TBML201 Devre Teorisi

 

Bölüm 1: TEMEL KAVRAMLAR

1.1 SI Birim Sistemi

1. Ev cihazlarında elektrik enerjisinin kullanılmasının en önemli sebepleri nelerdir?

Ev cihazlarında elektrik enerjisinin kullanılmasının en önemli sebepleri elektrik motorlarının,

• ✔ daha küçük olması

• ✔ basit anahtarla çalıştırılması

• ✔ bakım gerektirmemesi

• ✔ sessiz çalışmasıdır

2. Elektrik makinelerinin sanayide kullanılmasının en önemli sebepleri nelerdir?

• ✔ verimlerinin yüksek olması

• ✔ kumandasının kolay olması

• ✔ yapısının basit olması

3. Elektrik enerjisi nerede depolanabilir?

• ✔ akümülatör

• ✔ kondansatör

4. Coulomb nedir?

• Coulomb (C): 1 amperlik akımın 1 saniyede taşıdığı yük.

5. Coulomb sabiti nedir?

• Coulomb sabiti 8,987551787×10^9 N•m^2/C^2'dir ve k ile gösterilir.

6. 20°C'de gümüşün öz direnci kaç ohmdur?

• 0,016 ohm

7. 20°C'de bakırın öz direnci kaç ohmdur?

• 0,017 ohm

8. Plastik çubuk kürk parçasına yüklendiğinde çubuk .. yüklenir.

Negatif

•

9. Cam çubuk ipeğe sürtündüğünde çubuk ... yüklenir.

• Pozitif

10. Atomun çapı ... metredir.

• 10^(-10) metre

11. Atom çekirdeğinin çapı ... metredir.

• 10^(-14) metre

1.2 Temel Elektriksel Büyüklükler

Atom numarası nedir?

• Atom numarası: Çekirdekteki proton sayısı ZZ.

Kütle numarası nedir?

• Kütle numarası: Proton + nötron sayısı AA.

6. Gravitasyonel kuvvet ile elektriksel kuvvet arasında ne fark vardır?

• Fark: Kütleler arası çekim her zaman çekicidir ve çok zayıftır; elektriksel kuvvet çekici de itici de olabilir ve çok daha güçlüdür.

7. Elektrik yükü nedir?

• Elektrik yükü: Maddenin elektromanyetik etkilerini belirleyen nicelik (birimi coulomb).

8. Elektrik yükünün özellikleri nelerdir?

• Özellikler: İşaretli (±), korunur, nicemlidir (±eee katları), aynı işaret iter, zıt işaret çeker.

9. Temel yük nedir?

• Temel yük: ∣e∣=1.602 176 634×10−19 C|e| = 1.602\,176\,634\times10^{-19}\ \text{C}∣e∣=1.602176634×10−19 C.

13. Bir elektronun yükü kaç coulomb'dur?

• Elektronun yükü: −1.602 176 634×10−19 C-1.602\,176\,634\times10^{-19}\ \text{C}−1.602176634×10−19 C.

23. Elektronun kütlesi ... kilogramdır.

• 9.11×10^(-31) kilogram

29. Elektrik alanını ne üretir?

• Elektrik yükü.

33. 1 Amperlik akım için iletkenin sabit bir kesitinden saniyede kaç elektron geçmelidir?

• 6.24*10^18

36. Bir iletkenin kesit alanı 3mm² ve akım yoğunluğu 4A/mm² ise iletkenden geçen toplam akım nedir?

• Akım Yoğunluğu birim alanda akan akım miktarıdır. Yani, iletkenin birim kare milimetresi üzerinden kaç amper akım geçtiğini gösterir. Burada bize verilen değer, her bir mm² için 4 amper akım geçtiği anlamına gelir. Kesit alanı İletkenin enine kesitidir. Burada 3 mm²'dir. Toplam akım İletkenden geçen toplam elektrik yükü miktarıdır. Toplam akımın akım yoğunluğuyla kesit alanının çarpımına eşittir.

I = 4 A/mm² * 3 mm²

• =12Amm²/mm²

• =12A

İletkenden geçen toplam akım 12 amperdir. Yani, bu iletkenin her bir saniyesinde 12 coulomb elektrik yükü geçiyor demektir.

