Elektrik Devresi Nedir? Temel Elemanlar, Bağlantılar ve Devre Şemaları
Elektrik devresi, elektrik yüklerinin ilerleyebildiği tamamlanmış ve kapalı bir yoldur. Pil, kablo, anahtar ve ampul gibi elemanların görevleri; açık-kapalı devre farkı, devre sembolleri, iletken-yalıtkan maddeler ve seri-paralel bağlantılarla birlikte açıklanır.
Bu yazıda (6)
Bir ampulün yanması için yalnızca pile ve ampule sahip olmak yeterli değildir. Elektrik yüklerinin güç kaynağından çıkıp devre elemanlarından geçerek yeniden kaynağa dönebileceği kesintisiz bir yol kurulmalıdır.
Elektrik devresinin tanımı ve temel elemanları
Elektrik devresi, elektrik akımının ilerleyebilmesi için oluşturulan tamamlanmış ve kapalı iletken yoldur. Basit bir devrede genellikle dört temel eleman bulunur: elektrik enerjisi sağlayan pil veya başka bir güç kaynağı, elemanları birbirine bağlayan iletken kablolar, devreyi açıp kapatan anahtar ve elektrik enerjisini kullanan alıcı. Ampul, motor veya zil alıcıya örnek olabilir.
Pil, sahip olduğu kimyasal enerjiyi devredeki elektrik yüklerinin hareketini sağlayacak duruma getirir. Kablolar, yüklerin devre elemanları arasında ilerleyebileceği yolu oluşturur. Anahtar kapatıldığında bu yolun ilgili kısmını birleştirir; açıldığında yol üzerinde bir boşluk meydana getirir. Alıcı ise devreden geçen elektrik enerjisini kullanır. Örneğin pilin bir ucunu kabloyla ampule, ampulü başka bir kabloyla anahtara ve anahtarı da pilin diğer ucuna bağlayıp anahtarı kapatırsak devre tamamlanır ve ampul yanabilir. Kablolardan biri çıkarsa ya da bağlantılardan biri temas etmezse ampul yanmaz.
Akım, gerilim ve direnç; devredeki yük hareketini, bu hareketi sağlayan elektriksel etkiyi ve harekete karşı gösterilen zorluğu açıklamak için kullanılan temel kavramlardır. Bu kavramların nicel ilişkileri ve hesaplamaları ayrı bir konudur. Alıcının görevi, elektrik enerjisini ışık, ısı veya hareket gibi başka bir enerji biçimine dönüştürmektir; ampul ışık, ısıtıcı ısı, motor ise hareket oluşturabilir.
Kapalı ve açık devre
Kapalı devrede pil, kablolar, anahtar ve alıcı arasında kesintisiz bir iletken yol bulunur. Anahtar kapalı olduğu için yol tamamlanır ve elektrik akımı devrenin bütün bölümlerinden geçebilir. Bu nedenle uygun şekilde kurulmuş kapalı bir devrede ampul ışık verebilir veya motor çalışabilir.
Açık devrede ise iletken yolun bir yerinde kopukluk ya da ayrılma vardır. Anahtarın açık konumda olması, kablonun çıkması, ampulün duyuna tam oturmaması veya iletken olmayan bir parçanın bağlantı arasına girmesi devreyi açık hâle getirebilir. Yol tamamlanmadığı için elektrik yüklerinin devre boyunca dolaşması mümkün olmaz ve alıcı çalışmaz. Örneğin bir pil ile ampul doğru bağlanmış olsa bile anahtar açık bırakılırsa ampul yanmaz. Anahtar kapatıldığında aradaki boşluk kapanır ve akım yolu yeniden kurulabilir.
Bir devrenin çalışıp çalışmadığını anlamak için önce güç kaynağının bağlı olup olmadığına, sonra kabloların iki uçta temas edip etmediğine ve anahtarın kapalı olup olmadığına bakılır. Ardından alıcının bağlantısı kontrol edilir. Böylece “akım geçmiyor” sonucuna hemen ulaşmak yerine, kapalı yolun hangi noktada bozulduğu bulunabilir.
Devre elemanlarının bağlantısı ve akım yolu
Devre elemanları, elektrik yüklerinin güç kaynağının bir ucundan çıkıp kablolar ve alıcı üzerinden ilerleyerek güç kaynağının diğer ucuna dönebileceği biçimde bağlanmalıdır. Bu bağlantıda her elemanın iki ucu, başka bir elemanın uygun ucuna iletken bir yol aracılığıyla temas eder. Yolun herhangi bir noktasında kopukluk varsa devre açık olur ve alıcı çalışmaz.
