Temel Elektronik Elektrik Kanunları

1. Ohm kanunu
2. Joule kanunu
3. Kirchhoff kanunu
4. Norton teoremi
5. Thevenin teoremi

OHM KANUNU
Bir elektrik devresinde; akım, voltaj ve direnç arasında bir bağlantımevcuttur. Bu bağlantıyı veren kanuna Ohm kanunu adı verilir. 1827yılında Georg Simon Ohm şu tanımı yapmıştır: "Bir iletkenin iki ucuarasındaki potansiyel farkının,iletkenden geçen akım şiddetine oranısabittir."
R = V / I şeklinde ifade edilir. Burada R dirençtir. Bu dirençrezistans veya empedans olabilir. V volttur. İ de akım yani Amperdir.

Su dolu bir depo olsun, bunun dibine 5 mm çapında bir delik açalım, birde 10 mm çapında bir delik açalım. Büyük delikten daha çok suyunaktığını yani bu deliğin suyu daha az engellediğini görürüz. Buradadeliğin engellemesi dirence, akan suyun miktarı akıma, depodaki suyunyüksekliği voltaja karşılık gelir. Elektrik devrelerinde de, birgerilimin karşısına bir direnç koyarsanız, direncin müsaade ettiğikadar elektron geçebilir, yani akım akabilir, geçemeyen itişip duranbir kısım elektron ise, ısı enerjisine dönüşür ve sıcaklık olarakkarşımıza çıkar. Direnç birimi "Ohm"dur bu değer ne kadar büyük ise okadar çok direnç var anlamına gelir.

JOULE KANUNU
James Prescott Joule 1818 ile 1889 yılları arasında yaşamış bir İngilizFizikçidir. Esasen Isı enerjisi ile Mekanik enerjinin eşdeğer olduğunugöstermiştir ve "Joule" adı enerji birimine verilmiştir. Biziilgilendiren Joule Kanunu şöyledir: "Bir iletkenden bir saniyede geçenelektriğin verdiği ısı: iletkenin direnci ile, geçen akımın karesininçarpımına eşittir".
W = R x I2 dır.

Esasen formül kalori olarak şu şekildedir:
Kalori = 0.2388 x R x İ x İ x t saniye
Bir kalori 4.1868 Joule eşittir.
O halde Joule = R x İ x İ x t saniye olur.
Güç birimi olan Watt, İskoç mühendis James Watt'tan isim almıştır.
Watt = Joule / saniyedir.
O halde; yukarıdaki formül ortaya çıkar. W = R x İ2 olur. Ohm kanunundaki R = V / İ eşitliğini burada yerine koyarsak, bir formülümüz dahaolur: W = V x İ

KİRCHHOFF KANUNLARI
Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1887) bir Alman fizikçidir. Bizi ilgilendiren iki kanunu vardır.
Bunlar birinci kanun veya düğüm noktası kanunu ile ikinci kanun veya kapalı devre kanunudur.

Düğüm Noktası Kanunu
Bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı ile bu düğüm noktasındangiden akımların cebirsel toplamı eşittir. 1, 4, 5 nolu akımlar giden, 2ve 3 nolu akımlar gelen olduğuna göre; İ 1 +İ 4 + İ 5 = İ 2 + İ 3 olur.
Şekilde görüldüğü gibi, gelen İ akımı giden İR1+İR2+İR3 akımlarıtoplamına eşittir. Burada: R1 =10 ohm R2 = 20 Ohm ve R3 = 20 Ohm olsun,devre gerilimini de 50 V kabul edelim. Devreye gelen İ akımı 10 amperolur ve bu 10 amper lik akım, dirençler üzerinden şu şekilde geçer. İ =V / R olduğundan : İR1 = 5 A İR2 ve İR3 = 2.5 A dır. Böylece dirençlerüzerinden giden akımların toplamı da 10 A olur ve gelen ile gidenakımların toplamı aynı kalır.

Kapalı Devre Kanunu
Kapalı bir elektrik devresinde bulunan gerilim kaynakları toplamı ilebu devredeki dirençler üzerinde düşen gerilimlerin toplamları eşittir.

Devrede 20 ve 10 V'luk iki gerilim kaynağı mevcut olsun ve ters yöndebağlı olsunlar.Gerilim kaynaklarının toplamı 20 - 10 = 10 volt eder. R12 , R2 3 , R3 de 5 Ohm ise, her bir direncin uçlarında düşen gerilimnedir ?

