Bir elementin atomu, çekirdek ve çekirdek etrafında büyük hızla dönen elektronlardan oluşur. Bir atomun çekirdeğindeki pozitif elektrik yük miktarı, elektronların negatif yük miktarına eşittir. Böyle atomlar dışa karşı elektrik bakımından etkisiz yani nötr’dür. İşte bu iletkende atomların büyük bir kısmı nötr atomlardan meydana gelmiştir.
İletkenin atomların da bulunan elektronların bir kısmı yalnız kendi atomlarının çekirdeği etrafından diğer atomların etrafında da dolaşabilirler. Bu elektronlara serbest elektron adı verilir.
Serbest elektronlar düzensiz hareket ettikleri için elektrik akımı meydana getirmezler. Karşılıklı yönlerde geçerek birbirlerini yok ederler. Fakat bir iletkenin iki ucu arasına gerilim uygulanacak olursa, elektron bakımından zengin uçtan yola çıkan elektronlar, elektron bakımından fakir olan uca doğru yol almaya başlarlar. Gerilim farkından dolayı harekete katılan elektronlar yolda önlerine çıkan nötr atomlarla ve elektron vermeden ileri gelen iyonlarla çarpışırlar, iyonları nötrleştirirler. Duraklama ve gerileme yaparak yol alırlar. Aynı zamanda serbest elektronlarla da yer değiştirirler. Bu işlemler sırasında elektron akımı bir zorlukla karşılaşır ki bu zorluğa direnç diyoruz.
Elektron akımı elektrik akımı olduğuna göre direncin tarifini şu şekilde de yapabiliriz:
Bir iletkenin elektrik akımına gösterdiği zorluğa direnç denir. İletken ince olursa elektronların birbirine çarpması çok fazlalaşır ve iletken ısınır. Bu nedenle ince iletkenin direnci büyük olur. İletken kalın olursa elektronların akışına az zorluk gösterir. Dolayısıyla iletkenin direnci küçük olur.
Bir iletkenin direncini değiştiren etkenlerden biriside iletkenin boyudur. İletkenin boyu arttıkça direnci artar. Ayrıca direnç bir iletkenin yapıldığı madenin cinsine ve sıcaklığına göre değişir.
Devre elemanı olan direnç, devrede akıma karşı bir zorluk göstererek akım sınırlaması yapar. İletkenin bu elektrik akımına karşı koyması farklı bir enerji formunu açığa çıkarır bu enerji formu ısı’ dır. Elektrik enerjisi, direnç üzerinde ısıya dönüşerek harcanır. Bundan dolayı bilgisayarların CPU ve mikroişlemci optimum düzeyde çalışması için soğutulmalıdır. Dirençler, Ohm kanuna göre uçları arasında gerilim düşümüne sebep olan devre elemanıdır.
Direnç değerleri yüksek olduğunda içerisinden geçen akım değeri düşüktür. Bu olay 1827 yılında Alman bilim adamı George Simon Ohm tarafından bulunmuştur.
Elektriksel Direnç Nedir?
Elektriksel direnç, devrenin uçlarındaki gerilim değerinin üzerinden geçen elektriksel akıma bölünmesi ile bulunur. Dirençlerin hammaddesi seramiktir. Seramik elektiriksel yalıtkanlığa ve dirence çok dayanıklıdır. İki iletken bir miktar seramikle birleştirildiğinde istenilen elektron akımı sınırlanır.Yani iletkenin bir ucundan gelen akım diğer ucunda bir miktar güç kaybeder bu güç kaybı elektronik devrelerin optimum seviyede çalışması için mutlak bir fizik kanunudur. Elektrik, elektronik devrelerinde en yaygın olarak kullanılan devre elemanları dirençlerdir.
Direnç birimi nedir? Direnç birimi Ohm ‘dur. Sembolü (Ω) Omega ile gösterilir. Direnç ise rezistans kelimesinin baş harfi olan (R) ile belirtilir.
Bir iletkenin iki ucu arasına 1 voltluk bir gerilim uygulandığı zaman, bu iletkenden 1 amperlik akım geçtiğinde bu iletkenin direnci 1 ohmdur.
1 ohm: 1mm² kesitinde, 106,3 cm boyunda, civa silindirin 0°C’ deki direncine 1 ohm denir.
Direnç firmaları tarafından 1 ohm’dan daha küçük değerlerden, 100 Mega ohm’dan daha büyük değerlere kadar çeşitli omik değerlerde direnç imalatı yapılmaktadır. Direnç fiyatları omik değer direncine göre değişir.
