Elektrik

Fiber optik kablo (fiber optic cable), elektrik kablosuna benzemekle birlikte, ancak ışığı taşımak için kullanılan bir veya daha fazla optik fiber içeren bir düzenektir. Optik fiber elemanlar tipik olarak plastik katmanlarla ayrı ayrı kaplanır ve kablonun açılacağı ortama uygun koruyucu bir tüp içinde bulunur.

Fiber optik (fiber optic) kabloların ışığı ileten kısmı nüve (core) ve kılıf (cladding) olmak üzere iki kısımdan meydana gelir. Nüve, ışığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısım, çok saf camdan yapılmış olup ve aynı zamanda esnektir. Belirli sınırlar içerisinde eğilebilir. Cinsine göre, tek modlu yada çok modlu oluşuna göre çapı 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir (bir insan saçı 100 mikro metre civarındadır).

Kılıf ise 125 mikrometre çapında nüveyi saran ve fibere enjekte edilen ışının nüveden çıkmasını engelleyen bölümdür. Nüve gibi camdan yapılmıştır ancak indis farkı olarak yaklaşık %1 oranında daha azdır. İndis farkından dolayı ışık ışını nüveye enjekte edildikten sonra kılıfa geçemez (aşırı bir katlanma veya ezilme yoksa). Işın, kılıf nüve sınırından tekrar nüveye döner ve böyle yansımalar dizisi halinde nüve içerisinde ilerler. Ayrıca nüve ve kılıfı saran dışta kaplama (coating) denilen saydam bir tabaka daha mevcuttur.

Optik bir özelliği olmayan kaplama polimer veya plastik olabilir. Bir yada birden fazla katmanı olabilir. Fiberi şoklar ve  darbelerden korur. Bazı ışınlar nüve içinde yansımayıp kayarak kılıfa kaçar. Kaplamanın indisi kılıfa göre büyük olduğu için, kılıfa kaçıp kontrolden çıkan ışınlar kaplamada emilir. Aynı zamanda kaplama, nüve ve kılıfı dışarıdan gelen sert etkilerden korur.

Fiber, ışık kaynağından gelen ışınların hepsini kabul etmez. Fiberin kabul edeceği ışın miktarı nüve çapına ve ışının geliş açısına bağlıdır. Fiber, nüve eksenine belli bir değerden (8 maxsimum) büyük açı ile gelen ışınları kabul etmez. Zira 8 max açısının üzerinde gelen ışınlar (a açısı) kritik açının altında kalır ve kırınıma uğrayarak kılıfa geçer. Kılıfa geçen ışın kaybolur.

8 açısının (ışığın nüve tabakasına girdiği açı) alabileceği maksimum sinüs değeri Numerical Aparture’dır (NA). Geometrik olarak formülsüze edildiğinde görülecektir ki NA ne nüve çapına ne de saydam maddenin indis değerine bağlıdır. Yalnız nüve ve kılıfın indis farklılığına bağlıdır ve doğru orantılıdır.

İndis farkı büyüdükçe NA büyüyeceği için fiberin kabul ettiği ışın miktarı artar. NA fiber damar içinde ilerleyebilecek ışınların ışık kaynağından en çok kaç derecelik açı ile geldiğini belirleyen bir değerdir. Tek bir ışının fiber içinde izlediği yola (path) mod adı verilir.

Fibere değişik açılarla giren ışınlar farklı açılarla yansıyarak gideceği için farklı yollar izler. Diğer uca farklı sürelerde varırlar. Örnek olarak; nüve eksenine 0° açıyla gelen ışın, yansımaya uğramadan, asal eksene paralel en kısa yolu kat ederek en kısa zamanda uca varır. Bu moda ana mod (LPOl) denir.

Eksene açıyla gelen ışınlar ise nüve içinde yansıyarak gider. Kat edilen yol ışının geliş açısı büyüdükçe yani a (yansıma) açısı küçüldükçe artar. Fibere farklı açılarda gelen ışınlar, diğer uca farklı zamanlarda varır. Veri işaretleri ( sinyaller, darbeler) bir grup ışın demeti ile bir uçtan diğerine iletilir. Modlar arası faz farkından (ayrı yollardan ilerleyen ışınların farklı zamanlarda diğer uca varması) oluşan girişimle, işaretler zaman içinde genişler.

Bu durum işaretin veri iletim hızını, bundan dolayı bant genişliğini azaltır. İstenmeyen bu duruma modsal dağılım denir. Bu durum yalnız multi mod (çok modlu) fiberlerde meydana gelen bir durumdur.

Fiberin çalışma prensibi, optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması (tam yansıma) veya kırılarak ortam dışına çıkması (bu istenmeyen durumdur) oluşur.

Fiber optik kablonun tipini etkileyen diğer bir etken de kablo çekilecek merkezler arasındaki mesafe ve iletim hızıdır. Fiber kablolar multi mod ve single mod olmak üzere iki farklı özellikte imal edilmektedir. Multi mod fiber (multimode fiber) kabloların avantajı aynı anda birden fazla iletişim yapmalarıdır. Dezavantajı multi mod fiberler fazla uzak mesafelerde kullanılamazlar.

Kablo çekilecek merkezlerin arası belirli bir mesafeden fazla ise singlemod kablolar kullanılmak zorundadır. Fiber optik kabloların karakteristiği; iletim hızı (kullanılan mode sayısı) ve fiberin iletim kayıpları gibi etkenlere bağlıdır. Belirli bir mesafeden kısa uzaklıklarda, multi mod kablo, uzun mesafelerde de single mod kablo kullanılmalıdır.

Kademeli indis ve dereceli indis olmak üzere iki çeşit kırılma indisi vardır. Bir kademeli indis fiberin uç kesitine baktığımız zaman düz bir kesit görülür. Bunun anlamı da fiber nüvesinin her noktasında aynı indis değerinin olduğudur. Yani enjekte edilen ışık nüvenin her yerinde aynı dirençle karşılaşır.

