ELEKTRİKSEL DİRENÇ VE BAĞLI OLDUĞU FAKTÖRLER (6.SINIF)

Elektriksel Direnç

İster iletken isterse yalıtkan olsun tüm maddeler elektrik enerjisinin iletimine karşı direnç gösterir. Bu direnç, yalıtkan maddelerde fazlayken iletkenlerde daha azdır.

Maddelerin elektrik enerjisinin iletilmesine karşı gösterdikleri dirence “elektriksel direnç” denir. Elektriksel direnç, iletken maddelerde az iken, yalıtkan maddelerde çok büyüktür. Elektrik/elektronik devrelerde genellikle elektriksel direnç değerleri düşük iletkenler tercih edilir. Bu iletkenlere genel olarak direnç denilmektedir.

Elektrik/elektronik devrelerde kullanılan dirençler, devreden geçen elektrik enerjisinin miktarını ayarlamak, ısı elde etmek ve bazı hassas devre elemanlarını elektrik enerjisinin zararlarından korumak gibi amaçlarla kullanılır.

(Resim: Çeşitli şekil ve büyüklükteki dirençler)

Aşağıdaki resimde bir elektronik devredeki farklı dirençleri görmekteyiz. Dirençler genellikle silindir şeklinde olur ve üzerlerinde farklı renk kodları bulunur. Bu renklerin her biri bir sayıya karşılık gelir ve direncin sayısal büyüklüğünü ifade eder.

Elektriksel direnç “R” harfi ile gösterilir. Birimi Ohm’dur. Ohm birimi kısaca Ω (omega) ile sembolize edilir. Elektriksel direnç, birimini, bir bilim insanı olan George Simon Ohm’un (Corç Saymın Om) soyadından almıştır. Belki ileride sizlerden birisinin adı veya soyadı da üzerinde çalıştığı ve şu an henüz bilinmeyen bir kavramın birimi ile anılabilir.

Önceki yıllarda elektrik devre şemalarında pil, lamba, anahtar ve bağlantı kablolarının değişik sembollerle gösterildiğini öğrenmiştik. Benzer şekilde dirençlerin de bir devre sembolü vardır. Bu sembol yandaki şekilde görülmektedir.

Günlük hayatta kullandığımız ütü, elektrik sobası gibi ısıtma amacıyla kullanılan araçlarda reosta sistemi bulunmaktadır.

Bu cihazlardaki reosta sistemi, elektriksel direnci arttırmak ve azaltmak amacıyla kullanılır. Benzer şekilde parlaklığı değiştirilebilen lambalardaki ayarlanabilen anahtarlar, radyo ve hoparlörde bulunan ses ayar düğmeleri de aslında birer reostadır.

 

Elektriksel Direnç Nelere Bağlıdır?

Aşağıdaki karikatürde pil, elektrik enerjisini harekete geçiriyor aynı anda direnç ise bu enerjinin iletimine engel olmaya çalışıyor.

Elektriksel direncin iletkenin uzunluğuna bağlılığı

Elektriksel direnci etkileyen faktörlerden biri de iletkenin uzunluğudur. Aşağıda verilen şekildeki gibi dik kesit alanları (kalınlık) ve cinsleri aynı olan iki iletkenden uzunluğu daha fazla olanın elektriksel direnci daha büyüktür. Çünkü elektrik enerjisi uzun olan iletkende daha fazla zorlukla karşılaşır.

S iletkenin dik kesit alanını, L ise iletkenin uzunluğunu ifade etmektedir.

İletkenin uzunluğu arttıkça elektriksel direnci artar. Uzunluk azaldıkça elektriksel direnç azalır. Yani iletkenin uzunluğu ile elektriksel direnci arasında doğru bir orantı vardır. Bu durum, üzerinde engelleri olan aynı genişliğe fakat farklı uzunluğa sahip iki yola benzetilebilir. Yollardan kısa olanında engel sayısı az iken uzun olanında daha fazladır. Dolayısıyla uzun yol, daha fazla engelden atlamayı gerektireceği için atletleri daha fazla zorlayacaktır.

Uzun iletkenin büyük dirence sahip olmasının basit elektrik devreleri üzerindeki etkisi, ampul (lamba) parlaklığının azalması şeklinde gözlenir. Kısa iletkenin bulunduğu devrenin direnci az olacağından ampul daha parlak yanacaktır. Bir başka ifadeyle özellikleri ve dik kesit alanları aynı olmakla birlikte devrede kullanılan iletkenin uzunluğu arttırıldığında lamba parlaklığı azalırken, iletkenin uzunluğu azaltıldığında ise lamba parlaklığı artmaktadır.

