Elektriksel Direnç Nedir? Nasıl Çalışır? Nerelerde Kullanılır?

Birim amperlik elektrik akımı birim potansiyel fark yani gerilimin oluştuğu bir komponentten geçtiğinde o bileşenin direnci 1 Ohm’dur. Akım, terminal uçlarındaki voltajla orantılıdır. Bu oran Ohm Yasası ile temsil edilir:

R = V / I

Tüm maddeler akıma karşı farklı dirençler gösterir. Örneğin bakır, gümüş, altın gibi maddelerin direnci düşüktür ve elektronlar üzerlerinde rahatça hareket edebilir. Bu maddelere iletken maddeler denir. Plastik, kağıt, tahta gibi maddelerin de akıma karşı dirençleri yüksektir ve bunlar yalıtkan maddeler olarak adlandırılır.

Direncin sembolü aşağıdaki gibidir. Soldaki Amerikan standardına ait bir direnç, sağdaki ise uluslararası standartlara uygun bir direnç sembolüdür.

Elektriksel Direnç Ne İşe Yarar?

Elektriksel direnç elektrik devrelerinde aşağıdaki işleri yapmak için kullanılır:

• Devreden geçen akımı sınırlar ve belli değeri aşmasını engeller.
• Yüksek akımlardan hasar görebilecek devre elemanlarının akımını sınırlar.
• Isı elde edilmesini sağlar. Ekmek kızartma makinesinde elektriksel direnç kullanılarak akıma karşı bir direnç göstermesi sağlanır ve ısı etkisi açığa çıkarılır.
• Işık elde edilmesini sağlar. Eski tip akkor ampullerde kullanılan dirençler ısı ve dolayısıyla ışık etkisini açığa çıkarır.

Elektriksel Direnç Nasıl Çalışır?

Bir direnç akımın akışını kısıtlayarak çalışır ve bunu üç yoldan yapabilir:

• Daha az iletkenliğe sahip bir malzeme kullanarak
• İnce bir iletken malzeme kullanarak
• Uzun bir iletken malzeme kullanarak

Birçok direnç tel sargılıdır, etrafına sarılmış fiziksel bir telden ziyade diğer dirençlerle birlikte bir yalıtkan orta etrafına sarılmış iletken bir telden oluşur. Bu sadece bir karbon spiralidir, bunlara karbon filmi denir.

Tel sargılı dirençler, karbon filmli dirençlerden daha hassas ve kararlıdır, direnç telin dönüş sayısı ve kalınlığı ile kontrol edilir. Birçok direnç türü vardır, ancak hepsi aynı üç prensipte çalışır, çünkü direnci kontrol etmenin tek güvenilir yolu budur.

Akım, bir borudan akan su gibi düşünülebilir. Direnç ise o suyun akmasının kolay olup olmamasının ölçüsü olarak düşünülebilir. Solda daha iletken ve daha düşük dirençli bir boru vardır, çünkü daha geniştir, daha fazla elektronun geçmesine izin verir ve bu nedenle daha büyük bir akıma sahiptir. Sağda daha az iletken ve daha yüksek dirençli bir boru vardır, çünkü daha incedir, daha az elektronun geçmesine izin verir ve bu nedenle daha küçük bir akıma sahiptir.

Bir direnç akımı sınırlar ve voltajı düşürür demiştik. Şimdi de aşağıdaki örneği inceleyelim. 12 voltluk bir dc besleme ile 3 voltluk bir LED sürmek istiyoruz. Akım sınırlama direnci olmadan LED çok hızlı bir şekilde kullanılmaz hale gelir. Bu durumda devreye bir direnç eklemeliyiz ki bu durum yaşanmasın. Peki, bu direncin değeri me olmalı?