Yansıma kurallarına göre nüve içerisinde yansıyarak ilerler. Aynı kesit dereceli indis fiberden alınırsa nüvenin dışa doğru tıpkı bir dış bükey mercek gibi yay çizdiği görülür. Bu demek ki nüvenin çok sayıda farklı yoğunluklarda cam tabakadan meydana geldiğidir.

Bu halde ışık nüve içerisinde kabaca bir sinüs dalgası çizerek ilerler. Çok modlu kademeli indis fiber en basit fiber tiplerinden birisidir 100- 970 Jlm arasında bir nüve çapı vardır. Nüve çapı ne kadar fazla olursa, daha fazla mod taşınır. Modal yayılma en çok bu tip fiberde olur. Fiberler, ışının izlediği yola (mod) göre de tanımlanır. Multimod fiberlerde ışık, kaynak ile fiberin uzak ucu arasında birçok yolda ilerleyebilir. Bazı yollar diğerlerinden daha uzundur. Bundan dolayı kaynaktan gelen orijinal sinyalin şekli alıcıya gelene kadar genişleme gösterir buna yayılma adı verilir. Bu genişleme ulaşılabilecek olan veri hızını ve bant genişliğini sınırlar. Daha ilerideki durumda ise sinyaller birbirinin üzerine binmeye başlar. Düşük veri hızlarında yayılma çok fazla önemli değildir. Çünkü düşük veri hızıyla sinyallerin daha geniş yer kaplamalarına izin verilirken üst üste binmeler gerçekleşmez.

Singlemod fiber; tek bir ışının öz tabakaya geçişine izin verir. Bu da yayılma ve üst üste binme olaylarını önlemek için yeterlidir. Singlemod (single mode) fiberin öz tabakasının çapı son derece küçüktür (5 Ilm civarında).

Kaynaktan gelen ışığın gerçekten kabul edilebilmesi için, tam olarak fiberin içine yönetilmeli ve fiber içinde ilerleyebilmelidir. Pozisyon hatasından dolayı fibere giremeyen ışınların kaybını gidermek için ışık kaynağının gücü artırılabilir. Single mod fiberin (single mode fiber) kullanılması en yüksek veri hızını ve uzun mesafelerde kullanılmasını sağlar.

Single mod fiber daha güçlü kaynak ve uygun birleştirme gerektirmektedir. Bu fiberin dedektörü de daha güçlü ve tam olarak birleştirilmiş olmalıdır. Böylece singlemod fiberin maliyetinde artış olur  Multi mod fiberin iki çeşittir: Step indeks ve dereceli (graded) indeks. Step indeks fiberde kılıfın içine doğru kırılma oluşmaması için öz tabakada keskin yansımalar gerçekleştirir. Step indeks fiber düşük hızlar ve kısa mesafeler için oldukça kullanışlı ve fiyatı da ucuzluk sağlar. Dereceli indeks, multimod fiberin daha kompleks bir yapısı vardır. Step indeks fiberden farklı olarak, bir kademeli indeks nüve birçok ince tabakayı kapsar. Her tabakada ayrı bir kırılma-yansıma oluşur. Kırılmaların azalması ışığın hızının artışına neden olur. Dereceleme sonucunda nüvenin kenarlarından giden ışınlar merkezden giden ışınlara kıyasla daha fazla yol almış olur. Fakat daha uzun rotasına karşın aynı zamanda varırlar. Dereceli indeks fiber mümkün olan tüm yollar için ışınların yol alma sürelerini eşitler. Bu da uzun yollardan geçen ışının daha hızlı olması ile açıklanabilir. Dereceli indeks fiberin dağılımı step indeks fiberlerden daha azdır. Dereceli indeks fiberler daha uzak mesafelerde ve daha yüksek yüklerde kullanışlıdır, ama bu fiber optik kablo fiyatları daha pahalı imal edilir. Dereceli indeks fiberler 50-100 m çaplarındadır.

Fiber Optik Kablonun Çalışması 

Fiberin çalışma prensibi temel olarak optik kurallarına dayanır. Bir ışın demeti az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması (tam yansıma) veya kırılarak ortam dışına çıkması mantığına dayanır.

Kablo üç kısımdan meydana gelir:

• Nüve: Nüve, ışığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısım, çok saf camdan yapılmış olup ve aynı zamanda esnektir. Belirli sınırlar içerisinde eğilebilir. Cinsine göre, tek modlu yada çok modlu oluşuna göre çapı 8 mikrometre ile 100 mikrometre arasında değişir (bir insan saçı 100 mikro metre civarındadır).
• Kılıf: Kılıf ise 125 mikrometre çapında nüveyi saran ve fibere enjekte edilen ışının nüveden çıkmasını engelleyen bölümdür. Nüve gibi camdan yapılmıştır ancak indis farkı olarak yaklaşık %1 oranında daha azdır. İndis farkından dolayı ışık ışını nüveye enjekte edildikten sonra kılıfa geçemez (aşırı bir katlanma veya ezilme yoksa). Işın, kılıf nüve sınırından tekrar nüveye döner ve böyle yansımalar dizisi halinde nüve içerisinde ilerler. Ayrıca nüve ve kılıfı saran dışta kaplama (coating) denilen saydam bir tabaka daha mevcuttur.
• Kaplama: Optik bir özelliği olmayan kaplama polimer veya plastik olabilir. Bir yada birden fazla katmanı olabilir. Fiberi şoklar ve darbelerden korur.

Fiber Optik Kablolarda Kayıplar

Fiber optik kablolarda iletim kayıpları, fiberin en önemli özelliklerindendir. Fiberdeki kayıplar, ışık gücünde bir azalmaya sebep olur. Sistem bant genişliğini, bilgi iletim hızını, verimliliği ve sistemin genel kapasitesini azaltır.

