Her işi iki korunum yasası yapar: yük her düğümde korunur (KAY: ΣI = 0), enerji her döngüde korunur (KGY: ΣV = 0). Ohm yasası P = V·I = I²R = V²/R ile bunları, o enerjinin iletildiği ya da harcandığı hızla ilişkilendirir.
Ohm yasası — V, I, R'nin herhangi ikisinden
Üç nicelik ve bir denklem. Panele herhangi ikisini verin, üçüncüyü ve gücü döndürür. Varsayılan örnek (I = 2 A, R = 50 Ω) V = 100 V ve P = 200 W verir — tam yükte çalışan küçük bir 100 W'lık lehim makinesi. İlişki, ohmik bir iletken için doğrusaldır: sabit sıcaklıktaki metaller, karbon film dirençler ve birkaç başkası kabaca sabit R ile V = IR'yi izler. Yarı iletkenler, akkor flamanlar ve termistörler izlemez — dirençleri gerilime, akıma ya da sıcaklığa bağlıdır; denklem nokta nokta yine çalışır ama R artık tek bir sayı değildir. Eşlik eden P = V·I ilişkisi evrenseldir ve DA devreleri için her zaman geçerlidir.
Seri dirençler — akım aynıdır
Seri bağlı bileşenler tek bir yol paylaşır; hepsinden aynı akım geçer ve dirençler doğrudan toplanır: Req = ΣRi. Varsayılan örnek (100 + 220 + 330 + 470 Ω) toplamı 1.120 Ω eder; 12 V'luk bir kaynakla döngü I = 12/1120 ≈ 10,71 mA taşır ve dört düşüm 1,07 V, 2,36 V, 3,54 V, 5,04 V olur — tanıdık gerilim bölücü kuralı, Vi = I · Ri. Seri bağlantı bir anlamda kırılgandır: herhangi bir direnci açın, döngü kopar, her cihaz söner. Noel ağacı ışık dizileri, bir ampul arızalandığında kalanların yanmaya devam ettiği şönt bağlı tasarımlara geçilmeden önce klasik ders kitabı örneğiydi.
Paralel dirençler — gerilim aynıdır
Paralel bağlı bileşenlerin hepsi aynı gerilimi görür; iletkenlikleri (ters dirençler) toplanır: 1/Req = Σ(1/Ri). Varsayılan örnek (100, 200, 300 Ω) Req ≈ 54,55 Ω verir; 12 V uygulandığında toplam akım Itoplam ≈ 0,22 A'dır ve kollar sırasıyla 120 mA, 60 mA, 40 mA çeker — en küçük direnç her zaman en büyük payı, ters oranda alır. İki pratik not: paralel bir birleşim her zaman en küçük tekil dirençten küçüktür, bu da pilleri paralel bağlamanın neden gerilim değil kapasite eklediğinin sezgisidir. Ev tesisatında her priz diğer her prizle paraleldir, bu yüzden bir odadaki sigorta atması binanın geri kalanını söndürmez.
Kondansatör enerjisi — depolanır, tüketilmez
Bir kondansatör yükü ayırır, iki levha üzerinde biriktirir ve aralarındaki elektrik alanda enerji depolar. Muhasebesi yük için Q = C·V ve enerji için E = ½C·V²'dir. Varsayılan örnek (12 V'ta 100 μF), Q = 1.200 μC ve E = 7,2 mJ verir. Gerilimi iki katına çıkarmak enerjiyi dört katına çıkarır; kapasitansı iki katına çıkarmak yalnızca iki katına çıkarır — gerilim kaldıraçtır, bu yüzden fotoğraf flaşları, defibrilatörler ve raylı silahlar daha büyük bir kondansatör kullanmak yerine yüksek gerilime şarj olur. DA kararlı durumunda bir kondansatörden akım geçmez (açık devredir); AC'de aynı eleman frekansla orantılı akım geçirir ve her filtre, bağlantı ve zamanlama devresinin temelidir. Şarj V(t) = V0(1 − e−t/RC) izler: RC zaman sabiti hızı belirler ve 5τ sonra kondansatör fiilen dolmuştur.
Coulomb yasası — merkezindeki ters kare
İki nokta yükü, aralarındaki çizgi boyunca F = k·|q1q2|/(εr·r²) büyüklüğünde bir kuvvet hisseder; zıt işaretlerde çekici, aynı işaretlerde itici; Coulomb sabiti k = 8,988×109 N·m²/C² boş uzayın geometrisi tarafından sabitlenir. Varsayılan örnek (q1 = +5 μC, q2 = −3 μC, r = 0,1 m, boşluk) F ≈ 13,48 N, çekici verir — SI birimlerinde mikrokulonlar büyük yükler olduğu için küçük yüklerden gelen mütevazı bir çekim. Dielektrik sabiti εr (su için 80, kâğıt için 3,5, cam için 7) kuvveti böler; bu yüzden aynı yükler maddenin içinde daha zayıf çekimler yaşar; moleküler dipoller kutuplanır ve alanı perdeler.
Elektrik gücü — P = VI = I²R = V²/R
Üç biçim cebirsel olarak özdeştir ve doğru olanı seçmek yanlış olanı kullanmanızı önler. V ve I ikisi de biliniyorsa P = V·I; akım ve direnç biliniyorsa P = I²R — ince kabloların kısa devrede neden aşırı ısındığını açıklayan biçim; gerilim ve direnç biliniyorsa P = V²/R — 120 V'luk bir tost makinesinin neden 14 Ω'luk bir nikrom elemandan 10 A çektiğini açıklayan biçim. Varsayılan örnek (V = 12 V, I = 2 A) P = 24 W verir. 120 V'ta 60 W'lık bir akkor ampul, 240 Ω'luk bir flamandan 0,5 A çeker; aynı 60 W 12 V'ta (bir araba ampulü) 2,4 Ω'dan 5 A çeker — gerilim seçimi akım seçimidir, akım seçimi de kablo kalınlığı seçimidir.
Yaygın yanlış anlamalar
- Bir direnç üzerinde gerilim "tükenir". Gerilim, kaynağın coulomb başına sağladığı enerjidir; bir döngüdeki tüm dirençlerde aynı toplam harcanır. "Dirençte 12 V düştü" demek gerçekte "kaynak, o dirençten geçen her coulomb'a 12 V değerinde enerji sağladı" demektir.
- Paralel dirençler daha büyük toplam direnç yapar. Tersi: paralel bağlama eşdeğer direnci her zaman azaltır, çünkü eklenen her kol akımın izleyebileceği bir yoldur. Req < min(Ri) kuralıdır.
- Akım yük tarafından tüketilir. Akım, seri bir döngüde her yerde aynıdır ve her paralel düğümde toplanır; yük korunur (KAY). Bir fana giren 2 A'lik akım, ondan çıkan 2 A'dir.
- Bir kondansatör "akım tutar". Yük tutar. Dolduğunda DA akımı durur. Enerji taşıyıcılarda değil, alanda depolanır.
İlgili araçlar: temel kuvvet kavramları için Mekanik, cebir için Formül Başvurusu ve ε0 ile Coulomb sabiti için Sabitler.
