Ders 3 · Bölüm 1: Temel elektrik ve manyetizma — elektron, Ohm yasası, trafo

Ders 3 başlıyor: otomatik kontroller. Ama termostatı ve röleyi anlamak için önce elektriği anlamak gerekir. Bu bölümde elektrik dünyasına en baştan, atomdan giriyoruz. Sayılar ders notlarındaki gibi.

Elektrik nedir: atom, elektron, yük

Her şey atomlardan yapılmıştır. Atom minik bir güneş sistemi gibidir: ortada artı yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar, çevrede gezegen gibi dönen eksi yüklü elektronlar. Hidrojende 1 proton 1 elektron var; bakırda 29 proton 29 elektron.

Bakırın elektronları katman katman dizilir: 2, 8, 18 ve en dışta yapayalnız 1 elektron. O tek elektron kolayca koparak komşu atoma atlar. Elektronların atomdan atoma bu yolculuğu elektrik akımıdır. Bu yüzden bakır, gümüş ve altın iyi iletkendir; cam, kauçuk ve plastik elektronu bırakmaz, yalıtkandır.

Elektron kaybeden atom artı, kazanan atom eksi olur. Kural basit: aynı yükler iter, zıt yükler çeker.

Gerilim, akım, direnç ve Ohm yasası

Üç kavram: gerilim (volt) elektronları iten basınçtır; akım (amper) bir noktadan saniyede geçen elektron sayısıdır, ders notlarına göre saniyede 6,24 çarpı 10 üzeri 18 elektron eşittir 1 amper; direnç (ohm) akışa karşı zorluktur.

Ohm yasası üçünü bağlar: gerilim eşittir akım çarpı direnç. Örnek: 120 voltluk ısıtıcıdan 3 amper geçiyorsa direnç 120 bölü 3 eşittir 40 ohm. 120 volt ve 20 ohm'da akım 120 bölü 20 eşittir 6 amper.

Güç: watt ve kilowatt-saat

Güç eşittir gerilim çarpı akım. 120 volt çarpı 22 amper eşittir 2640 watt, yani 2,64 kilowatt. Bu cihaz 1 saat çalışırsa 2,64 kilowatt-saat enerji harcar; elektrik faturası işte bu kilowatt-saatleri sayar.

Doğru akım, alternatif akım, 60 hertz

Doğru akımda elektronlar hep aynı yöne akar; pil ve akü böyledir. Alternatif akım yönünü ve büyüklüğünü sürekli değiştirir; evlere gelen elektrik budur, çünkü uzağa taşırken kaybı az, gerilimi değiştirmesi kolaydır.

Ders notlarındaki standart frekans saniyede 60 döngü, yani 60 hertz (Türkiye'de 50 hertz kullanılır). Voltmetre tepe değeri değil etkili değeri okur: RMS eşittir 0,707 çarpı tepe; tepe 170 volt ise ölçülen 120 volt. Evlerde tek faz, büyük motorlarda üç faz kullanılır.

Seri ve paralel devreler

Seri devrede parçalar uç uca dizilir, akımın tek yolu vardır: akım her yerde aynı, gerilimler toplanır, dirençler toplanır (20 artı 10 artı 10 eşittir 40 ohm).

Paralel devrede akımın birden fazla yolu vardır; klimadaki yüklerin çoğu böyledir: her dalda gerilim aynı, akımlar toplanır, toplam direnç en küçük dirençten bile küçüktür. Ders notlarındaki örnek: 10, 20 ve 30 ohm paralel bağlanınca 5,46 ohm.

Manyetizma, elektromıknatıs, indüksiyon

Mıknatısın kuzey ve güney kutbu vardır; aynı kutuplar iter, zıt kutuplar çeker. Bir tel manyetik kuvvet çizgilerini keserse içindeki elektronlar hareket eder: jeneratör böyle elektrik üretir. Ders notlarındaki benzetme: golf toplarıyla dolu bir boruya bir top itince öbür uçtan hemen bir top çıkar; sinyal saniyede 300.000 kilometre hızla gider ama tek bir elektron pilli lambada saatte yaklaşık 3 inç ilerler.

İçinden akım geçen tel bobin gibi sarılınca manyetik alan güçlenir; buna solenoid denir, içine demir çubuk konunca daha da güçlenir. Röle, kontaktör ve vanalar solenoidle çalışır. Alternatif akımda alan sürekli büyüyüp çöktüğü için bobin akıma karşı koyar; buna indüktif reaktans denir, motorlar indüktif yüktür.

Transformatör, sigorta, devre kesici

Trafo gerilimi bir sargıdan öbürüne manyetik yolla aktarır. Düşürücü trafoda birincil sargıda daha çok sarım vardır: 1000 sarıma 120 volt verince 500 sarımlı sargıdan 60 volt çıkar; termostat devresi 115 voltu 24 volta böyle düşürür. Yükseltici trafoda tersi: 1000 sarımdan 2000 sarıma geçince 120 volt 240 olur.

Sigorta içindeki ince metal şerit akım sınırı aşınca erir; tek kullanımlıktır. Çift elemanlı sigorta motorun yüksek kalkış akımına dayanır. Devre kesici aynı işi yapar ama yeniden kurulur: bimetal uzun süreli ısınmayı, manyetik bobin kısa devreyi yakalar. GFCI toprağa kaçan minicik akımı görüp devreyi keser, insanı korur.

Ölçü aletleri ve kuralları

Voltmetre iki nokta arasındaki gerilimi ölçer, yüke paralel bağlanır, iç direnci yüksektir. Ampermetre seri bağlanır; sahada pensampermetre tek bir iletkenin çevresine takılır, küçük akımlar için kablo çeneye 10 kez sarılıp okunan değer 10'a bölünür.

Ohmmetre direnç ölçer ve altın kuralı vardır: yalnızca elektriği kesilmiş devrede kullanılır, ölçülen parçanın en az bir ucu sökülür. Problar birbirine değince 0 ohm göstermeli; kopuk sargıda ekranda OL (açık hat) görünür.

Sahada neden önemli?

Can ve yangın güvenliği: doğru kablo kesiti, doğru sigorta; aşırı ısınan kablo yangındır, kaçak akım ölümdür.

Hızlı arıza bulma: seri-paralel mantığını ve ölçü aleti kurallarını bilen teknisyen kopuk sargıyı ve atmış sigortayı dakikada bulur.

Cihaz ömrü: motorları aşırı gerilim ve aşırı akımdan korumak pahalı tamirleri önler.

Ek malzeme: sohbet, test

Ohm yasası üçgeni, seri-paralel devre ve ölçü aleti kuralları tek sayfada: aşağıdaki infografiği yazdırıp atölyeye asabilirsiniz.

Mini test

1) Bakırın en dış yörüngesinde kaç elektron var? — 1; bu yüzden iyi iletken. 2) 120 volt, 3 amper: direnç? — 40 ohm. 3) Doğru ve alternatif akım farkı? — Doğru akım tek yönlü, alternatif akım yön değiştirir. 4) Ohmmetre kuralları? — Elektrik kesilir, bir uç sökülür. 5) 120 volt, 22 amper: güç? — 2640 watt.

Bir sonraki bölüm: Otomatik kontrollere giriş; bimetal, körük, termostat ve diferansiyel.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 3. dersinin 1. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.