Soğurma kayıpları: Fiber optikteki soğurma (yutma) kaybı, bakır kablolardaki güç kaybına benzer; fiberin saf olmaması sebebi ile fiberde bulunan maddeler, ışığı yutar ve ısıya çevirir. Fiber optikleri üretmede kullanılan aşırı saf cam, yaklaşık %99.9999 saftır. Genel olarak, 1 dB/km arasındaki soğurma kayıpları tipik değerlerdir.

Fiber optikteki soğurma kayıplarına yol açan 3 etken:

Morötesi soğurma, kızılaltı soğurma ve iyon rezonans soğurması.

1. Morötesi soğurma
2. Kızılaltı soğurma
3. İyon rezonans soğurması-İyon rezonans soğurmasına, malzemedeki OH iyonları sebep olur. OH-iyonlarının kaynağı, üretim boyunca camın içinde sıkışıp kalan su molekülleridir. İyon soğurmasına demir, bakır ve krom molekülleri de sebep olabilir.

• Malzeme veya rayleigh saçınım kayıpları: Üretim boyunca, cam çekilerek çok küçük çaplı uzun fiberler durumuna getirilir. Bu süreç içinde, cam plastik durumundadır (sıvı ya da katı halde değil). Bu süreç esnasında cama uygulanan germe kuvveti, soğuyan camda mikroskopla görülmeyecek kadar küçük düzensizliklerin meydana gelmesine sebep olur. Bu düzensizlikler fiberde kalıcı olarak meydana gelir. Işık ışınları, fiberde yayınım yaparken bu düzensizliklerden birine çarparsa kırınım oluşur. Kırınım, ışığın birçok yönde dağılmasına veya saçılmasına yol açar. Kırınım yapan ışığın bir kısmı fiberde yoluna devam eder, bir kısmı da koruyucu zarf üzerinden dışarı kaçar. Kaçan ışık ışınları, ışık gücünde bir kayba karşılık gelirler. Buna rayleigh saçınım kaybı adı verilir.
• Renk veya dalga boyu ayrılması: bir ortamın kırılma indisi dalga boyuna bağlıdır. Işık yayan diyodlar (LED’ler) çeşitli dalga boylarını içeren ışık yayarlar. Bileşik ışık sinyalindeki her dalga boyu farklı bir hızda ilerler. Bundan dolayı, bir LED’den aynı zamanda yayılan ve fiber optikte yayınım yapan ışık ışınları, fiberin en uç noktasına aynı anda varmazlar. Sonuç olarak, alma sinyalinde bozulma oluşur; buna kromatik bozulma denir.
• Yayılım kayıpları: Yayınım kayıplarına, fiberdeki küçük bükümler ve burulmalar sebep olur. İki tür büküm vardır: Mikro büküm ve sabit yarıçaplı büküm. Mikro büküm, çekirdek malzemesi ile koruyucu zarf malzemesinin ısıl büzülme oranları arasındaki farktan oluşur. Mikro büküm, fiberde rayleigh saçınımının oluşturabileceği bir süreksizlik meydana getirir. Sabit yarı çaplı bükümler, fiberin yapımı veya montajı sırasındaki bükülmeler sonucu oluşur.
• Model yayılma: Model yayılmanın veya darbe yayılmasının sebebi, bir fiberde farklı yollar izleyen ışık ışınlarının yayınım sürelerindeki farktır. Model yayılmanın yalnızca çok modlu fiberlerde oluşabileceği açıktır. Dereceli indeksli fiberler kullanılmak suretiyle model yayılma önemli ölçüde azaltılabilir; tek modlu kademe indeksli fiberler kullanıldığı zaman hemen hemen tümüyle ortadan kaldırılabilir. Model yayılma, bir fiberde yayınım yapmakta olan bir ışık enerjisi darbesinin yayılarak dağılmasına sebep olabilir. Eğer darbe yayılması yeterince ciddiyse, bir darbe bir sonraki darbenin tepesine düşebilir(bu, semboller arası girişime bir örnek meydana getirmektedir). Çok modlu kademe indeksli bir fiberde doğrudan fiber ekseni üzerinden yayınım yapan bir ışık ışını, fiberi bir ucundan diğer ucuna en kısa sürede kat eder. Kritik açıyla çekirdek/koruyucu zarf sınırına çarpan bir ışık ışını, en çok sayıda iç yansımaya maruz kalacak ve bundan dolayı fiberi bir ucundan diğer ucuna en uzun sürede kat edecektir.
• Bağlaşım kayıpları: Fiber kablolarda, şu üç optik eklem türünden herhangi birinde bağlaşım kayıpları oluşabilir: Işık kaynağı-fiber bağlantıları, fiber-fiber bağlantıları ve fiber fotodedektör bağlantıları.

Eklem kayıplarına genellikle şu ayar sorunlarından biri sebep olur: Yanal ayarsızlık, açısal ayarsızlık, aralık ayarsızlık ve kusursuz olmayan yüzey

• Yanal ayarsızlık: Bitişik iki fiber kablo (fiber cable) arasındaki yanal kayma veya eksen kaymasıdır. Kayıp miktarı, bir desibelin beş ila onda biri ile 30 birkaç desibel arası olabilir. Eğer fiber eksenleri, küçük fiberin çapının yüzde beşi dâhilinde ayarlanmışsa, bu kayıp ihmal edilebilir.
• Açısal ayarsızlık: Açısal ayarsızlığa bazen açısal yer değiştirmede denir. Açısal ayarsızlık ikiden az ise kayıp 0.5 desibelden az olur.
• Aralık ayarsızlığı: Aralık ayarsızlığına bazen uç ayrılması da denir. Fiber optiklerde ekler yapıldığında, fiberlerin birbiri ile temas etmesi gerekir. Fiberler birbirinden ne kadar ayrı olursa, ışık kaybı o kadar fazla olur. İki fiber birbirine bağlantı parçasıyla birleştirilmiş ise, uçlar temas etmemelidir. Bunun sebebi, iki ucun bağlantı parçasında birbiri ile sürtünmesinin fiberlerden birine veya her ikisine birden hasara yol açabilecek olmasıdır.
• Kusursuz olmayan yüzey: İki bitişik kablonun uçlarının bütün pürüzleri giderilmeli ve iki uç birbirine tam olarak uymalıdır. Fiber uçların dikey çizgiden açıklıkları üç’den az ise, kayıpları yarım desibelden az olur.