Toplam direnç 10 Ohm olduğu için devreden 1 Amper akım geçer, herdirençten bu akım geçtiği için; V = İ x R den V1 = 1x2 volt V2 = 1x3volt V3 = 1x5 volt Olur, böylece toplam voltaj düşümleri de 10 V'a eşitdemektir.

THEVENİN TEOREMİ
Leon Thevenin (1857 - 1926) bir Fransız fizikçisidir. 1883'de adı ile anılan teoremi ortaya atmıştır.
Buna göre: "Doğrusal direnç ve kaynaklardan oluşan bir devre,herhangi iki noktasına göre bir gerilim kaynağı ve ona seri bağlı birdirenç haline dönüştürülebilir" Elde edilen devreye "Thevenin"ineşdeğer devresi denir. Bu teoremin bize ne faydası vardır? Faydasışudur: Devrenin herhangi bir kolundan geçen akımı, diğer kollardangeçen akımı hesaplamadan bulabiliriz.
Örnek: Aşağıdaki gibi bir devremiz olsun. Devre no 1 R2 ve R3 3Ohm R1 ve R4 2 Ohm olsun.V1 gerilim kaynağı 120 Volt , V2 gerilimkaynağı zıt yönde 80 V olsun. Rx direnci 17.5 Ohm ise bu dirençten nekadar akım geçer? Bu devreyi "Thevenin" kuralına göre bir gerilimkaynağı ve buna seri bağlı bir Ro direnci haline getirebiliriz.Bununiçin Rx direncinin uçlarındaki gerilimi ve bu gerilime seri direncibulmamız gerekir.

Thevenin'in Eşdeğeri Devre no 1 de Rx direnci yokken Rx direnciuçlarındaki gerilim Vo gerilimidir. V1 - V2 = 120 - 80 = 40 volt kaynakgerilimi R1, R2, R3, R4 dirençleri üzerinden akar.Ohm kanununa göre V =I x R olduğu için, 40 V = 10 Ohm x İ amper olur buradan İ = 4 amperbulunur. R3 ve R1 dirençlerinde aynı formülden: V = 4 x (3+2) = 20 voltdüşer ve 120 - 20 = 100 Volt gerilim Rx uçlarında kalır. Bu Eşdeğerdevrenin Vo voltajıdır. Rx uçlarından görülen eşdeğer Ro direnci iseiki paralel bağlı (3+2) Ohmluk dirence eştir. Ro = 2.5 Ohm olur.Eşdeğer devrede Vo = 100 Volt Ro = 2.5 Ohm ve üzerinden geçen akımıbilmek istediğimiz Rx direnci ise 17.5 Ohm olduğu için; V = İ x R den100 = İ x ( 17.5 + 2.5) İ = 100/20 =5 amper olur.

Özetle:Thevenin eşdeğer devresini bulmak için.
1. Gerilim kaynakları kısa devre sayılır,istenen noktayı gören direnç eşdeğer dirençtir.
2. Devre akımı hesaplanır ve bu akıma göre Rx uçlarındaki voltaj bulunur. Bu eşdeğer kaynak gerilimidir.

NORTON TEOREMİ
"Doğrusal bir devre, herhangi iki noktasına göre, bir akım kaynağı vebuna paralel bir direnç haline getirilebilir." Bunun için;
1.Herhangi iki nokta uçları kısa devre iken geçen akım kaynak akımıdır
2. Gerilim kaynağı kısa devre iken, iki nokta arası direnç eşdeğer dirençtir.
Daha önce incelediğimiz devreyi ele alalım ve Norton eşdeğerini eldeedelim. Gerilim kaynaklarını kısa devre ederek Thevenin teoreminebenzer olarak
A B noktasını gören eşdeğer direnci bulalım. V1 ve V2 kaynakları kısadevre edilirse AB noktasını gören birbirine paralel iki adet 5 Ohm lukdirenç olur ( 3 Ohm +2 Ohm). Bunların toplam değeri de 2.5 Ohm dur.Eşdeğer Ro direnci = 2.5 ohm olur. AB noktaları kısa devre edildiğindeAB den akan İk akımı: İ = V / R kullanılarak İk = İ1+İ2 İ1 = 120/5 = 24Amper İ2 = 80/5 = 16 Amper İk = 24+16 = 40 Amper olur Ao eşdeğer Akımkaynağı 40 Amper,Ro eşdeğer direnç 2.5 Ohm dur.
O Halde AB noktasında Rx den geçen akım:yani İ Rx İ Rx = 40 x { Ro / Ro+R } olur İ Rx = 40 x { 2.5/ 17.5+2.5 } İ Rx = 40 x { 2.5 / 20 } İ Rx =5 Amper olur.