5
Rₜ = 1 / 0.5 = 2 Ω.
Doğru cevap B şıkkıdır.

5. Seri bağlı devrelerde akım hakkında aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) Her noktada aynı kalır
B) Akım her dirençte farklı olur
C) Akım kaynaktan uzaklaştıkça azalır
D) Akım devrenin başında ve sonunda değişir

Çözüm: Seri bağlı devrelerde, devrenin her noktasında akım aynıdır.
Doğru cevap A şıkkıdır.

6. Paralel bağlı bir devrede her bir kola farklı direnç bağlandığında, en fazla akım hangi dirençten geçer?

A) En büyük dirençten
B) En küçük dirençten
C) Tüm dirençlerden aynı miktarda
D) Dirençler arasındaki fark önemli değildir

Çözüm: Paralel bağlı devrelerde, en küçük dirençten en fazla akım geçer.
Doğru cevap B şıkkıdır.

7. 10 Ω, 5 Ω ve 20 Ω dirençleri paralel olarak bağlanırsa devreden geçen toplam akım, 30 V’luk bir kaynak altında kaç amper olur?

A) 2 A
B) 5 A
C) 6 A
D) 10 A

Çözüm: Önce toplam direnç bulunur:
1/Rₜ = 1/10 + 1/5 + 1/20 = 0.1 + 0.2 + 0.05 = 0.35
Rₜ = 1 / 0.35 ≈ 2.86 Ω.
Akım: I = V / Rₜ = 30 / 2.86 ≈ 10.5 A.
Doğru cevap D şıkkıdır.