•

1.3 Devre Elemanları

Pasif elemanlar nelerdir?

• direnç (R)

• endüktans (L)

• kondansatör (C)

Bağımsız kaynak ne ile gösterilir?

• Daire ile.

Bağımlı kaynak ne ile gösterilir?

• Baklava ile.

Herhangi bir enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren aygıta ne denir?

Üreteç

Elektrik enerjisini istenilen başka bir enerjiye dönüştüren aygıta ne denir?

Alıcı

Elektrik devresinden geçen akım şiddeti bazen istenilmeyen değerlere yükselebilir. Bu gibi durumlarda devre elemanları zarar görür. Akım şiddetinin belli bir değerinin üstüne çıkmasını önlemek için elektrik devresini .. ile korunur.

sigorta

Pilin negatif kutbu hangi sembolle gösterilir?

• Kısa çizgi

Pilin pozitif kutbu hangi sembolle gösterilir?

• Uzun çizgi

Direnç nedir?

• L bir cismin uzunluğu/metre, S alanı/mm2 ve ρ özdirenci/ohm olsun. Direnç Lρ/S ile tanımlanır ve R ile gösterilir.

Direncin hangi karakteristikleri vardır?

• omik değer

• güç

Direncin üzerinde kaç tane renk bandı bulunur?

• Dört

Dirençlerin üzerinde belirtilen omik değer, ... sıcaklığındaki direnç değeridir.

oda 

Üç tane seri direncin eşdeğeri 750 Ω'dur. Dirençlerden ikisi 40 Ω ve 410 Ω olduğuna göre üçüncü elemanın direnci ne olmalıdır?

750-450=300 Ω

1.4 Akım ve Gerilimin Zamana Göre Değişimleri

• 38. 50 Hz frekansında çalışan bir alternatif akım kaynağının bir alternansının süresi nedir?

• Alternatif akım, belirli bir zaman aralığında yönü sürekli olarak değişen bir elektrik akımıdır. Bu değişimlerin her bir tam döngüsüne bir saykıl denir. Saykılın yarısı ise bir alternanstır. Yani, alternatif akımın pozitif yönden negatif yöne veya negatif yönden pozitif yöne geçmesi için geçen süreye alternans süresi denir. Frekans, 1 saniyedeki saykıl sayısıdır.  

• f= 50 Hz

• bir saniyede 50 tam salınım olduğu anlamına gelir. Saykıl,

• T=1/f

• =1/50Hz

• =0,02 saniye

• Alternans, alternatif akımın yönünün bir kez değişmesidir. Alternans süresi,

• T/2=0,01 saniye

• =10 milisaniye

•

1.5 Değişkenlerin Gösterimi (Semboller/Konvansiyonlar)

• 10 (pozitif/negatif renk kodları)

• 12 (Coulomb yasasının sembolik ifadesi bağlamında)

• 24 (yükün sembolü)

• 30 (elektrik alan sembolü E)

• 31, 32 (pil uç işaretleri; ister 1.3’te ister burada tutarlı kal)

• 10. Pozitif ve negatif yüklerin renk kodları nelerdir?

•

• Renk kodu: Yaygın konvansiyon pozitif = kırmızı, negatif = mavi/siyah.

• 12. Coulomb yasası nedir?

•

• Coulomb yasası: F=k q1q2r2F = k\,\dfrac{q_1 q_2}{r^2}F=kr2q1q2 (doğrultu iki yükü birleştiren hat), k=14πε0k=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}k=4πε01.

• 24. Yük için standart sembol nedir?

• q

• 30. Elektrik alanının sembolü nedir?

• \vec E

•

Bölüm 2: DİRENÇ DEVRELERİ

2.1 Ohm Yasası ve Güç

• 35 (3 A akım kaynağı + 15 Ω üzerinde güç)

• 37 (220 V, 30 W ampulün eşdeğer direnci)

• 39 (12 V, 2 A, 2 saat → enerji/Wh; DC güç-enerji bağı)

• 35. Bir devrede 3A sabit akım sağlayan bir akım kaynağı 15Ω'luk bir dirence bağlanmıştır. Direnç üzerinde oluşan güç nedir?