İletkenin dik kesit alanının (kalınlık) elektriksel dirence etkisi

Elektriksel direncin bağlı olduğu bir diğer bir faktör iletkenin dik kesit alanıdır. Dik kesit alanı, “bir iletkenin birim uzunluğundan alınan birim ölçüdeki dik kesitin alanı” şeklinde tanımlanabilir. Dik kesit alanı, iletkenin kalınlığı olarak düşünülebilir. İletken bağlantı kabloları genellikle silindir şeklindedir. Bu nedenle bu kablolardan alınan dik kesitler daire şeklinde olur. Bu durumda dik kesit alanı da dairenin alanına eşittir. Eşit uzunlukta aynı cins iki iletkenden dik kesit alanı büyük olanın direnci daha az olur. Dik kesit alanı küçüldükçe direnç artar. İletkenin dik kesit alanı ile direnci arasında ters orantı vardır.

İletkenin dik kesit alanının basit elektrik devreleri üzerindeki etkisi ampul (lamba) parlaklığının değişmesi şeklinde gözlenir. Aynı cins maddeden yapılmış, uzunlukları eşit dik kesit alanları (kalınlıkları) farklı iletkenlerin kullanıldığı devrelerde ampul parlaklığı dik kesit alanı daha büyük (daha kalın) olan telde lamba parlaklığı daha fazla olurken dik kesit alanı daha küçük (ince) olan telde ise daha az olacaktır.

İletkenin cinsinin elektriksel direnç üzerindeki etkisi

Elektriksel direnci etkileyen bir başka unsur, iletkenlerin yapıldığı maddenin cinsidir. Dik kesit alanları ve uzunlukları eşit olan iletkenlerin direnci, iletkenlerin yapıldığı maddenin cinsine göre değişir. Örneğin, uzunlukları ve dik kesit alanları (kalınlık) aynı olan bakır ve demir tellerden, demir telin elektriksel direnci bakır tele göre daha büyüktür.

Bu durum uzunlukları ve genişlikleri aynı fakat içinde bulunan engel sayıları farklı yollara benzetilebilir. Yukarıdaki örnekte de ifade ettiğimiz gibi, engel sayısı fazla olan yol atletleri daha fazla zorlayacaktır.

Farklı özelliklere sahip iletkenlerin dirençleri de farklı olacağı için bu tür iletkenlerin kullanıldığı devrelerde lamba parlaklıkları farklı olacaktır. Bir başka ifadeyle, bir devrede kullanılan iletken yerine uzunluk ve kalınlıkları aynı fakat farklı maddelerden yapılmış iletkenler kullanıldığında lamba parlaklığı değişmektedir.

İletkenler; uzunlukları, dik kesit alanları ve madde cinsleri değiştikçe farklı elektriksel dirençlere sahip olurlar. Bu durum iletkenlere farklı kullanım alanları sağlar. Örneğin, elektrikli araçların bağlantı kablolarında direnci küçük olan iletkenler tercih edilirken ısıtma amacıyla kullanılan elektrikli araçların iç kısımlarında ise direnci yüksek iletkenler tercih edilir. Çünkü elektrik enerjisi, karşılaştığı direncinin büyüklüğü ölçüsünde ısı enerjisine dönüşür. İletkenlerde direnç ne kadar büyük olursa ısı da aynı oranda fazla olur.

Elektriksel Direncin Ölçülmesi

Elektriksel direncin büyüklüğü direnç ölçer (ohm-metre) adı verilen cihazlarla ölçülmektedir. Direnç ölçerin kullanımı oldukça kolaydır. Direnç ölçerin her iki ucu, direnci ölçülmek istenen maddenin uçlarına dokundurulduğunda ekranda okunan değer ilgili maddenin direncini verir.

Aşağıdaki resimde, demir çivi, nikel-krom tel ve kurşun kalem ucunun direnç değerleri görülmektedir. Her üç maddenin direnç değerinin birbirinden farklı olduğu direnç ölçerin ekranında kolaylıkla fark edilmektedir.