Basit pil-anahtar-ampul devresinde akım yolu pilin bir ucundan başlar; kablo üzerinden anahtara, anahtardan ampule ve ampulden başka bir kabloyla pilin diğer ucuna ulaşır. Anahtar kapatıldığında yol tamamlanır. Bir kablonun iki ucunu aynı pil ucuna bağlamak ya da ampulü devre yolunun dışında bırakmak, elemanlar devrede görünse bile alıcının çalışmasını sağlamaz. Bu yüzden bağlantı yapılırken yalnızca elemanların bulunmasına değil, aralarında kesintisiz temas olmasına da dikkat edilir.
Basit devre kurulurken düşük gerilimli eğitim araçları kullanılmalı, pil uçları doğrudan birbirine bağlanmamalı ve bağlantılar kontrol edilmeden anahtar kapatılmamalıdır. Elektrikle güvenli devre kurma adımları ayrı bir uygulama konusudur.
Elektrik devrelerinin sembollerle gösterimi
Gerçek devre elemanlarını her zaman çizerek göstermek yerine devre şemalarında standartlaştırılmış semboller ve bağlantı çizgileri kullanılır. Çizgiler, elektrik yüklerinin izlediği iletken yolu temsil eder. Pil veya güç kaynağı, anahtar, direnç, ampul ve toprak bağlantısı gibi elemanların her biri şemada kendine özgü bir işaretle gösterilir. Böylece farklı kişilerin aynı devreyi daha kolay okuyup kurması sağlanır.
Bir devre şemasını okurken önce güç kaynağını ve bağlantı çizgilerini bulmak gerekir. Daha sonra anahtarın açık mı kapalı mı gösterildiği ve alıcının bu yol üzerinde bulunup bulunmadığı incelenir. Sembolün kendisi tek başına yeterli değildir; sembolleri birleştiren çizgilerin kesintisiz olup olmadığı da kontrol edilmelidir. Örneğin pil sembolünden çıkan çizgi anahtara, oradan ampul sembolüne ve tekrar pilin diğer ucuna ulaşıyorsa şema kapalı bir devreyi anlatır. Anahtar sembolünde boşluk varsa devre açık olabilir.
Şemadaki oklar kullanılmışsa genellikle pozitif yüklerin hareket edeceği kabul edilen akım yönünü gösterir. Metallerde hareket eden elektronların yönü bunun tersidir; ortaokul düzeyindeki devre şemalarında bu iki yönü birbirine karıştırmamak gerekir. Şema ile gerçek devre arasındaki temel ilişki, sembollerin gerçek elemanları; çizgilerin ise kabloları temsil etmesidir.
İletken ve yalıtkan maddelerin devredeki rolü
İletken maddeler, elektrik yüklerinin içlerinden daha kolay hareket edebildiği maddelerdir. Devre kablolarında çoğunlukla metal kullanılmasının nedeni, bu maddelerin elektrik yüklerinin ilerlemesine uygun bir yol sağlamasıdır. Kablo üzerindeki yalıtıcı kaplama ise içteki iletken kısmın dışarıyla istenmeyen temasını önlemeye yardımcı olur.
Yalıtkan maddeler, elektrik yüklerinin içlerinden kolayca geçmesine izin vermeyen maddelerdir. Plastik veya kauçuk gibi yalıtkanlar devre yolunu oluşturmak için değil, iletken bölümleri birbirinden ayırmak ve dokunmayı daha güvenli hâle getirmek için kullanılabilir. Bir pil ile ampul arasındaki metal kablonun yerine devre yolunu kesen bir yalıtkan parça konulursa bağlantı tamamlanmaz ve ampul yanmaz. Buna karşılık uygun bir metal parça, iki kablo ucu arasında temas kurarak açık kalan yolu kapatabilir.
Bir maddenin iletken olup olmadığı, o maddenin devredeki boşluğu kapattığında alıcının çalışıp çalışmadığı gözlenerek basit bir deneyle karşılaştırılabilir. Deney sırasında yalnızca güvenli, düşük gerilimli devre düzenekleri kullanılmalı; priz, açık kablo veya bilinmeyen güç kaynakları devreye bağlanmamalıdır.