• Güç formülü: 

• P = V * I

• =R * I * I

• = I² * R

• Akımın karesini dirençle çarpıyoruz. Direnç üzerinde harcanan enerji miktarı,

• P = (3A)² * 15Ω

• =135W

• Elde ettiğimiz sonuç 135 Watt'tır. Bu, direncin her saniye 135 Joule enerji harcadığı anlamına gelir. Başka bir deyişle, direnç elektrik enerjisi dönüştürmektedir ve bu dönüşüm hızı saniyede 135 Joule'dür.

•

•

•

• 37. Bir evde 220 V'luk şebeke gerilimine bağlanan 30 Watt tasarruflu ampulün elektrik akımına karşı gösterdiği direnç kaç Ω'dur?

• P=V*I temel güç formülünden,

• I=P/V

• =30W/220V

• ≈136mA

• Ohm kanunundan,

• R=V/I

• =220V/0,136A

• ≈1617,65Ω

•

•

•

• 39. Bir devrede kaynağın uçları arasındaki gerilim 12 Volt. Uçlardan akan akım 2 amper. 2 saat sonundaki enerji miktarı W-h'dır?

• Güç (P), gerilim ile akımın çarpımıdır.

• Güç (P) = Gerilim (V) × Akım (I)

• P = 12 V × 2 A = 24 Watt

• Enerji (E) = Güç (P) × Süre (t)

• E = 24 Watt × 2 saat = 48 Watt-saat

• Sonuç:

• 2 saat sonunda devrede harcanan enerji 48 Watt-saat'tır.

$25 \mathrm{\Omega }$değerinde bir direncin gerilimi $v = 150 \sin \left( 377 t \right)$biçimindedir. Akım ve güç değerini bulunuz.

i) $I$akım olmak üzere Ohm kanunu gereği,

$I = \frac{V}{R}$$I = \frac{150 \sin \left( 377 t \right) }{25}$$I = 6 \sin \left( 377 t \right)$

ii) E ve P sırasıyla enerji ve güç olmak üzere Joule kanunu gereği,

$E = I^2 R t$$P = \frac{E}{t}$$P = I^2 R$$P = 36 {\sin }^2\left( 377 t \right) 25$$P = 900 {\sin }^2\left( 377 t \right)$ 

2.2 Dal, Düğüm, Göz ve Çevre Kavramları

• 34 (basit düğüm vs temel düğüm farkı)

• 41 (ampermetre devreye nasıl bağlanır — seri; ölçüm cihazı konumlandırma)

• 34. Basit düğüm noktası ile temel düğüm noktası arasındaki en önemli fark nedir?

• Basit düğüm noktasında akım bölünmez ama temel düğüm noktasında akım bölünür.

• 41. Ampermetre devreye ... bağlanır.

• seri

•

2.4 Elemanların Seri ve Paralel Bağlantıları

• 40 (12 V ve 9 V kaynak seri → toplam gerilim)

• 40. 12V ve 9V'luk iki gerilim kaynağı seri bağlanmıştır. Toplam gerilim nedir?

• 12V+9V=21V

•

Bölüm 3: DÜĞÜM VE ÇEVRE ANALİZİ TEKNİKLERİ

Bölüm 4. Diğer analiz teknikleri 

Süperpozisyon, Thevenin/Norton, maksimum güç transferi

Bölüm 5. Kondansatör ve İndüktans

C ve L tanımı, i-v bağıntıları, enerji depolama, başlangıç koşulları.

Bölüm 6. R-L, R-C, RLC geçici rejim

Zaman sabiti, doğal/zorlanmış cevap, adım tepkisi.

Bölüm 7. AA Sinüzoidal Kalıcı Durum

Fazörler, empedans, faz açıları. (38’i istersen buraya “frekans-period ön bilgi” diye taşıyabilirsin.)

Bölüm 8. AA Güç ve Enerji

Aktif/reaktif/görünür güç, güç faktörü, kompanzasyon.

Bölüm 9. Transformatörler

İdeal/transformatör eşdeğeri, gerilim-sargı ilişkisi, regülasyon.