İletken Telin Uzunluk, Kesit ve Cinsine Bağlı Olarak Direncinin Hesaplanması Örnek Problem Çözümü ve Konu Anlatımı

İletken Telin Uzunluk, Kesit ve Cinsine Bağlı Olarak Direncinin Hesaplanması

Bir iletkenin ektrik akımına gösterdiği zorluk (yani o iletkenin direnci), iletken içinde hareket eden elektronlarla, o iletken içindeki atom ve diğer parçacıklar arasındaki sürtünmelerden meydana gelir. Bu konuda, bir borudan akan suyun karşılaştığı zorluğu örnek olarak gösterebiliriz. Boru dar ve iç yüzeyi fazla girintili çıkıntılı ise suyun akışına karşı belli bir zorluk ortaya çıkaracaktır. Aynı şekilde borunun uzunluğu arttıkça, içinden geçen suya gösterdiği direnç artacaktır.

Bir iletkenin direnci de, o iletkenin boyuna, çapına ve cinsine göre değişir.

* Bir iletkenin uzunluğu ile direnci doğru orantılıdır. İletkenin uzunluğu arttıkça direnç de artar.

* Buna karşılık iletkenin kesiti ile direnç ters orantılıdır. Buna göre iletkenin kesiti arttıkça direnç azalır, kesiti azaldıkça direnç artar.

* Bunlardan başka, direnç, iletkenin cinsine göre de değişir. Örneğin aynı uzunlukta ve aynı kesitte bakır ile alüminyum iletkenin dirençleri birbirinden farklıdır. Burada öz direnç kavramı karşımıza çıkar.

Özdirenç, 1 metre uzunluğunda ve 1 mm2 kesitindeki bir iletkenin direncidir ve bütün iletkenin özdirençleri birbirinden farklıdır.

Özdirenç ρ sembolü ile gösterelir ve ro olarak okunur.

Bütün bunlardan başka, ortamın sıcaklığıda iletkenin direncini etkileyen faktördür.

Bu tablodaki değerler, iletkenlerin oda sıcaklığındaki (20 C) özdirençleridir.

Bir iletkenin direnci aşağıdaki formülden hesaplanır.

R = L  . ρ
       S

Bu formüldeki harflerin anlamı ve birimleri;
R: İletkenin direnci (ohm)
L: İletkenin uzunluğu (metre)
ρ: İletkenin özdirenci (ohm)
S: İletkenin kesiti (mm2)

 

Örnek: Uzunluğu 20 metre, kesiti 2 mm2 olan bakır telin direncini hesaplayınız.

Çözüm: Bakırın özdirenci ρ=0,017 ohm

R = L  . ρ
       S 
              
R = 20  . 0,017
       2

R = 0,17 Ω olarak bulunur.

Örnek: Uzunluğu 50 metre, kesiti 3mm2 olan alüminyum telin direncini hesaplayınız.

Çözüm: Alüminyumun özdirenci 0,028 ohm dur.

R = L  . ρ
       S 
              
R = 50  . 0,028
       3

R = 0,47 Ω olarak bulunur.

Elektrikte İletkenlerde Oluşan Deri Etkisi (Skin Effect) Nedir? Etki Eden Faktörler Nelerdir?

Elektrikte Deri Etkisi (Skin Effect)

Elektrik iletimi iletken malzemeler üzerinden geçerken gözümüzle göremediğimiz bazı olaylar ortaya çıkmaktadır. Bu olaylardan birisi de Deri Etkisi’dir.

Yüksek frekansta, tel merkezinde oluşan elektrik alanı nedeniyle elektronlar, tel yüzeyine yakın şekilde, tel boyunca yol almaktadırlar. Dolayısıyla gördükleri etkin direnç frekansla birlikte artmaktadır.
Deri etkisi; elektrik akımının iletkende homojen olarak dağılmaması ve elektrik akımının iletkenin dış yüzeyine doğru yoğunlaşması ve yaklaşması durumudur.

DC (Doğru Akım, DA) gerilimde iletkenden akan akım iletkende homojen olarak dağılır. Yani deri etkisi DC (Doğru Akım, DA) sistemlerde görülmez.