Neden Fiber Optik Kablo Kullanılır?

• Fiber optik kablolar pratik olarak sınırsız bilgiye sahiptirler.
• Fiber optik kablolar yüksek taşıma kapasitelerine sahiptirler (çok geniş bant genişliği, THz veya Tbit / s)
• Fiber optik kabloların çok düşük iletim kayıpları vardır (<0.2dB / km, cf1dB / km mikrodalga, 10db / km bükülmüş bakır çifti)
• Fiber optik kablolar ısı yaymazlar.
• Fiber optik kablolar çapraz konuşma ve elektromanyetik parazitlere karşı dirençlidirler.

Fiber Optik Kabloların Kullanım Alanları

• Telekomünikasyon: Fiber optik kablo, bilgi alma ve bilgi gönderme amacı için kullanılır. Fiber optik kablolar telefon iletiminde kullanılır. Enerjiyi ışık atımları şeklinde iletir. Fiber optik teknolojisi, aynı anda binlerce konuşmayı gerçekleştirebilir. Bunun yanı sıra, koaksiyel kablolar ile de karşılaştırılabilir.

• Ağ: Fiber optik kablo, sunucuları ve kullanıcıları çeşitli ağ ayarlarında bağlamak için kullanılır. Veri iletiminin doğruluğunu ve hızını artırmaya da yardımcıdır.

• Savunma – Devlet Alanında: Sonar ve denizaltı, uçak ve diğer araçlarda kablolama gibi sismik kullanımlar için hidrofon (hydrophone) olarak kullanılırlar. (Hidrofon, su altı sesini kaydetmek veya dinlemek için su altında kullanılmak üzere tasarlanmış bir mikrofondur. Çoğu hidrofon, ses dalgası gibi bir basınç değişikliğine maruz kaldığında elektrik potansiyeli üreten bir piezoelektrik dönüştürücüye dayanır.)

• Ticari – Sanayi Alanında: Fiber optik veya optik fiber, kendi boyunca içinden ışığın yönlendirebildiği plastik veya cam fiberlerden meydana gelmiş bir optik liftir. Optik lifler, sıcaklık yapmak için duyusal cihazlar gibi EMI'(Elektromanyetik girişim) nin bir problem olduğu yerlerde kablolama, endüstriyel alanlarda, otomobillerde kablolama ve basınç gibi alanlarda görüntüleme için kullanılır. Ayrıca yayın / CATV Kablo şirketleri HDTV, CATV, isteğe bağlı video, internet gibi birçok uygulamayı kablolamak içinde fiber optik kablolar kullanır.

• Tıp Alanında: Tıp alanında kulanım için uygun olan fiber optik kablolar, kan damarlarına , akciğerlere, vücudun birçok kısmına yerleştirmek için, ince olan esnek tellerde yapılabilme imkanı vardır. Fiber optik kablolar, doktorların herhangi bir ameliyat yapmadan vücudun içindeki organları incelemelerine imkan veren farklı cihazlarda kullanılır.

• Veri Depolama: Fiber kablolar veri depolama, iletim, görüntüleme, ışıklandırma gibi çeşitli değişkenleri izlemek ve ölçmek amacı ile sensörler olarak da kullanılır. Bütün bu uygulamaların geliştirilmesi, araştırılması ve test edilmesinde fiber optik kablolar kullanılmaktadır.

 

Fiber optik (fiber optic), bilginin bir cam veya plastik iplik veya fiber boyunca ışık atımları olarak iletilmesiyle ilgili ortam ve teknolojiyi tanımlar. Fiber optik, uzun mesafeli ve yüksek performanslı veri ağları için kullanılır. Fiber-optik kelimesi daha çok internet ile birlikte duyulmaya başlamıştır. Fiber-optik uzun mesafelerde dijital bilgi taşıyan insan saçı inceliğinde optik cam akımıdır. Fiber optik, bir insan saç teli çapında çok saf camdan ince, uzun tellerdir. Bunlar, optik kablolar denilen demetler halinde düzenlenmiştir ve uzun mesafelerde ışık sinyallerinin iletimi için kullanılır.

Bilgi taşıyıcısı olarak ışığın kullanıldığı iletişim sistemleri, son zamanlarda oldukça ilgi görmektedir. Günümüzün önde gelen çeşitli ve geliştirme laboratuvarlarında, bir ışık dalgasını “içermek” ve bu dalgayı bir kaynaktan bir varış yerine göndermek üzere cam veya plastik fiber kabloların kullanıldığı sistemlerle ilgili araştırmalar yapılmaktadır. Güdümlü bir fiber optik aracılığıyla bilgi taşıyan iletişim sistemlerine fiber optik sistemler denir.

Fiber Optik Yapısı

Tek bir fiber optik şu parçalardan oluşur. Bir fiber optik kablo, bir veya birden çok arasında değişen sayıda cam elyaftan meydana gelebilir. Cam elyaf çekirdeği çevreleyen, kaplama olarak adlandırılan başka bir cam tabakasıdır. Tampon tüpü olarak bilinen bir tabaka kaplamayı korur ve bir ceket tabakası tek tek tel için son koruyucu tabaka görevi görür.

• Çekirdek (Core, Nüve); Işığın yol aldığı fiberin ince cam merkezidir
• Kaplama – Çekirdeği çevreleyerek ışığı çekirdeğe geri yansıtan dış optik malzemedir
• Tampon kaplama – Fiberi hasar ve nemden koruyan plastik kaplamadır.

Yüzlerce, binlerce optik tel (fiber), optik kablolar içinde demetlenmiş olarak yer alır. Demetler İngilizcede “jacket (ceket)” denilen dış kılıflarla korunur.