Direnç, iletken yolun yüzey direnci, ısıl direnç gibi yönlere ayrılır. Teoride direnç ısıyla doğru orantılıdır. Dik kesit alanı S (metrekare), uzunluğu L (metre) ve özdirenci ρ (ohm.metre) olan bir iletkenin direnci,
R = L . ρ / S ile hesaplanır.
Bir Volt (V) gerilimi ohm (R) büyüklüğündeki bir dirence uygulanırsa, direnç üzerinden geçen amper (I) akımı, Ohm kanunu’ na göre;
I = V / R olur.
Bir direncin üzerinde harcanan güç ise, “P” (Watt) olmak üzere:
P = V . I veya P = R . I² olarak hesaplanır.
Bir İletkenin Direnci Nelere Bağlıdır?
V (volt), I (Amper) olarak alındığında R’ nin birimi ohm’ dur.
İletkenlik birimi önce (Mho) olarak kullanılırdı. Şimdi ise MKS sisteminde SI birimi Alman mühendis Ernst Werner von Siemens adına siemens olarak kullanılmaktadır. Birimin kısaltması S tir. 106.3 cm uzunluğunda, 1 mm² kesitinde, 0 °C’ deki civanın direnci 1 ohm’dur.
Bir telin direnci telin boyutuna, kesitine ve telin yapıldığı metale bağlıdır. Direnç teli, kesiti kalınlaştıkça direnç azalır. Bu nedenle büyük akımların geçeceği direnç teli kalın olur. Bazı cisimlerin direnci büyük olduğu için bu cisimler akım geçirmeyebilir. Bu tip cisimlere yalıtkan adı verilir.
Bir telin direnci, tel uzadıkça ve sıcaklıkla artmaktadır. Direnci hesaplanırken birim uzunluk ve birim kesitteki iletkenin direnci, bilinmesi yeterlidir. Buna öz direnç adı verilir. ƍ (ro) harfiyle gösterilir. Bu durumda uzunluğu l, kesiti S ve direnci ƍ olan bir iletkenin direnci R ise:
(l) m (S) mm² olarak alındığında, (R) ohm cinsinden bulunur. Öz direncin birimi ohm-mm² /m olarak kullanılır.
Endüktif direnç; Bir bobinin endüktansından dolayı alternatif akıma karşı gösterdiği zorluğa denir. Bunun değeri frekansa ve endüktansın değerine ve sabit bir sayıya bağlıdır.
Endüktif direnç = X L
f = Frekans birimi hertz.
L = Endüktans birimi henry.
Bir kondansatörün alternatif akıma karşı gösterdiği zorluğa da kapasitif direnç yada kapasitif reaktans adı verilir. Bu da kapasiteye ve frekansa bağlıdır.
f = Frekans (Hz)
c = Kapasite (Farad)
Endüktif direnç frekansla doğru orantılı, kapasitif direnç ise frekansla ters orantılıdır. Bundan dolayı bu iki direnç filtre devrelerinde frekansı süzmek amaçlı kullanılır.
Tüm metaller ve kömür iyi bir iletkendir. Akım geçiren sıvılar orta düzeyde iletkendir. Akım geçirmeyen maddelere ise yalıtkan denilmektedir. Bakalit, mermer, lastik, pamuk, kauçuk, porselen, ipek, kağıt, çam vb gibi, bunlar fiber yalıtkandır. Yarı iletken olan silisyum, germanyum denilen maddelerin sıcaklıkla dirençleri azaldığından diyotlar da, fotoseller de, elektronik entegre devrelerinde, transistörler de kullanılırlar.
Metallerin dirençleri ısıyla artar. Sıvı ve kömürlerin direnci ise azalır. -273°C sıcaklığa ulaşınca az direnç gösterirler. Bu duruma kondaktivite aşırı iletkenlik denir. -273°C sıcaklığı 0°K denilen moleküler hareketlerin durduğu sıcaklıktır.
Selenyum direnci aydınlanma ile, bizmut direnci ise mağnetik alanda değişmektedir.
Dirençlerin Elektronik Devre Üzerindeki Görevleri
Direncin iki ana görevi vardır;
- Devreden geçen akımı sınırlamak
- Devrenin besleme gerilimini bölmek.
Ayrıca;
- Isı enerjisi sağlamak için kullanılır.
- Elektronik devre elemanlarını aşırı akımdan korur.
- Dirençler devredeki elemanların fazla yükünü üzerinden alır.
- Devrelerde kullanılan, devre elemanları belli bir voltaj aralığında çalışır. Belirli akımlara dayanır. Devrenin ihtiyacı olan yerlere yerleştirilen dirençler, elektrik enerjisinin bir bölümünü kendisi kullanır iken, devrenin bütününde gerekli değerlerde voltaj veya akım olması için kullanılır.
tenkyu canım