Deri etkisi sadece AC (Alternatif Akım, AA) sistemlerde görülür.

Deri etkisi frekans arttıkça artar. Bir başka deyişle frekans arttıkça akım iletkenin merkezinden uzaklaşarak dış yüzeyine daha fazla yaklaşır.

Yukarıdaki resimde görülebileceği gibi iletken kesitleri üzerinden incelendiğinde DC sistemlerde iletkenin tümünden akım akıyor. Düşük frekanslı AC sistemlerde iletkenin merkezinden akım akmıyor ve frekans arttıkça akım yoğunluğu iletken yüzeyine doğru artıyor ve iletkenin iç tarafından hiç akım akmıyor.

Deri Etkisine Etki Eden Faktörler

1- İletkenin Şekli
2- İletken malzemenin cinsi
3- İletkenin çapı
4- Sistemin frekansı

Deri Etkisinin Zararları

Deri etkisinde akım iletkenin dış yüzeyine doğru yoğunlaştığı için iletkenin tüm kesiti kullanılmaz.

Deri etkisinin bir sonucu olarak iletkenin akım taşıyan kesiti küçüldüğü için empedans artar ve sonuçta kayıpların artmasına neden olur.

Deri etkisi toplam kesit alanın dış tarafına yayıldığı için iletkenin direncini artırmaktadır. Frekans artıkça akım daha çok dış yüzeye gelir ve daha da belirginleşir.

Deri etkisinin önüne geçebilmek için yapılan hesaplamalarla bir iletkenin maksimum çapı belirlenir ve büyük akımlar için birbirinden izoleli küçük çaplı iletkenler birleştirilerek kablolar oluşturulur.

Bu iletken tellerin ortasın da çelik halat vardır. İletken bu şekil de daha sağlamlaşmış olur. Ortası çelik olan iletkenin kenarlarına ise alüminyum iletken sarılarak kullanılır. 

İletken Kabloların Akım Taşıma Kapasiteleri 1,5 - 2,5 - 4 - 6 mm2 Kesitinde İletkenler Kaç Amper Akım Taşıyabilir?

Elektrik akımı taşıyan iletken ve kabloların boru içinde veya hava tesisatında olma durumuna göre çeşitli kesitlere göre akım taşıma amper değerleri yukarıdaki şekilde verilmiştir.

1,5 mm2 kesitindeki bir iletken boru içerisinde 16 amper akım taşıma kapasitesine sahip iken havada 20 amper akım taşıma kapasitesine sahiptir.

2,5 mm2 kesitindeki bir iletken boru içerisinde 21 amper akım taşıma kapasitesine sahip iken havada 27 amper akım taşıma kapasitesine sahiptir.

4 mm2 kesitindeki bir iletken boru içerisinde 27 amper akım taşıma kapasitesine sahip iken havada 36 amper akım taşıma kapasitesine sahiptir.

Elektrik Tesisatlarında Kullanılan Standart İletken Kesitleri ve Çapları Nelerdir?

Standart İletken Kesitleri :

Elektrik tesislerinde kullanılan iletkenler standart kesitlerde imal edilmektedir.

Bu kesitler şöyledir:

0,5 - 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 - 240 - 300 - 400 - 500 mm2 dir.

0,5 ve 0,75 mm2 iletkenler piyasada zil teli olarak da ifade edilir.

1,5 mm2 iletkenler aydınlatma tesisatlarında kullanılır.

2,5 mm2 iletkenler priz tesisatlarında kullanılır.

4 - 6 mm2 iletkenler kolon tesisatlarında kullanılır.

16 mm2 ye kadar iletkenler tek telli yapılabilir. 16 mm2 den büyük kesitli iletkenler çok telli olarak örgülü yapılır.

Elektrik Devresi Çeşitleri Nelerdir? Hangi Elemanlar Bulunur? Açık Devre, Kapalı Devre, Kısa Devre

Elektrik devreleri açık, kapalı ve kısa devre olmak üzere üç başlık altında incelenir.

Basit bir elektrik devresinde üreteç, sigorta, anahtar, alıcı ve iletken bulunmalıdır.

1. Açık devre:

Bir devrede anahtar veya sigorta açık olduğu zaman ya da akım yolunda bir iletkende kopukluk veya bağlantı yerlerinde temassızlık olduğu zaman alıcı üzerinden akım geçmez bu tip devrelere açık devre denir.

2. Kapalı devre:

Devrede anahtar kapalı iken üreteçten çıkan akım alıcıya ulaşıyor ve devresini tamamlıyor ise devre kapalı devredir.

3. Kısa devre:

Devreden geçen akımın alıcıya gitmeden devresini daha kısa yoldan tamamlamasına kısa devre denir. Üreteç gerilimi karşısında direnç sıfır olduğundan devreden büyük değerde akım geçmek ister. Böyle durumda koruma elemanı olarak kullanılan sigorta atar ve devreyi açar. Bu nedenle devrede sigorta olması önemlidir. Kısa devre, arıza çeşitlerinden biri olup arzu edilmeyen bir durumdur.

Elektrik Elektronikte Kullanılan İletkenler, Özellikleri ve İletkenlik Sıralaması

İyi iletkenlerin özdirençleri küçük, öziletkenlik katsayıları yüksek olmalıdır. Tabloda görüldüğü gibi bu durumda en iyi iletken gümüştür. İyi iletken olarak gümüş pahalı olduğu için daha çok bakır kullanılır.

Gümüş

Saf gümüş, beyaz parlak renkte ve yumuşaktır. Elektrik akımını en iyi ileten gereç olmasına rağmen pahalı olması nedeniyle iletken tel olarak kullanılmaz. Ölçü aletleri, kontaktör ve şalterlerin kontak kısımlarının yapımında kullanılır. Öz direnci 0,016 mm²/m, özgül ağırlığı 10,5 kg/dm³, ergime derecesi 961 °C’dir.

Bakır

Kırmızı renkte olan bakır, kolayca bükülür, çok ince tel ve levha hâline getirilebilir. Öz direnci 0,0178 mm²/m (1/56), özgül ağırlığı 8,93 kg/dm³, ergime derecesi 1083 °C’dir. Elektrikçilikte daha çok % 99,9 saflıkta elektrolitik bakır kullanılır.

Altın

Altın, kimyada Au sembolü ile gösterilen yumuşak, parlak sarı renkte metalik bir elementtir. Altın asitlere karşı dayanıklı olduğu için havadan ve sudan etkilenmez. Bu yüzden hiçbir zaman paslanmaz, kararmaz ve donuklaşmaz. Bu özelliğinden dolayı genellikle iletkenlerin oksitlenmemesi için kaplama amaçlı kullanılır. Çok iyi bir iletken olduğu ile ilgili yanlış bir kanı vardır. Pahalı olduğu için iletken olarak kullanılmaz.

Alüminyum 

Gümüş beyazı, mavimtrak renkte yumuşak bir metal olan alüminyum, daha çok orta ve yüksek gerilim hatlarında içerisine çelik tel konarak kullanılır. Öz direnci 0,028 mm²/m (1/35), özgül ağırlığı 2,7 kg/dm³, ergime derecesi 658 °C’dir.

Demir

Parlak gri renkte yumuşak bir metaldir. Elektrik makinalarının gövde kısmının yapımında kullanılır. İçerisinde bulunan karbonun miktarına göre font (dökme demir), yumuşak demir ve çelik isimlerini alır. Öz direnci 0,1 mm²/m, özgül ağırlığı 7,86 kg/dm³, ergime derecesi 1526 °C’dir.

Platin

Parlak beyaz renkli yumuşak bir metaldir ve havada oksitlenmez. Elektrot, kontak, direnç ve paratoner uçları yapımında kullanılır.

Kurşun

Gri, mavimtrak renkte ve mekaniki direnci az olan kurşun, pillerde elektrot olarak; akümülatör plakalarında, yer altı kablolarında ve lehim yapımında kullanılır.

Kalay

Beyaz, sarımtrak renkte ve yumuşak olan kalay, sigorta buşonlarının ergiyen tellerinde, akümülatör plakalarında, çıplak iletkenlerin kaplanmasında, kondansatör levhalarının yapımında, ağaç direklerin emprenye edilmesinde ve lehim yapımında kullanılır.