Fiber Optik Çeşitleri

Fiber optikler iki çeşittir: Tek modlu fiber ve Çok modlu fiber

Tek Modlu Fiberler; Küçük çekirdekleri vardır. Cam elyaf çekirdeğinin daha küçük çapı nedeniyle daha uzun mesafeler için kullanılır (yaklaşık olarak 3.5 x 10^-4 cm veya 9 mikron çapında) ve kızılötesi lazer ışığı (dalga boyu = 1,300 ile 1,550 nanometre) iletir.

Tek modlu fiber yüksek bant genişliğine sahiptir. Tek modlu fiber için kullanılan ışık kaynağı tipik olarak bir lazerdir. Tek modlu fiber fiyatları daha pahalıdır. Lazer ışığını daha küçük bir açıklıkta üretmek için hassas hesaplamalar gerekir.

Çok Modlu Fiber; Daha büyük çekirdeği vardır. Çok modlu fiber daha kısa mesafeler için kullanılır. Çünkü daha büyük çekirdek açıklığı ışık sinyallerinin sekmesini ve yol boyunca daha fazla yansımasına imkan verir. Daha büyük çap, kablodan bir defada birden fazla ışık atımının gönderilmesine izin verir, bu daha fazla veri iletimini sağlar (yaklaşık 2,5 x 10^-3 cm veya 62.5 mikron çapındadır) ve ışık yayan diyotlar üzerinden (LED) kızılötesi ışık (dalga boyu = 850 için 1,300 nm) iletir.

Çok modlu fiber optiklerde ışık atımını meydana getirmek için bir LED kullanılır. Optik fiberlerin bazılarının imalatı plastik malzemeden yapılabilir. Bu fiberlerin (0.04 inç veya 1 mm çaplı) büyük bir çekirdeği vardır. LED’ler üzerinden görünür kırmızı ışık (dalga boyu = 650 nm) iletirler.

Fiber Optik Nasıl Çalışır?

Fiber optikler, verileri bir fiber optik kablodan geçen hafif parçacıklar veya fotonlar şeklinde iletir. Cam elyaf çekirdeği ve kaplamanın her biri, gelen ışığı belirli bir açıda büken farklı bir kırılma indisine sahiptir. Fiber optik kablodan ışık sinyalleri gönderildiği zaman, çekirdeği ve kaplamayı yansıtan bir dizi zig-zag sıçramasıyla toplam iç yansıma denilen bir sürece girerler. Kaplama çekirdekten herhangi bir ışık absorbe etmediğinden, ışık dalgası çok büyük mesafeleri kat edebilir.

Işık sinyalleri, yoğun cam tabakalar sebebiyle ışık hızında hareket etmez. ışık sinyali çoğunlukla cam içindeki saf olmayan maddeler nedeniyle fiber içinde kayba uğrar. Işık hızından yaklaşık% 30 daha yavaş yol alır. Fiber optik iletim, yol aldığı sürece sinyali yenilemek veya artırmak için bazen optik sinyali elektrik sinyaline, elektrik sinyalini de işleyerek ve optik sinyali yeniden ileterek uzak mesafelere yol alır.

Fiber optik kablolar 10 Gbps’ye kadar sinyalleri desteklemeye doğru ilerler. Tipik olarak, bir fiber optik kablonun bant genişliği kapasitesi arttıkça fiber optik kablo fiyatları daha pahalı hale gelir.

Fiber Optik Kullanım Alanları

Fiber optik (fiber optic), internet, televizyon ve telefonlar gibi telekomünikasyon hizmetlerinde de kullanılmaktadır. Örnek, Verizon ve Google gibi şirketler Verizon FIOS ve Google Fiber internet hizmetlerinde fiber optik kullanıyor ve kullanıcılara gigabit internet hızları sağlıyor. Fiber optik tıbbi görüntüleme ve makine mühendisliği alanlarında da kullanılıyor. Fiber optik kablolar, daha yüksek bant genişliği ve iletim hızları gibi bakır kablolara göre bir takım avantajlara sahip oldukları için kullanılmaktadır.

 

 

 

 

 

 

Elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren direnç tellerine rezistans denir. Direnç, iki uç arasına gerilim uygulanan bir maddenin elektrik akımına karşı gösterdiği direnme gücüne verilen isimdir. Direnç “R” veya “r” harfleriyle gösterilir. Isıtıcı cihazlarda ısının  meydana gelmesini sağlayan tellere rezistans denir. Rezistans oldukça yüksek ısılara karşı direnç gösteren bir üründür. Rezistanslar, oldukça yüksek bir öz direnç ve büyük bir ısıl dayanım (1400º C’ ye kadar) gösterir. Rezistansların genellikle içerisinde krom (Cr), alüminyum (Al) ve nikel (Ni) bulunan demir (Fe) alaşımlarından yapılır. Fakat genelde krom-nikel tel olarak bilinir.

Krom- nikel tel alaşımının içinde bulunan krom (Cr), rezistansın kendi ürettiği ısıya karşı dayanımını artırır. Alümünyum (Al), telin kor duruma gelmesinden sonra havadaki oksijenin teli oksitlenmesini (paslanmasını) engeller. Alaşım içerisinde alüminyum olmazsa rezistans paslanır ve ısıtıcının randımanı düşer. Nikelin görevi ise kimyasal etkenlere karşı dayanıklık kazandırmaktır.

Alaşımın kullanım amacına göre çeşitli rezistanslar imal edilmektedir. Rezistans, ısınma teknolojisi ağır sanayi, tekstil, elektrikli ev aletleri, termostatlar gibi alanlarda oldukça önemli bir yere sahiptir. Örnek; yassı veya şerit  rezistanslar ütü ve ekmek kızartıcılarında, kovan şeklinde olanlar havyalarda, kablo tipindekiler ise elektrikli battaniye, yastık, oto camları ve koltuk gibi her geçen gün artan yeni alanlarda kullanılmaktadır.