Sizler de direnç ölçer cihazını kullanarak sınıfınızdaki değişik iletken maddelerin (örneğin; dışı metal olan bir kalem, sıranızın metal kısımları, vida vb.) direnç değerlerini ölçebilirsiniz. Ayrıca bu cihaz yardımıyla yalıtkan maddelerin de direnç değerleri ölçülebilir. Ancak onların direnç değerleri son derece yüksek olduğundan direnç ölçeriniz en büyük kademesinde bile herhangi bir değer göstermeyebilir. Bu durumlarda çok daha büyük direnç değerlerini ölçebilen direnç ölçerlere ihtiyaç vardır.

NOT: Uzunluk ve kalınlıkları aynı iletken ve yalıtkan maddelerin elektriksel direnç değerleri birbirinden oldukça farklıdır. Örneğin kuartz adı verilen bir yalıtkan maddenin direnç değeri, aynı ölçülerdeki gümüşün direnç değerinin yaklaşık olarak (1026) katıdır.

NOT: Bazı maddeler sıcaklıkları düşürüldüğünde (yaklaşık -270 ^oC’ye kadar), hiçbir direnç göstermeden elektrik enerjisini iletebilmektedir. Böyle maddelere süper iletken denir. Süper iletkenlik, bir maddenin elektriksel direncinin 0 (sıfır) olması durumudur.

Süper iletkenler, tren sistemleri, manyetik görüntüleme (MR) cihazları ve daha birçok alanda kullanılmaktadır. Süper iletken maddelerin özelliklerinden faydalanılarak “uçan trenler” diye adlandırılan “Maglev Trenleri” geliştirilmiştir.

Ampulün de Bir Direnci Vardır

Ampul, elektrik enerjisini ısı ve ışık enerjisine dönüştüren bir devre elemanıdır. Resimde görüldüğü gibi yuvasına (duy) takılan bir ampulün açma-kapama anahtarına basıldıktan sonra ampul içindeki kıvrımlı tellerin ışık verdiğini görmüşsünüzdür.

Ampul, duy ile bağlantıyı sağlayan vidalı metal bir kısım ve bu metal kısmın üzerine oturtulmuş cam bir balondan oluşur. Bu cam balonun içinde tungsten (volfram) metalinden yapılmış filaman adı verilen bir tel bulunur. Çok ince ve uzun olan bu tel, balon içinde küçük bir alana yerleştiğinden fazla yer kaplamaması için kıvrımlı bir hâle getirilmiştir.

Şekilde görüldüğü gibi bu telin bir ucu ampulün altına diğer ucu da çıkıntılı kısmın kenarına içten değmektedir.

Tungsten metalinin elektriksel direnci çok büyüktür. Bu nedenle elektrik enerjisinin geçişi esnasında çok ısınarak akkor hâle gelir ve çevresine ışık yaymaya başlar. Ampulün yapısında direnci yüksek metalden yapılmış bir tel kullanılmasaydı, sistem meydana gelen ısıya dayanamazdı. Direnci düşük bir tel, bu yüksek ısı karşısında hemen kopar ve ampul sönerdi.

Ampullerde cam balonun içerisindeki hava boşaltılır. Boşaltılan havanın yerine Argon adı verilen bir gaz doldurulur. Çünkü ampulün içerisinde bulunan gazların tungsten teliyle etkileşime girmemesi gerekir. Eğer ampulün içerisinde hava olursa, bu hava tungsten metaliyle hemen etkileşime girer ve ampul ışık vermez. Ampulün içine Argon gazı yerine Neon gazı doldurulduğunda ise lamba renkli ışık verir.

Bütün devre elemanları gibi ampulün de iki ucu vardır. Bir devrede ampulün ışık verebilmesi için kablo uçlarının ampul uçlarına dokundurularak elektrik enerjisinin ampul içinden geçişinin sağlanmış olması gerekir.

Yukarıdaki birinci devrede kablolar ampulün sadece bir ucuna temas etmektedir. Bu nedenle elektrik enerjisi ampulün içinden geçemez ve ampul ışık vermez. İkinci devrede ise kabloların ampulün her iki ucuna da temas etmesiyle elektrik enerjisinin ampul içinden geçişi sağlanır ve ampul ışık verir.

NOT: Lambaların farklı parlaklıklarda yanmasının nedeni, içerisindeki filamanların uzunlukları ve kalınlıklarının, dolayısıyla elektriksel dirençlerinin birbirinden farklı olmasıdır. Lambaların elektriksel dirençlerinin farklı olması, filaman üzerinden geçen elektrik enerjisi miktarının farklı olmasına yol açar. Bu özellik, lambaların farklı parlaklıkta ışık vermelerini sağlar.

Neler Öğrendik?