Potansiyel Fark

Bir devredeki herhangi iki nokta arasındaki voltaj farkı, Potansiyel Fark olarak bilinir ve akımın akışını sağlayan bu potansiyel farktır.

Daha önce negatif voltaj üretimi yazımızda potansiyel fark konusunu incelemiştik, buradan bu konuyada göz atabilirsiniz.

Kapalı bir elektrik devresi etrafında elektrik yükü şeklinde akan akımın aksine, potansiyel fark hareket etmez.

İki nokta arasında üretilen potansiyel fark birimine Volt denir ve genellikle içinden bir amperlik bir akım geçerken bir ohm’luk sabit bir direnç boyunca düşen potansiyel fark olarak tanımlanır.

Başka bir deyişle, 1 Volt, 1 Amper çarpı 1 Ohm’a eşittir veya genellikle V = I*R’dir.

Ohm Yasası, lineer bir devre için içinden akan akımın, üzerindeki potansiyel farkla orantılı olduğunu, dolayısıyla herhangi iki nokta arasındaki potansiyel fark ne kadar büyükse, içinden geçen akımın o kadar büyük olacağını belirtir.

Örneğin, direnç değeri 10Ω olan bir direncin bir tarafında voltaj 8V diğer tarafında 5V ölçülür bu yüzden direnç üzerindeki potansiyel farkı 3V olacaktır buda 0.3A akım akmasına sebep olacaktır.

Ancak eğer direncin 8V olan tarafı 40V olsaydı direnç üzerindeki potansiyel farkı 40V – 5V = 35V olacaktır, buda 3.5A akım akmasına sebep olacaktır.

Elektrik devreleri için, toprak veya toprak potansiyeli genellikle sıfır volt (  0V  ) alınır ve her şey devredeki bu ortak noktaya atıfta bulunur yani referans alınır. Bu teoride yüksekliği ölçmeye benzer. Deniz seviyesinin sıfır metrede olduğunu söyleyerek tepelerin yüksekliğini benzer şekilde ölçüyoruz ve sonra tepenin veya dağın diğer noktalarını o seviyeyle karşılaştırıyoruz.

Çok benzer bir şekilde, bir devredeki ortak noktaya sıfır volt diyebilir ve ona toprak, sıfır volt adını verebiliriz, ardından devredeki diğer tüm voltaj noktaları karşılaştırılır veya o toprak noktasına atıfta bulunulur. Elektrik şematik çizimlerinde ortak bir topraklama veya referans noktası kullanılması, bu noktaya yapılan tüm bağlantıların aynı potansiyele sahip olduğu anlaşıldığından devrenin daha basit çizilmesini sağlar. Örneğin:

Potansiyel Fark için ölçü birimi volt olduğundan, potansiyel farka esas olarak voltaj denir. Direnç eğitimindeki örneklerde görüldüğü gibi bize devrenin “toplam voltaj” toplamını vermek için seri bağlı bireysel voltajlar birbirine eklenebilir. Paralel olarak bağlanan bileşenler arasındaki voltajlar, örneğin paralel öğreticideki dirençlerde görüldüğü gibi her zaman aynı değerde olacaktır.

Seri bağlı voltajlar için:

Paralel bağlı gerilimler için:

Potansiyel Fark Soru Örneği 1

Ohm Yasasını kullanarak, bir dirençten geçen akım aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

Bir terminali 50 volta, diğer terminali 30 volta bağlı olan 100Ω’luk bir dirençten geçen akımı hesaplayın.

A terminalindeki voltaj 50v’ye ve B terminalindeki voltaj 30v’a eşittir. Bu nedenle, direnç üzerindeki voltaj şu şekilde verilir:

V _A = 50v, V _B = 30V, bu nedenle, V _A – V _B = 50 – 30 = 20v

Direnç üzerindeki voltaj 20v’dir, bu durumda dirençten geçen akım şu şekilde verilir:

I = V _AB  ÷ R = 20V ÷ 100Ω = 200mA

Gerilim Bölücü Ağı

Dirençleri potansiyel bir fark boyunca seri olarak birbirine bağlayarak, toplam kombinasyon boyunca besleme gerilimine göre her bir dirençteki gerilim oranlarını verecek bir gerilim bölücü devre üretebileceğimizi önceki derslerden biliyoruz.