Rezistans teli elektrik akımına karşı direnç göstermektedir. Isıtıcı direnç alaşımları çeşitli değerlerde standartlaştırılmıştır. Kullanılan ortamdaki koşullara göre (havadaki nem, mekaniki koşullar vb.) standart simgelere bakılarak alaşım bileşenleri hakkında bir karar verilir. KANTHAL, NIKROTHAL, VDM, RESCALL ve UZAK DOĞU rezistans tel çeşitleri en kaliteli rezistanslardır.

Tabloda rezistans çeşitlerinin yapılarındaki bileşim oranları, maksimum çalışma sıcaklıkları ve öz direnç değerleri verilmiştir.

Rezistanslar magnezyum oksit kumu ve quartzdan yataklar içine gömülerek ısıyı etkili bir şekilde havayla temas etmeden iletir veya mika ya da benzeri karkaslar üzerine sarılır. Isıyı maksimum şekilde taşıyan (elektrik akımı bakımından yalıtkan) magnezyum oksit kumu ve quartz ayrıca ısı bakımından verimi de artırır. Isıya yönelik elektrikli ev aletlerinde, bazı takım tezgâhlarında, havyalarda, fırınlarda, bilardo masalarında ve benzeri pek çok yerde kullanılır.

Rezistans Hesaplamaları

Tasarlanacak herhangi bir ısıtıcının gücüne göre kullanılacak direnç telinin hesabı yapılır. Bu hesabı yapabilmek için şu formüller kullanılır:

Bu formüllerde kullanılan harflerin anlamları:

• S = Rezistans telin kesiti ( mm² )
• d = Rezistans telin çapı (mm )
• L= Rezistans telin boyu (metre)
• R= Rezistans telin direnci (Ω )
• φ = Direnç telin öz direnci ( Ω . mm² / m )

(Krom-nikel rezistans teli için φ = 1,1 ( Ω . mm² / m) alınacaktır)

Örnek: 220 voltla çalışacak ve gücü 440 watt olacak bir elektrikli ısıtıcı için çapı 0,30 mm olan rezistans telden (kullanılan rezistansın öz direnci φ = 1,1 ( Ω . mm² / m) kaç metre kullanmak gerekir?

Çözüm:

• U= 220 V
• P = 440 W
• d = 0,30 mm
• φ = 1,1 ( Ω . mm² / m

Kesit formülünden rezistans telinin kesitini bulalım:

Bu ısıtıcıda kullanılacak rezistansın direncini hesaplayalım:

P = U × I   ⇒   I = P /U

Bu elektrikli ısıtıcıda kullanılacak rezistans telinin uzunluğunu bulalım:

Rezistans Çeşitleri

Rezistanslar ısıya dayanıklı sistemlerdir. Kullanım alanları veya şekillerine göre çeşitli gruplara ayrılır ve farklı isimler ile adlandırılır. Şekil olarak rezistans çeşitlerine boru rezistans ve kelepçe rezistansları, kullanım amacına göre ise boru içi hadde rezistans, sıcak yolluk rezistanslar örnek verilebilir. Rezistanslar kendi içerisinde, otoklav rezistans, fişek rezistans, serpantin rezistans, çember rezistans, boru rezistans gibi gruplara ayrılmaktadır. Fanlı soba, pano, fritöz gibi ev aletleri, termometreler, çamaşır makineleri, cam ısıtıcıları, bazı plakalar gibi bir çok alanda kullanılmaktadır.

 

 

 

 

 

Otoklav Rezistans

Otoklav rezistansların en önemli özellikleri yüksek ısıya karşı dayanıklı ve dirençli olmalarıdır. Gövdeleri krom, titanyum ve cam olmak üzere dayanıklılığı fazla olup, kimyasal malzemelerde kullanılır. Kullanım yerlerine göre otoklav rezistans modelleri daha kısa veya uzun boyutlarda imal edilebilmektedir.  Ağır sanayi, cam sanayi, plastik sanayi, ameliyathane hizmetleri, asit, kostik vb. gibi birçok alanlarda ihtiyaç duyulmaktadır.

Fişek Rezistans

Yüksek derecede ısı yoğunluğu gereken uygulamalarda kullanılan fişek rezistans çeşitleri silindirik ve kübik olan ısıtma ekipmanlarıdır. Özellikle endüstriyel alanlarda, enjeksiyon presleri ve ısıtıcı plakalar, plastik ve kauçuk işleme, gıda, kimya, ahşap ve daha pek çok farklı sektörde kullanılan rezistans modelleri vardır. Montajı kolay, performansı yüksek fişek rezistans fiyatları uygun ihtiyaçlara cevap verebilme özelliğine sahiptir.

Serpantin Rezistans

Serpantinli rezistans ısı transferini iyi sağlamak için Cr-Ni borulardan üretilmektedir.  Ayrıca DKP ve bakır borular ile de üretim yapılmaktadır. Serpantin rezistanslar, fırınlar, sanayi fırını, boya kurutma fırını, fikse makinaları, fanlı üflemeler vs. gibi alanlarda tercih edilir.
Serpantin; kıvrılmış veya bükülmüş borularla yapılmış, ısı akışını yaygınlaştırmak için kullanılan bir ısıtıcıdır. Boru rezistans, endüstriyel makinelerde ve elektrikli ev aletlerinde kuru olarak 500ºC aşmayan fırınlarda veya likit maddelerin ısıtılmasında, isteğe bağlı Cr-Ni borulu, bakır borulu veya çelik borulu olarak üretilmektedir. 

Çember Rezistans

Çember rezistanslar endüstriyel alanlarda ve farklı sektör tarafından kullanılmaktadır. Yüksek ısıya ihtiyaç duyulan çalışma ortamlarına uyumlu,çevresel faktörlerden etkilenmeyen çember rezistans modelleri imal edilmektedir.

Boru Rezistans

Pek çok farklı sistem ve farklı makina modelinde ihtiyaç duyulan boru rezistans endüstriyel, ticari ve bilimsel alanlarda geniş bir kullanıma sahiptir. Boru rezistanslar kolay şekillenme özelliğinden dolayı sistemlere kolay entegre edilebilir. Ayrıca yağlı, likit sulu veya kuru ortamlarda kullanım için üretilmiş boru rezistans modelleri vardır.

