Ünite 3: Kirchhoff Yasalarının Uygulamaları

Kirchhoff Yasalarının Uygulamaları

Devre elemanlarının daha karmaşık biçimde birbirlerine bağlanmaları durumunda, akım ve gerilimin devre elamanları üzerindeki dağılımları ile ilgili çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Seri bağlı devrelerde gerilimin devre elemanları üzerinde dağılımı ve paralel bağlı devrelerde bir düğüm noktasına gelen akımların kollara dağılımı, ilk olarak 1848’de Alman bilim adamı Gustav Kirchhoff tarafından yayınlandığı için, Kirchhoff yasaları olarak bilinmektedir. Bu yasalardan ilki seri devrelerde gerilimin devre elamanları üzerindeki dağılımlarını matematiksel olarak ifade eden Kirchhoff gerilim yasasıdır. Diğeri, paralel bağlı devrede bir düğüm noktasına gelen akımların dağılımını matematiksel olarak ifade eden Kirchhoff akım yasasıdır.

Bugün, karmaşık devre çözümlerinde çok sayıda devre çözüm teoremleri kullanılmaktadır. Bu teoremlerin hepsi Kirchhoff yasalarına dayandığı için, elektrik devre problemlerinde Kirchhoff yasaları en temel kavramlardan kabul edilir.

Güvenlik Önlemleri

Deneylerde en önemli nokta güvenlik önlemleridir. Dolayısıyla aşağıda ifade edilen maddelere dikkat edilmelidir:

• Kullandığımız cihazlar elektrikle çalıştığı için, deneyimizin her aşamasında dikkatli olunmalıdır.

• Kablo bağlantıları yapılırken yalıtılmış bölgelerden tutulmalıdır.

• DC güç kaynağı üzerindeki voltage düğmesinin, devreye verilecek gerilim değerinde olduğuna dikkat edilmelidir.

• DC güç kaynağından çıkış alırken, artı (+) ve eksi (-) kutbun hangisi olduğundan emin olunmalıdır.

• Devre kurulumu tamamlanıp yetkiliden onay alındıktan sonra dc güç kaynağı çalıştırılmalıdır.

• Ölçüm alınırken multimetre kademe anahtarının uygun konumda olduğuna dikkat edilmelidir.

• Multimetre göstergesinde (-) değer okunuyorsa, probların ters bağlandığı anlaşılmalıdır.

• Multimetre ile gerilim ölçerken, problar devre elemanına paralel olacak şekilde bağlanmalıdır.

• Multimetre ile akım ölçerken, problar akımın geçtiği kola seri olacak şekilde bağlanmalıdır.

• Breadboard üzerindeki bağlantı kutupları, dc güç kaynağının hangi kutbuna bağlandığına dikkat edilmelidir.

• Breadboard üzerinde çok sayıda delik vardır. Bu deliklerin hangilerinin birbirine bağlı olduğunu bilmek gerekir. Aksi takdirde devre kurulumunda bağlantı eksik olacaktır.

• Devrede kullanılacak dirençler küçük olması sebebiyle pens ile çalışmanız önemlidir.

• Güç kaynağının açma kapama düğmesinden kumanda ederek, sadece her bir ölçüm anında güç kaynağı çalıştırılmalıdır. Aksi takdirde ölçüm uçları değiştirilirken, uçların birbirine değmesi sonucu kısa devre oluşabilir ve cihaza zarar verebilir.

• Deneyler bitirilince, güç kaynağı ve multimetre kapatılıp, dirençler ve bağlantı kabloları düzenli bir şekilde toplanmalıdır.

Kirchhoff Akım Yasası

Kirchhoff akım yasası yük korunumunun bir ifadesidir. Yani, herhangi bir noktada yük birikmesi olmayacağından, devredeki bir düğüme ne kadar akım gelirse o kadar akım bu düğümü terk etmek zorundadır. Bir düğüm noktası, devredeki akımın kollara ayrıldığı noktadır.

Kirchhoff akım yasasına göre, paralel bağlı bir devrede, bir düğüm noktasına gelen (+I) ve düğüm noktasını terk eden (-I) akımların matematiksel toplamı sıfırdır (?I = 0).

Bu kural uygulanırken, düğüm noktasına gelen akımlar artı (+) ve düğüm noktasını terk eden akımlar eksi (-) işaretle ifade edilir.

Kirchhoff Gerilim Yasası

Kirchhoff gerilim yasası enerjinin korunumu ilkesine dayanmaktadır. Enerji korunumuna göre, bir elektrik devresinde kapalı bir ilmekte hareket eden herhangi bir yük, başladığı noktaya tekrar geldiğinde, kazandığı enerjilerin toplamı kaybettiği enerjilerin toplamına eşittir. Tek ilmekli devre, akımın kollara ayrılmadığı tek bir yol izlediği devredir. Yükün enerjisi, bir direncin uçları arasında potansiyel düşmesi şeklinde azalabilir veya bir elektromotor kuvvet (emk) kaynağı içerisinden ters yönde geçirildiğinde bir azalma gösterebilir. Yükün bir emk kaynağı içerisinden ters yönde geçirilmesine pratik bir örnek, bir akünün şarj edilmesi sırasında elektriksel enerjinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi veya benzer şekilde elektriksel enerjinin bir motoru çalıştırmak için mekanik enerjiye dönüştürülmesi verilebilir. Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine veya mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi durumu ise, yükün emk kaynağı içerisinden ileri yönde geçirilmesine pratik örnektir.

Kirchhoff gerilim yasasına göre, herhangi bir kapalı devrede, devre elamanları üzerindeki potansiyel değişimlerinin matematiksel toplamı sıfırdır (?V = 0).

Bu kural her bir kapalı elektrik devresine uygulanabilir. Devrede birçok kapalı ilmek bulunabilir. Devrede bilinmeyen parametrelerin bulunması için uygulanan bu kural önemli bir araçtır. Kirchhoff gerilim yasasının uygulanacağı devrelerde, devre elemanları dirençler ve elektromotor kuvvet (emk) kaynakları olabileceğinden, bu devre elemanları üzerindeki potansiyel değişimleri (?V) aşağıda verilen kurallara göre belirlenir.

Dirençlerdeki potansiyel değişimi, akım yönünde ilerlerken eksi (-IR), akıma zıt yönde ilerlerken artı (+IR) işaretle alınır.

Emk’ sı ? olan bir bataryada, potansiyel değişimi, bataryanın negatif ucundan pozitif ucuna doğru ilerlerken artı (+?), zıt yönde yani pozitif ucundan negatif ucuna doğru ilerlerken eksi (-?) işaretle alınır.