Bu, genellikle Gerilim Bölücü Ağı olarak adlandırılan ve yalnızca seri olarak birbirine bağlanan dirençler için geçerli olan bir şeyioluşturur çünkü Paraleldeki Dirençler öğreticisinde gördüğümüz gibi, paralel olarak birbirine bağlanan dirençler, akım bölücü ağ olarak adlandırılan şeyi oluşturur.

Devre, R1 , R2 , R3 ve R4 dirençlerinin bazı ortak referans noktalarına (genellikle sıfır volt) atıfta bulunduğu , seri zincir içindeki her bir direnç boyunca çıkış voltajının düştüğü bir voltaj bölücü devre prensibini gösterir.

Böylece, seri olarak birbirine bağlı herhangi bir sayıda direnç için, besleme gerilimini V _S toplam dirence bölerek , R _T , seri dal boyunca akan akımı şu şekilde verecektir: I = V_S /R_T , (Ohm Yasası). Daha sonra her bir direnç üzerindeki bireysel voltaj düşüşleri basitçe şu şekilde hesaplanabilir: V = I*R burada R direnç değerini temsil eder.

Her noktadaki voltaj, P1 , P2 , P3 vb. besleme voltajına kadar her noktadaki voltajların toplamına göre artar, Vs ve ayrıca herhangi bir noktadaki bireysel voltaj düşüşlerini aşağıdaki formülü kullanarak devre akımını hesaplamadan hesaplayabiliriz.

Gerilim Bölücü Formülü

Burada V _(x) bulunacak voltaj, R _(x) voltajı üreten direnç, R _T toplam seri direnç ve V _S besleme voltajıdır.

Potansiyel Fark Soru Örneği 2

Yukarıdaki devrede, 100 voltluk bir DC kaynağına R ₁  = 10Ω , R ₂  = 20Ω , R ₃  = 30Ω ve R ₄  = 40Ω değerinde dört direnç bağlanmıştır. Yukarıdaki formülü kullanarak, P1 , P2 , P3 ve P4 noktalarındaki voltaj düşüşlerini ve ayrıca seri zincir içindeki her bir direnç boyunca ayrı voltaj düşüşlerini hesaplayın.

1. Çeşitli noktalarda gerilimler şu şekilde hesaplanır:

2. Her bir direnç üzerindeki ayrı voltaj düşüşleri şu şekilde hesaplanır:

Daha sonra bu denklemi kullanarak, bir seri devrede herhangi bir direnç boyunca düşen voltajın, direncin büyüklüğü ile orantılı olduğunu ve tüm dirençler boyunca düşen toplam voltajın, Kirchhoff’un Voltaj Yasası tarafından tanımlanan voltaj kaynağına eşit olması gerektiğini söyleyebiliriz. Böylece, Voltaj Bölücü Denklemi kullanılarak, herhangi bir sayıda seri direnç için, herhangi bir bireysel dirençteki voltaj düşüşü bulunabilir.

Şimdiye kadar bir dirence veya devreye gerilim uygulandığını ve akımın bir devrenin içinden ve çevresinden aktığını gördük. Ancak dirençlere ve direnç ağlarına da uygulayabileceğimiz üçüncü bir değişken var. Güç, voltaj ve akımın bir ürünüdür ve gücün temel ölçü birimi watt’tır.

Dirençler ile ilgili bir sonraki derste , direnç tarafından ısı şeklinde harcanan (tüketilen) gücü ve bir direnç devresi tarafından dağıtılan toplam gücü, ister seri, ister paralel veya ikisinin bir kombinasyonu olsun, inceleyeceğiz.