 

 

Prizler de faz ve nötr dışında toprak ucu da bulunan prize topraklı priz denir. Toprak ucunun şebeke ile bir bağlantısı bulunmaz. Toprağa gömülü olan  bir elektrota iletken (bakır levha veya galvenizli levha) ile bağlanmıştır. Topraklama, bir elektrik sisteminde kaçak veya fazla elektrik akımı olduğunda, iletkenler aracılığı ile bu akımı toprağa aktarma işlemidir. Topraklama elektrik kaçaklarını önlenmek için cihazları koruma amaçlı yapılır.

Ev ve iş yerlerinde elektriği kullanmak için prizler vardır. Priz çeşitleri; topraklı veya topraksız olarak ikiye ayrılır. Topraklı priz şebekeden aldığı 220 voltu tüm cihazlara aktaran bir devre elemanıdır. Topraklı prizler çalışma prensibi olarak; faz, nötr ve topraktan meydana gelir. Topraklı prizler, gövdesinde metal bulunan tüm cihazlara bağlanabilir. Topraklı prizlerin özelliği  içerisinde bir mandal kıskacı denilen topraklama ünitesi sayesinde topraklı prizlerin mandal kıskacı ile birleşerek  topraklama gerçekleşir ve elektrik kaçaklarının önlenmesi sağlanır. Bundan dolayı dış yüzeyi metal kaplama olan tüm elektrikli aletlerde evlerde ki çamaşır makinesi buzdolabı bulaşık makinesi gibi beyaz eşyalarda topraklı priz kullanılmalıdır. Şimdi banyolarda nem ve oksitlenmeye karşı özellikle kapaklı topraklı priz kullanılmaktadır.

Bu aletlerde eğer bir elektrik kaçağı meydana geldiğinde dış yüzeyleri metal olduğu için eli değen bir kişinin elektrik çarpılma riski vardır. Oysa topraklı prize takılan toprak hatlı bir topraklı fiş dış yüzeydeki elektrik kaçağını toprağa ileterek, nötrleştirir. Böylece elektrik çarpma riski yok olur. Toprak hattından normal şartlarda akım geçmez. Ama bir kaçak akım olduğunda toprak hattı kaçağı toprağa iletir.
Topraklı prizler şebekeden gelen elektrik akımını elektrikli aletlere iletebilmesi için belli bir amper aralığına sahip olmalıdır. Topraklı prizin üzerinden geçebilecek akım miktarları üretici firma tarafından belirtilir. Topraklı prizler 10-16 amper akım iletecek şekilde üretilmektedir.

Kullanılacak cihazların çektiği akım değerlerine göre priz seçimi yapılmalıdır. Elektrik akımını fazla çeken örneğin su ısıtıcıları veya klima gibi aletler, priz kullanılmadan sigortaya bağlanmalıdır. Aksi taktirde prizden geçen yüksek akım kabloların ısınmasına sebep olabilir bu durumda yangın çıkma olasılığı meydana getirebilir.
Topraklı prizler de arıza olarak oksitlenme oluşursa mutlaka değiştirilmelidir. Prizin içindeki yuva oksitlenmeden dolayı elektrik kaçaklarına sebep olabilir. Priz yuvalarında ark (kıvılcım) meydana gelmemesi için elektrik aletlerin açma kapama tuşu yani elektrik anahtarı kapalı iken prize takılmalıdır.

Topraklı priz modelleri; kapaklı topraklı priz, tekli topraklı priz, ikili topraklı priz, üçlü topraklı priz, çoklu priz, sıva üstü topraklı priz, sıva altı topraklı priz (gömme topraklı priz), usb priz, akıllı priz gibi çeşitleri bulunmaktadır. Topraklı priz fiyatları, priz modelleri, marka ve kaliteye göre değişmektedir.

 

Dağıtım Tabloları: Üretilen enerjinin tüketim bölgelerine kolay bir şekilde ulaştırılması ve diğer elektrikle çalışan alıcıların çalışmalarını kesintiye uğratmadan kullanımının sağlanması için gerekli malzemelerin toplandığı tablolara dağıtım tablosu denir.

Kuvvet Dağıtım Tabloları ve Bağlantı Şemaları

Kuvvet dağıtım tabloları, kuvvet (motor) devrelerine enerji vermek için kullanılır. Konutlarda, atölyelerde, fabrikalarda, mağazalarda elektriğin tüm alıcılara dengeli dağıtılması için kullanılır. Enerji buradan da makinelere veya yardımcı (dağıtım) tablolara verilir. Bilindiği gibi elektrik motorları atölye, fabrika ve işyerinde bulunduğu için bu tablolar, özellikle küçük güçlü ve linye sayısı fazla olmayan (3-5) yerlerde kullanılır. Elektrik dağıtım panosu enerjinin geldiği yere göre duvara yakın bir yere veya kapalı bir yere monte edilir.

Kuvvet dağıtım tablolarında üç faz giriş için üç adet sigorta kullanılır. Proje hazırlanırken atölyenin kurulu gücüne göre sigorta ve pako şalterlerin, tipi ve amper ajlan tesbit edilir. Elektrik panosu ve tablolarda, linyeler (çıkışlar) için sigortalar, şalterler ve sinyal lambaları bulunur. Sigortalar genellikle NH sigortalar veya otomatik sigortalar kullanılır. Sinyal lambaları olarak (neon) ise 220 voltla çalışan ve dış koruyucu kısmı üç ayrı renkte olan sinyal lambaları kullanılır.

Kuvvet Dağıtım Tablosunda Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri

Saç Tablolar

DKP olarak adlandırılan 1-2 mm kalınlığında saçlardan imal edilir. Saç tabloların küçük tipleri (Sıva üstü, sıva altı gömme tip) düzgün, kıvrımlı bölümleri, nokta kaynağı ile kaynak yapılarak, birleştirilir. Saç tabloların kapalı ve açık tipleri de üretilmektedir. Büyük elektrik pano tipleri ise köşebentler ile dayanımı arttırılarak imal edilirler.