Çinko

Beyaz, mavimtrak renkte mekaniki direnci az ve yumuşak olan çinko, havadan ve sudan etkilenmez. 100-125 °C de ısıtılarak işlenir. Direnç yapımında, pillerde negatif elektrot olarak; ölçü aletlerinde, çinko klorür eriyiği olarak ağaç direklerin emprenye edilmesinde kullanılır.

Krom

Gümüş beyazı renginde sert ve parlak bir metaldir. Oksitlenmediği ve mıknatıstan etkilenmediği için direnç yapımında ve maden kaplamacılığında kullanılır.

Kadmiyum

Gümüşi mavimtrak renktedir ve kurşun ile birleştirilerek yumuşak lehim yapımında kullanılır.

Molibden 

Korozyona ve ısıya dayanıklı sert bir metaldir. Lambalarda flaman taşıyıcı olarak kullanılır. Cama kaynak edilebilir. Özgül ağırlığı 10,2 kg/dm³, ergime derecesi 2610 °C’dir.

Tungsten

Korozyona dayanıklı sert bir metal olan tungsten, 3410 °C gibi yüksek ergime derecesi nedeniyle lamba flamanı, direnç tefi yapımında, elektrik fırınlarında kullanılır.

Wolfram

Çelik rengindedir. 3500 °C gibi yüksek bir ergime derecesine sahip olduğundan lamba flamanlarının yapımında kullanılır.

Su

Saf su yalıtkandır. Su içersine asit-metal tuzları katılarak iletken hâle getirilebilir. Akümülatör, pil ve galvano banyolarında elektrolit olarak kullanılır (nehir şebekesindeki su, içerisindeki tuz, mineral vb. maddeler nedeniyle iletken olarak kabul edilebilir.).

Atomun Yapısına Göre İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken Nasıl Tanımlanır?

Atomun yapısında çekirdek etrafında dönem elektronlar vardır. Bu elektronlar çekirdek etrafında çekirdeğe yakın veya uzak yörüngelerde dönmektedir. 

Çekirdeğe uzak son yörüngeye valans bandı denir. Son yörüngedeki (valans bandı) elektronlara serbest elektron denir. 

Serbest elektronlar atomdan koptuğunda elektrik akımını oluştururlar. 

Son yörünge çekirdeğe uzak ve az elektronu varsa serbest elektronların atomdan kopması kolay olur. 

Son yörünge çekirdeğe yakın ve çok elektronu varsa elektronların atomdan kopması zor olur. 

Son yörüngede en fazla 8 elektron bulunur.

İletken: 

Elektrik akımını ileten maddelerdir. Atomunun son yörüngesindeki elektron sayısı 3 veya daha azdır (3-2-1 tane). Atomun son yörüngesindeki elektron sayısı az ise daha iyi iletken olur. Aynı zamanda yörünge sayısı fazla ve son yörünge çekirdeğe uzak ise daha iyi iletken olur. Altın, gümüş, bakır, alüminyum, çinko, demir, kalay, kurşun, civa iletkene örnek olarak verilebilir.

Yalıtkan: 

Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir. Atomunun son yörüngesindeki elektron sayısı 5 veya daha fazdır (5-6-7-8 tane). Atomun son yörüngesindeki elektron sayısı fazla ise daha iyi yalıtkan olur. Aynı zamanda yörünge sayısı az ve son yörünge çekirdeğe yakın ise daha iyi yalıtkan olur. Plastik, cam, porselen, mika, PVC, tahta, kağıt, yağ, saf su yalıtkana örnek olarak verilebilir.

Yarı İletken: 

Elektrik akımını iletken kadar iyi iletmeyen ve iyi bir yalıtkan olmayan maddelerdir. Atomunu son yörüngesinde 4 elektron bulunur. Silisyum ve germanyum yarı iletken maddelerdir. Silisyum ve germanyuma çeşitli katkı maddleri katılarak elektronik devre elemanları imal edilir. Teknolojinin ilerlemesi yarı iletken maddeler sayesinde olmuştur. Günümüz elektronik cihazları, bilgisayar ve cep telefonları yarı iletkenler ile üretilmektedir.