Akım , Direnç …

1. Akımın tanımı Akım,Direnç… Akımbir bölgeden bir diğerine her hangi bir yük hareketidir. • Bir yük grubunun alan A nın yüzeyine dik hareket • ettiğini farzedelim. • Akımbu alandan akan yük oranıdır: Akım Birimler: 1 A = 1 amper = 1 C/s

2. Akımın mikroskobik görünüşü Akım

3. Akımın mikroskobik görünüşü Akım

4. Akımın mikroskobik görünüşü • Dt zamanında elektronların hareket ettikleri mesafe • q yükünü taşıyan birim hacimde n tane parçacık vardır. • Dt zamanda A alanını geçen parçacık miktarı: • I akımı ifadesi: Akım • J akım yoğunluğu ifadesi: Birim alandaki akım birimleri: A/m2 Akım yoğunluğu vektörü

5. Ohm Kanunu • İletken içerisindeki J akım yoğunluğu,E elektrik alanına ve maddenin • özelliklerine bağlıdır. • Bu bağlılık genelde komplekstir fakat bazı maddeler için, özellikle metaller için, J , E ile orantılıdır. Ohm kanunu Özdirenç

6. Ohm kanunu • İletken içerisindeki J akım yoğunluğuE elektrik alanına ve maddenin • özelliklerine bağlıdır. • Bu bağlılık genelde komplekstir fakat bazı maddeler için, özellikle metaller için, J , E ile orantılıdır. V/A ohm Ohm kanunu Özdirenç Madde r (Wm) Madde r (Wm) Gümüş Grafit Silikon Bakır Cam Altın Teflon Çelik

7. İletkenler, Yarıiletkenlerve Yalıtkanlar • Metaller gibi iyi elektriksel iletkenlergenellikle iyi ısısal iletkenlerdir de. • Bir metaldeelektriksel iletimdeki yükleri taşıyan serbest elektronlaraynı • zamanda ısı iletiminin başlıca mekanizmasını oluştururlar. • Plastik maddeler gibi zayıf elektriksel iletkenlergenelde zayıf termal • iletkenlerdir de. • Yarıiletkenler metallerle yalıtkanlar arasında ara bir değerde özdirence sahiptir. Özdirenç • Tamamen ohm kanununa uyan bir madde Omik yada lineer madde olarak • adlandırılır.

8. Özdirenç ve sıcaklık • Bir metalik iletkenin özdirencihemen hemen her zaman artan sıcaklıkla artar. Referans sıcaklık. (sıkça 0 oC) Özdirencin sıcaklık katsayısı Madde Madde a (oC)-1 a (oC)-1 Özdirenç Alüminyum Demir Kurşun Prinç Manganin Grafit Gümüş Bakır

9. Özdirencin sıcaklıkla değişimi • Grafitin özdirenci sıcaklıkla azalır, bu nedenle daha yüksek sıcaklıklarda • çoğu elektron atomlardan bağımsız hale gelirve daha fazla mobiliteye • sahip olur. • Grafitin bu davranışı yarıiletkenler için de doğrudur. • Çeşitli metalik alaşımlar ve oksitler içeren,bazı maddelerSüperiletkenlik olarak • adlandırılan özelliğe sahiptirler. Süperiletkenlik başlangıçta azalan sıcaklıkla • düzgün bir şekilde özdirencin azaldığı ve daha sonra belirli bir Tc kritik • sıcaklığında direncin aniden sıfıra düştüğü bir olaydır. Özdirenç r r r T T T Tc Metal Yarıiletken Süperiletken

10. Direnç • ρ özdirencine sahip bir iletken için, bir noktadaki J akım yoğunluğu olan bir • noktadaki elektrik alan E : • Ohm kanununa uyulduğu zaman, rsabittirelektrik alan büyüklüğünden • bağımsızdır. • Düzgün A kesit alanlı ve L uzunluklu bir teli düşünelim, ve iletkenin uçlarında • yüksek potansiyel ve düşük potansiyel arasındaki potansiyel fark V olsunbu • yüzden V pozitiftir. Direnç Direnç 1 V/A=1W I A L • Potansiyel farktan dolayı akım akışı olduğu için, bir elektriksel potansiyel • kaybedilir; bu enerji,çarpışma sırasında iletken maddenin iyonlarına transfer • edilir.