DKP sac nedir? Slab olarak adlandırılan ve sıvı çeliğin, sürekli döküm yöntemiyle katılaştırılması sonucu meydana gelen, dikdörtgen kesitli yarı ürünün, sıcak haddehane de, sıcak olarak haddelenmesi ile elde edilen ve kalınlıkları 1,50 – 20,00 mm aralığında değişen rulo veya sac şeklindeki yassı çeliklerdir.

Tablo Üzerine Montajı Yapılan Gereçler

Şalterler

Elektrik güvenliği ve enerjinin açılıp kapatılması için kullanılacağı devrenin başına konulan, devre akımını bir hareketle ani olarak kesebilen araçlara şalter denir. Aydınlatma tablolarında pako tipi şalterler kullanılmaktadır.  Tablo üzerine gereksinime göre seçici pako şalterlerin montajı yapılır. Tablonun enerjisinin kontrolünde (açılıp kapatılmasında) kullanılırlar. Pako şalterler, kullanışlı ve pratik olmaları sebebiyle son yıllarda tablo ve pano tipi dağıtım tablolarında daha çok kullanılmaktadır.

Pako şalterler, tablo üstü monte edilmesine mahsus, saç veya plastik kapaklı, döner göbekli, projede gösterilecek sayıda pozisyonu olan, amaca göre, kontak sayısı ve kontak akımı ile bilinir.

Sigortalar

Elektrik devrelerindeki alıcıların normal akımlarını ileten ve aşırı akım geçmesinde devreyi kesen araçlara sigorta denir. Tesislerde devre akımının artışına izin vermeyen büyüklükte sigorta seçilmelidir.

Bıçaklı sigortalar: (NH sigorta)Tablo arkası montajına özgü kısa devre akımına dayanabilir maddeden yapılmış tipte şekilde görüldüğü gibi kaidesi ve amper değeri ile birlikte NH ifade edilir.

Buşonlu sigorta: Tablo arkası veya üzeri montajına özgü şekilde görüldüğü gibi, sıcaktan veya arktan erimeyecek ve yanmayacak bir maddeden gövdesi ve kapağı ile komple, ihtiyaca göre amperajı ile birlikte söylenir.

Anahtarlı otomatik sigorta: Dağıtım tablolarında sigorta olarak anahtarlı otomatik sigortalar ( W otomatlar ) kullanılmaktadır. Aynı zamanda anahtar görevi de yapan anahtarlı otomatik sigortalar ihtiyaca göre amper değeri ile beraber tek ve çok kutuplu olarak, W otomat veya K otomat ifadesi ile birlikte söylenir.

Ölçü Aletleri

Tablo üzerine monte edilebilecek tipte ölçü aleti imalatı yapılmalıdır. Alternatif akım ölçü aletleri şebeke frekansına uygun olmalıdır. Aynı tablo üzerinde kullanılan ölçü aletleri aynı form ve boyutta dört köşe veya yuvarlak yapıda olmalıdır. Ayrıca gaz, toz ve nemden etkilenmeyecek tarzda olanlar kullanılmalıdır.

İhtiyaca göre voltmetreler, ampermetreler, frekansmetreler kullanılır. Ampermetreler, 100 amper’in üstündeki akımlarda kullanılacaksa akım trafosu ile birlikte kullanılır. Voltmetre, devresine bağlanacak voltmetre komütatörü ile her faz’ın gerilimi ayrı ayrı ölçülebilir.

Sayaçlar

Kullanılan elektrik enerjisinin miktarını ölçmek için, ihtiyaca göre, tek fazlı sayaç veya üç fazlı elektrik sayaçları kullanılır. Elektrik sayaç panosu üzerine monte edilir. Elektrik sayaçlarının akım bobinleri 100 amper’ in üzerindeki akımlarda kullanılacaksa akım trafosu ile birlikte kullanılır.

İşaret Lambaları

Fazların tabloya kadar gelip gelmediği istenilen renkte ışıklı işaret lambaları kullanılmak suretiyle tespit edilir.

Kuvvet Dağıtım Tablosundaki Bağlantılar

 

Üreteç nedir?Herhangi bir enerjiyi (kimyasal enerji, mekanik enerji, ısı enerjisi, ışık enerjisi), elektrik enerjisine dönüştüren devre elemanlarına üreteç veya kaynak denir. Üreteç ne işe yarar? Kısaca elektrik enerjisi üreten devre elemanıdır.

Bir elektrik devresinden elektrik akımının geçebilmesi için gerekli gerilimi (voltaj veya potansiyel fark da denir) sağlayan devre elemanına üreteç denir. En çok kullanılan üreteç çeşitleri güç kaynağı, pil, batarya, akülerdir.

Üreteçler herhangi bir devrede devrenin uç noktaları arasında potansiyel fark yaratmak için kullanılabilen elemanlardır. Üreteç devrenin ihtiyacına göre basit bir pil veya güçlü bir akü olabilir.

Başka bir üreteç tanımı; Üreteç, iki nokta arasında sürekli bir potansiyel fark oluşturmak üzere bir takım enerjileri elektrik enerjisine çeviren sistemlere denir. Örnek; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren piller, hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren dinamo ve alternatör. Birim yükün devreyi tamamen dolaşabilmesi için üretecin ürettiği enerjiye, o üretecin “elektro motor kuvveti (EMK)” denir.

Çeşitli Üreteç Resimleri

Aşağıda çeşitli üreteçlere ait semboller verilmiştir.

ÜRETEÇLERİN  SERİ VE PARALEL BAĞLANMASI

Elektrik devrelerinde bazen bir üreteç, alıcıyı tek başına çalıştıramaz. Alıcı için gerekli akım veya gerilimi sağlayamayabilir. Bu durumda devrede birden fazla üreteç kullanmak gerekebilir. