An Introduction to Electrical Engineering

22.10.2013
Elektrik Mühendisliği Nedir?
Elektrik ve Elektronik
Mühendisliğine Giriş
Not: Sunum materyallerinin önemli bir kısmı Brown University web sayfasından alıntıdır
Elektrik kavramının değişik uygulamalarıyla
birlikte çalışılması ve bununla ilgili
uygulamalardır...
1
Elektriğin Kısa Tarihçesi
2
Elektriğin Kısa Tarihçesi
1600 yılında William Gilbert
küçük parçacıkların sürtünme
sonrasında birbirlerini
çekmesini «electricus»
şeklinde isimlendirdi.
1800 – voltaic pile: Alessandro volta, pilin ilk
modelini tasarladı.
De Magnete elektriklenebilen
malzemelerin uzun bir
listesini hazırladı.
Voltaic pile
1831 – Michael Faraday
elektromanyetik etkilenmeyi
keşfeder.
Gilbert versorium isminde bir
alet hazırladı, bu alet statik
elektriklenen malzemeleri
algılıyordu.
Circuits containing inductors
William Gilbert, muhtemelen ilk elektrikçi
A versorium
3
1873 – Electricity and Magnetism
published by James Maxwell, describing
a theory for electromagnetism
Maxwell denklemleri
4
1
22.10.2013
Elektriğin Kısa Tarihçesi
Elektriğin Kısa Tarihçesi
1888 – Heinrich Hertz radyo
sinyallerini iletti
1958 – ilk «entegre» Jack Kilby
Tarafından geliştirildi.
Spark-gap transmitter
1941 – Konrad Zuse ilk programlanabilir
bilgisayarı tasarladı
Entegre devreleri...
1968 – ilk mikroişlemci geliştirildi.
Z3 computer
1947 – transistörün geliştirilmesi
5
Transistor
6
mikroişlemci
Çalışma Alanları
Güç sistemleri:
Elektriğin üretimi, dağıtımı ve saklanması
Kontrol:
Elektriksel ve elektromekanik sistemlerin kontrol
mekanizmaları
Çalışma alanları nelerdir?
Elektronik/mikroelektronik:
Elektronik devre tasarımı, entegre devre tasarımı,
mikroişlemcilerin, uygulamaya özel entegrelerin ve
benzer sistemlerin tasarımı.
Sinyal (işaret) işleme: Sinyal analizi
7
8
2
22.10.2013
Elektrik Mühendisliği Ders Programı
Çalışma Alanları
Mühendislik temel dersleri
-Fizik
-Matematik, diferansiyel denklemler, doğrusal cebir, ileri analiz
-Elektromanyetizma, elektrik devreleri
Telekomünikasyon:
İletim sistemlerinin tasarımı (ses, diğer veri
türleri).
Temel elektrik elektronik dersleri
Bilgisyar ve sayısal tasarım:
Bilgisayar sistemlerinin ve diğer sayısal
sistemlerin tasarımı, yazılım geliştirme vb.
-Dijital elektronik (lojik devreler)
-İşaretler ve sistemler
-Temel elektronik, elektronik devreler -Kontrol sistemlerine giriş
-Analog ve sayısal haberleşmeye giriş
Enstrümantasyon:
Sensörlerin ve diğer veri toplama cihazlarının tasarımı.
-Mikroişlemciler
Son sınıf dersleri
Diğer ?????
9
Temel kavramlar
-Tıp elekroniği
-Sinyal işleme
-İleri sayısal tasarım
-Entegre devre tasarımına giriş
-Güç sistemleri ve yüksek gerilim tekniği
-???
10
Elektrik
Elektrik yükünün varlığı ve yüklerin birbirleri
ile ilişkilerinin ele alınmasına temel olarak
elektrik denilir.
✴ Elektriklenme
✴ Elektriksel Yük
✴ Akım
✴ Gerilim
✴ Güç ve Enerji
11
12
3
22.10.2013
Elektriksel yük
Elektriksel Yük
Elektrik kavramındaki temel atom altı
parçacıklar
-
Elektron
Elektriksel yükü nasıl izleriz/kullanırız?
−1.602×10−19 C
+
Proton
1.602×10−19 C
Elektrik yükünün temel kavramı Coulomb (C)
olarak ifade edilir
1 coloumb = 6.25 × 1018 e
13
Elektriksel Yük
e = temel yük = 1 protona eşdeğer yük
14
Coulomb’un Keşfettiği Kanun
“Yüklü” parçacıklar kuvvet uygularlar
-
q1
-
q2
r (meters)
Benzer parçacıklar birbirini iter
-
(Newton)
+
F1,2 yük1 ve yük2 arasındaki elektrostatik kuvvet
Zıt parçacıklar birbirini çeker
Elektriksel yük çevremizdeki temel güç unsurlarından biridir (diğerleri neler?)
15
ke : Coulomb sabiti
ke = 8.987 x 109 N*m2*C-2
16
4
22.10.2013
Elektrik Akımı
Elektrik Akımı
Elektriksel yükün hareketini inceler
Amper (A) 1 saniyede 1 C’luk elektriksel yükün belirli bir
kesit alandan geçmesine verilen addır.
