Günlük hayatı kolaylaştıracak şekilde tasarlanan elektrik devreleri, bugün kullanılan pek çok teknolojinin temelini oluşturur. Örneğin basit elektrik devreleri ile bir el feneri çalıştırılabilir, karmaşık elektrik devreleriyle bir telefon şarj edilebilir veya bir televizyonun görüntü vermesi sağlanabilir. Karmaşık elektrik devreleri veya elektronik devrelerin anlaşılabilmesi için öncelikle basit elektrik devrelerinin yapısının iyi bilinmesi gerekir.

Elektrik devreleri, üzerinden geçen akımın hareketi bakımından bir otoyola benzetilebilir. Elektrik akımı, araçlar gibi bir yol üzerinde hareket eder. Yolculuk sırasında araçlara yakıt konarak araçların enerji ihtiyaçları karşılanır. Araçlar kırmızı ışık yandığında durur ve yeşil ışık yandığında harekete geçer. Araçların hızı trafik yoğunluğuna ve yolun yapısına göre değişebilir. Araçların otoyoldaki yolculuğu, elektrikle çalışan tüm cihazların işleyişinin temelini oluşturan bir analojiye sahiptir.

Aşağıdaki görselde bir su tesisatı şematik olarak gösterilmiştir. Su deposu, borular, vana ve su sayacı gibi elemanlardan oluşan bu sistem, basit bir elektrik devresi ile benzerlik göstermektedir.

(I) Yük trenini hareket ettirmek için kömür, dizel veya elektrik gibi bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulur. Bu enerji, lokomotifteki motora güç sağlar. (II) Tren raylar üzerinde hareket ettirilerek yük taşınır. (III) Tırmanış, viraj, frenleme gibi çeşitli engeller; yol boyunca trenin hareketine etki eder. Bu engeller, trenin hızını ve enerji tüketimini değiştirir. (IV) Trenin yönü, hızı ve hareketi makinist tarafından kontrol edilir.

Şekilde seviyeleri birbirinden farklı iki su deposu, bir pompa, bir vana ve borulardan oluşan bir görsel verilmiştir. Alt depodaki su, pompa yardımıyla üst depoya taşınmakta, tekrar alt depoya inmekte ve deponun içindeki çarkı döndürmektedir. Su akışı, vana yardımıyla kontrol edilebilmektedir. Su tesisatının parçaları, görevleri yönüyle basit bir elektrik devresinin elemanları ile benzerlik göstermektedir.

Su borusundan birim zamanda geçen su miktarına debi denir. Aynı anda açılıp kapatılıncaya kadar geçen zaman içinde K ve L musluklarından boş ve özdeş kaplara akan su miktarı gösterilmiştir. Buna göre K ve L musluklarından akan suyun debilerini karşılaştırınız.

Şekil 1'deki borudan akan suyun ve Şekil 2'deki iletken telden sürüklenen yüklerin hareketini inceleyerek soruları cevaplayınız.

Bir aracın aküsü bittiğinde başka bir aracın aküsü ile doldurulabilir. Bu süreçte çalışan aracın aküsünden geçen elektrik akımı biten aküye akar. Yeterli enerji sağlandığında aküsü biten araç çalıştırılabilir.

Yandaki şekilde aküden aktarılan yüklü parçacıkların temsili hareketi gösterilmektedir. Negatif yüklü bir elektron, 2 yönünde ve pozitif yüklü bir iyon, 1 yönünde hareket etmektedir.

Bir elektrik devresinde serbest elektronların sürati yaklaşık olarak \( 10^{-4} \) m/s seviyesinde olmasına rağmen anahtar kapatıldığı anda lamba ışık verir.

Elektronların bu kadar yavaş hareket etmesine rağmen lambanın anahtar kapatıldığı anda ışık vermesinin sebebini açıklayınız.

1. Elektrik devreleri analiz edilirken direncin uçları arasındaki potansiyel fark ve direnç bilindiğinde direncin içinden geçen elektrik akımı hesaplanabilir. Aynı şekilde bir devre elemanının direnci ve direncin içinden geçen elektrik akımı bilindiğinde devrenin uçları arasındaki potansiyel fark hesaplanabilir.

Çamaşır makinesinin düzgün çalışmadığını ve kablosunun ısındığını fark eden teknisyen, ölçüm aletlerini kullanarak sistemi kontrol etmek ister.

Potansiyel Fark Ölçümü (Voltmetre)

• Voltmetre, devredeki bir elemanın uçları arasındaki potansiyel farkı ölçmek için paralel bağlanır.
• Direncin uçlarına voltmetre bağlanarak gerilim ölçülür.
• Voltmetrenin uçlarının yönü önemli değildir.

Apollo 13'ün görevi sırasında hizmet modülündeki oksijen tankı patlamış ve astronotlar Ay modülünü kullanarak Dünya'ya dönmek zorunda kalmıştır. Bununla birlikte uçak modülündeki bataryalar yalnızca kısa süreli enerji sağlayacak şekilde tasarlanmış olduğundan modülde harcanacak toplam elektrik akımı 20 A'i aşmamalıdır.

Astronotların kullanması gereken haberleşme cihazının direnci 2 Ω ve potansiyel farkı 28 V iken yaşam destek sisteminin direnci 1 Ω ve potansiyel farkı 12 V'tur.

Zeynep ve Hasan; basit bir elektrik devresindeki ana kol elektrik akımını ölçmeyi öğrenmek amacıyla laboratuvarda ampermetre, iletken kablolar, üreteç ve direnç kullanarak iki farklı basit elektrik devresi oluşturmuşlardır. Zeynep, 2 Ω'luk bir direnç ve 10 V'luk üreteç; Hasan ise 5 Ω'luk bir direnç ve 20 V'luk üreteç kullanarak kendi devrelerini kurmuşlardır. (Üreteçlerin iç direncini ihmal ediniz.)

Bir EKG (elektrokardiyogram) cihazı, kalbin elektriksel aktivitelerini ölçerken vücuttaki elektrik sinyallerini de algılar. Bu sinyallerin gücü, vücudun direnci ve kalbin ürettiği potansiyel fark ile ilişkilidir.

Ohm Yasası'na göre bu ilişki: \( I = \dfrac{V}{R} \) ile ifade edilir.

Bir EKG cihazı, kalbin elektriksel etkinliğini 0,5 V olarak ölçmektedir. Burak ve Erdinç'in EKG ölçüm sonuçlarına göre \( V-I \) grafiği şekildeki gibidir.

Dimmer, bir devredeki lambanın parlaklığını ayarlayabilen kontrol mekanizmasıdır. Dimmerin devre şemasının bir bölümü şekildeki gibidir. Devrede kullanılan reostanın direnç değeri 10 Ω ve üretecin değeri 20 V'tür. Reostanın A-C noktaları arası eşit bir şekilde bölünmüştür.

Reosta sürgüsü A noktasındayken ampermetrenin gösterdiği elektrik akımı \( I_1 \), B noktasındayken \( I_2 \) olduğuna göre \( \dfrac{I_1}{I_2} \) oranı kaçtır? (Üretecin iç direncini ihmal ediniz.) Not: Lambanın direnç değeri için bilgi yok.