Seri ve paralel bağlantının temel farkı
Seri bağlantıda devre elemanları tek bir yol üzerinde art arda bağlanır. Elektrik yükleri bir elemana ulaştıktan sonra aynı yol üzerinden diğer elemana geçer; bu nedenle yolun herhangi bir noktasındaki kopukluk bütün devreyi etkiler. Örneğin iki ampul tek bir yol üzerinde seri bağlanmışsa ampullerden birinin bağlantısı kesildiğinde diğer ampule giden yol da tamamlanamaz ve ikisi de çalışmaz. Seri devrede anahtarın açılması da bütün alıcıların bulunduğu yolu keser.
Paralel bağlantıda elemanların uçları, akımın izleyebileceği birden fazla dal oluşturacak şekilde bağlanır. Her alıcı için ayrı bir dal bulunur ve dallar ortak bağlantı noktalarına bağlanır. Bu yapı nedeniyle bir dalda kopukluk oluştuğunda diğer dallar kapalı yollarını koruyabilir. Örneğin iki ampul paralel bağlandığında ampullerden birinin bulunduğu dal çıkarılsa bile diğer dalın bağlantısı tamamlanmışsa diğer ampul çalışmaya devam edebilir.
Seri ve paralel bağlantıyı ayırt ederken temel soru, elemanlar arasında tek bir yol mu yoksa dallanan birden fazla yol mu bulunduğudur. Seri bağlantı tek yol ve ortak akım yolu fikrine, paralel bağlantı ise ayrı dallar fikrine dayanır. Çok sayıda seri-paralel elemanın birlikte bulunduğu devrelerin ayrıntılı analizi daha ileri bir konudur.
El fenerinde pil, metal bağlantılar, anahtar ve ampul ya da LED birlikte çalışarak basit bir devre oluşturur. Anahtar kapatıldığında pil ile ışık kaynağı arasındaki iletken yol tamamlanır; anahtar açıldığında yol kesildiği için ışık söner. Evlerdeki cihazlarda ise yalıtkan kablo kaplamaları ve koruyucu gövdeler, iletken kısımlara doğrudan temas edilmesini önlemeye yardımcı olur.
Devrenin çalışması için elemanların bulunması tek başına yeterli değildir; güç kaynağı ile alıcı arasında kesintisiz ve iletken bir yol bulunmalıdır. Anahtarın açık olması, kablonun kopması veya bağlantı noktasına yalıtkan madde konulması devreyi açık hâle getirir. Seri bağlantıda tek yolun kopması tüm alıcıları etkilerken paralel bağlantıda diğer dallar çalışmaya devam edebilir.
Sık sorulan sorular
Elektrik devresinin çalışması için hangi temel elemanlar gerekir?
Basit bir devrede genellikle pil veya güç kaynağı, iletken kablolar, anahtar ve alıcı bulunur. Alıcı ampul, motor veya zil olabilir.
Anahtar kapalıyken ampul neden yanar?
Anahtar kapalı konumdayken devredeki boşluk kapanır ve güç kaynağı ile ampul arasında kesintisiz iletken yol oluşur.
Anahtar kapalı olduğu hâlde ampul yanmıyorsa ne kontrol edilir?
Pil bağlantısı, kabloların temas noktaları, ampulün devreye doğru bağlanıp bağlanmadığı ve kablolarda kopukluk olup olmadığı kontrol edilir.
İletken ve yalıtkan arasındaki temel fark nedir?
İletken maddeler elektrik yüklerinin ilerlemesine uygun yol sağlar. Yalıtkan maddeler yüklerin geçişini zorlaştırır ve iletken kısımları birbirinden ayırmak için kullanılabilir.
Seri ve paralel bağlantı nasıl ayırt edilir?
Seri bağlantıda elemanlar tek bir yol üzerinde art arda bulunur. Paralel bağlantıda ise elemanların bulunduğu birden fazla dal vardır.
Elektrik devre şemalarında çizgiler neyi gösterir?
Çizgiler, devre elemanlarını birbirine bağlayan iletken kabloları ve elektrik yüklerinin izleyebileceği yolu gösterir.
Öğrendin mi? Kendini sına
Testi ayrı sayfada aç →3 soru. Hepsini işaretledikten sonra sonucunu ve her sorunun açıklamasını görürsün.
- •Physics — Series Circuits / Electric Circuits and Resistorsopenstax.org
- •College Physics — Electrical Safety: Systems and Devices / 23.8 Electrical Safety: Systems and Devicesopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org