Bu olay elektronların iletken bir materyalde ilerlemesi
veya çözeltilerdeki yüklü iyonların hareketi sonucu
ortaya çıkar.
Akım ifadesi pozitif yüklerin akım yönüne göre ifade edilir.
17
18
Elektrik devreleri
Elektrik devresi, elektriksel elemanların kapalı bir çevrim
şeklinde birbirine bağlanmasıdır. Bu şekilde elektrik akımının
akması sağlanır.
Elektrik Devreleri
Devre çizimleri elektrik mühendisleri için rutin olark kullanılır.
19
20
5
22.10.2013
Gerilim
a düğümünden b düğümüne akan yük miktarı
İki düğüm arasında akım akmasını sağlayan potansiyeldir.
b düğümünden a düğümüne akan yük miktarı
(i = akım)
Doğru akım -da- (direct current - dc) sabit
genlikteki akımdır
Vab
a ile b arasındaki potansiyel farkıdır. Vab = Va –
Vb.
Vba
Voltage at terminal b with respect to terminal a
Voltaj, gerilim, potansiyel farkı = V
Vab = -Vba
Alternatif akım -aa- (alternating current - ac)
değişken genlikteki akımdır.
21
Gerilim
Note: Gerilim genel olarak ‘toprak’ noktasına göre olan
potansiyel farkıdır.
22
Güç
Voltaj, iki nokta arasındaki pozitif yükü – terminalden + terminale
götürmek için gereken potansiyel enerjiye denir.
Birim zamanda enerjinin harcanma miktarına denir.
Elektrikte akım ve gerilimler cinsinden hesaplanabilir:
1 volt, 1 coulomb’luk yükün 1 joule enerji harcanarak
bir noktadan diğer noktaya iletilmesi ile oluşan
potansiyel farka (voltaj) denir. denir.
23
1 watt saniyede 1 joule enerjinin kullanılmasına denir.
24
6
22.10.2013
Basit devre şematiği
Temel Devre Elemanları
Elektriksel
Mantıksal
25
Direnç
26
Dirençler
Direnç, (Resistance - R) akımın
akmasını kısıtlayan elemana denir.
Değeri Ohms (Ω)’dur.
Özdirenç(ρ), bir materyalin akıma
karşı gösterdiği birim dirençtir.
Birimi Ohm-metre (Ω-m)’dir
Örnek:
Bakır özdirenci
1.68×10−8 Ω·m
Cam özdirenci
1010 to 101427Ω·m
28
7
22.10.2013
4 BANDLI DİRENÇ FORMÜLÜ
Dirençler
• 1. ve 2. band kat sayıları ifade eder. Aşağıdaki dirence bakacak
olursak 1. band siyah(0) 2. band Kırmızı (2) bu durumda bu
direncin katsayısı 02 dir.
• 3. band ise çarpan sayıyı ifade eder. Şekilde 3. band yeşil
(5) yani 10^5 dir.
• Direnci değerini bulmak için ise kat sayı ile çarpanı birbirine
çarparız. 2*10^5 = 200.000 Ω = 20KΩ dur
• Telorasn değeri ise o direncin değerindeki göz ardı edilebilecek
değeridir. Örnekte ki dirençde telorans Gümüş (%10) dür.
29
30
5 BANDLI DİRENÇ FORMÜLÜ
6 BANDLI DİRENÇ FORMÜLÜ
• 5 Renkli direnci 4 renkli dirençden ayıran en büyük
fark 5 renkli dirençte 3.katsayı direnci olmasıdır.
• 1.2. ve 3.Bant katsayısı
• 4.Bant çarpanı
• 5.Bant toleransı ifade etmektedir.
•
•
•
•
31
1.2. ve 3.Bant Katsayısı
4. Renk çarpan
5. Renk tolerans
6. Renk sıcaklık katsayısı
32
8
22.10.2013
Ohm Kuralı (Kanunu)
Kondansatörler
(R ‘nin cinsi Ω ve ρ
cinsi Ω-m)
Kondansatör, kapasite
33
Kondansatör
Basit kondansatör, karşılıklı iki
iletkenin bir yalıtkan ile
ayrılması ile gerçekleştirilir.
34
Kondansatörler
Kapasite - Capacitance bir materyalin yük saklayabilme
yeteneği olarak isimlendirilebilir.
(ε elektriksel geçirgenlik, A alan, d uzaklık)
Kapasite değeri Farads (F) ile ölçülmektedir.
Elektrik yükü plakalar arasında
yüklenir, kondansatör «şarj»
olmuştur.
İletken plakalar arasında voltaj
uygulandığında, elektrik potansiyeli
uygulandığında, plakalar elektriksel enerji
35 ile
yüklenirler.
36
9
22.10.2013
Kondansatörler
Enerji saklanması
Kondansatörün negatif ucunda elektronlar
birikir.
Kondansatörün pozitif ucunda protonlar birikir.
Yükleri karşılıklı olarak plakalarda saklamak için bir
enerji gereklidir. Bir kondansatörün üzerindeki enerji
aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Bu devrede ampul nasıl yanar?
Bir süre sonra pil devre dışı bırakılıp yerine
anahtar konursa ne olur?
37
38
10