11. Direnç • Bir maddenin özdirenci sıcaklıkla değiştiği için,bir spesifik iletkenin direncide • sıcaklıkla değişir. Çok büyük olmayan sıcaklık aralıkları için, bu değişiklik • yaklaşık olarak lineer ilişkiye dönüşür : • Direncin spesifik değerlerine sahip olarak yapılan bir devre cihazıdirenç • olarak adlandırılır. Direnç I I V V Yarıiletken diyot Ohm kanunlarına uyan direnç

12. Örnek : Direncin hesaplanması • İç ve dış yarıçapıa ve b olan ,L uzunluğuna sahip, r • özdirençli maddeden yapılmış içi boş bir silindir • düşünelim. İç ve dış yüzeyi arasında bir potansiyel • fark oluşturulduğunda akım silindir boyunca radyal • olarak akar. • . b • Şimdi r yarıçaplı, L uzunluklu, dr kalınlıklı silindirik • bir kabuk hayal edelim. a Direnç r A

13. Tam devre ve sabit akım • Bir iletkenin sabit bir akıma sahip olması için, kapalı bir ilmek yada tam devre • formunda olan bir yol parçası olmalıdır. + + + + + + + + I - I I - - - - - - - Elektromotor kuvveti (emk) ve devre

14. Devam eden sabit bir akımveelektromotor kuvveti • Bir q yükü tam bir devreyi dolaşırken vebaşladığı noktaya geri dönerken, • potansiyel enerji başlangıçtaki ile aynı kalmak zorundadır. • Fakat yük iletkenin direncinden dolayı bir kısım potansiyel enerjisini kaybeder. • Devrede potansiyel enerjiyi arttıran bir şeye ihtiyaç vardır. • Potansiyel enerjiyi arttıran bu şey elektromotor kuvveti olarak adlandırılır. • (emk). Birimi : 1 V = 1 J/C • Emk (E) düşükten , yüksek potansiyele akım akışı sağlar. Emk üreten cihazemk • kaynağı olarak adlandırılır. Elektromotor kuvveti (Emk) ve Devre Emk kaynağı • Şayet q pozitif yükükaynak içinde bdena ya hareket • ederse, elektrostatik olmayan Fnkuvveti yük üzerinde • Wn=qEpozitif işini yapar. • Bu yer değişimi Feelektrostatik kuvvetine zıttır, • bu nedenle yükle birlikte potansiyel enerji qVab • den dolayı artar. • İdeal bir emk kaynağı için Fe=Fnaynı büyüklükte • fakat zıt yöndedir. • -Wn=qE=qVab, so Vab=E=IR ideal kaynak için. b a - + Akım akışı

15. İç direnç • Devredeki gerçek kaynak ideal olarak davranmaz; devrede gerçek bir kaynağa • karşı potansiyel fark emk ye eşit değildir. Vab=E – Ir (Terminal voltaj, r iç dirençli kaynak) • Bu yüzden sadeceI=0 iken Vab=Edoğrudur. Bununla birlikte, E –Ir = IR yada I = E / (R + r) Elektromotor kuvveti (emk) ve devre

16. Gerçek batarya R c d c d I Battery r  a b b a + − Elektromotor kuvveti (emk) ve devre • Gerçek bataryar iç direncine sahiptir. • Terminal voltajı,ΔVverim= (Va−Vb) = − I r.

17. İdeal direnç devresindeki potansiyel c d a b Elektromotor kuvveti (emk) ve devre b a c d b

18. Gerçek şartlardaki direnç devresinin potansiyeli c d R I Battery r  b a b a - + r V R  Elektromotor kuvveti (emk) ve devre - + e I r IR 0 d c b a a b

19. Örnek ampermetre A a b voltmetre Elektromotor kuvveti (emk) ve devre V

20. ElektrikGücü • Elektriksel devre elemanlarıelektriksel enerjiyi • Isı enerjisine( dirençteki gibi) yada • Işığa (ışık yayan diyottaki gibi) yada • İşe (bir elektrik motordaki gibi) dönüştürür.Bu, kaynak sağlanan elektriksel gücü bilmek için yararlıdır. • Şekildeki basit devreyi düşünelim . Elektrik devresindeki enerji ve güç dQdirence karşı hareket ederve potansiyel ΔV den Vye düşer bu yüzden dUe elektrik potansiyel enerjisi kaybedilir. R Elektriksel güç= Ue densağlanan oran.

21. Bir kaynağın güç verimi • r iç dirençli bir emk kaynağının bir dış devreye ideal bir iletkenle bağlandığını • düşünelim. • Dış devreye verilen enerji oranı aşağıdaki gibi verilir: • Bir emkE ve bir r iç direnci ile tanımlanan bir kaynak için: - + batarya (kaynak) Kaynağın net elektriksel güç verimi Elektrik devresindeki enerji ve güç I I Kaynağın iç direncinde yitirilen elektriksel enerji oranı a + b - Kaynakta elektriksel olmayan enerjinin elektriksel enerjiye dönüşüm oranı Projektör (Dış devre )

22. Bir kaynağın güç girişi r iç dirençli bir emk kaynağının bir dış devreye ideal bir iletkenle bağlandığını düşünelim. Bataryaya toplam elektriksel güç girişi - + battery small emf I Bataryada elektriksel enerjinin elektriksel olmayan enerjiye dönüşüm oranı Bataryada iç dirençteki enerji yitim oranı I Fn a + b - Elektrik devresindeki enerji ve güç + v Büyük emk dönüştürücü

23. Drude modeli Elektrikiletimi

24. Drude modeli Elektrikiletimi

25. Drude modeli Elektrikiletimi