Devrenin 12 volt ile beslendiğini ve LED tarafından 3 volt kullanıldığını biliyoruz. Geriye direnç için 9 volt kalıyor. Ayrıca devrenin yaklaşık 20 miliamper ( 0,02 amper) bir akıma sahip olması gerektiğini de biliyoruz, aksi takdirde LED kullanılmaz hale gelecektir.

LED’i aşırı akımdan korumak için gereken R direncini bulmak için Ohm Yasasını kullanabiliriz.

V = I × R (Ohm Yasası)

9 = 0.02 × R

R = 9 ÷ 0.02

R = 450 Ω (gerekli direnç)

Yani 450 Ohmluk bir direnç kullanarak LED üzerine düşecek akımı sınırlayabilir ve LED’in kullanılmaz hale gelmesini önleyebiliriz.

Şimdi de direncin diğer kullanım alanlarına bakalım.

Elektriksel Direnç Nerelerde Kullanılır?

Direncin kullanım alanları şunlardır:

1.Akım sınırlama devrelerinde

Bir devredeki akım akışı dirençler kullanılarak kontrol edilebilir. Akım kontrolü motorun hızının, müzik tonunun perdesinin, amplifikatörün ses yüksekliğinin vb. değiştirilmesi gibi devre işlevlerinin kontrolünde yararlıdır.

2.Gerilim kontrolü uygulamalarında

Bir cihazın çalışma gerilimine gelebilmesini sağlamak için kullanılabilir. Dirençler seri olarak bağlandığında, cihazın istenen potansiyel değerlere sahip olmasını sağlamak için her bir direnç boyunca gerilim düşer. Bu, giriş geriliminin cihazın çalışma gerilimine kıyasla çok yüksek olduğunda kritik hale gelir.

3.Isıtma cihazlarında

Isıtıcı, tost makinesi, elektrikli ocak, mikrodalga fırın vb. cihazların filamanlarının yüksek sıcaklıktan dolayı parladığını fark etmişsinizdir. Bunun nedeni, metal filamanın bir direnç görevi görmesi ve içinden akım geçerken ısı üretmesidir.

4.LED ve transistör içeren devrelerde

LED’ler ve transistörler gibi yarı iletken cihazlar, giriş akımı değerlerine duyarlıdır. Bu nedenle, akımın giriş değerini düzenlemek için devrede dirençler kullanılır.

5.Sıcaklık kontrolü cihazlarında

Joule ısınma yasasına göre, ısı direnç, akımın karesi ve zamanla doğru orantılıdır[H = I² Rt]. Bu, akım ve zaman faktörlerini değiştirerek sıcaklığı kontrol etmek için kullanılabilir. Örnek termometre uygulamalarıdır.

6.Devre korumasında

Kısa devreden korunmak için eriyebilir dirençler kullanılır. Güç öngörülen sınırı aştığında, sigorta atar ve devredeki diğer bileşenleri kurtarır. Güç limitlerin altına düştüğünde ise normal direnç görevi görür.

7.Aydınlatma elemanlarında

Elektrik ampulleri ve benzeri diğer aydınlatma elemanları, ışık üretmek için dirençli bir filaman kullanır.

8.Yük boşaltmak amacıyla

Yüksek gerilimli, doğru akım (dc) bir güç kaynağında, çıkıştaki dalgalanmaları yumuşatmak için kondansatör kullanılır. Bu kondansatör bir elektrik yükü alır ve bir süreliğine depolar. Bazı güç kaynaklarında, bu filtre kondansatörü, besleme kapatıldıktan sonra bile yüksek gerilimi tutar. Filtre kondansatörüne bağlı olan boşaltma dirençleri depolanan yükleri boşaltır, böylece muhtemel bir çarpılmayı önlemiş olur.

9.Yüksek başlangıç akımlarını sınırlamak amacıyla

Motor ve kondansatör gibi ekipmanlar ilk devreye girdiklerinde şebekeden kısa süreli fazla akım çeker. Bu akımı sınırlamak için dirençler kullanılır ve akımın zararlı etkileri giderilir.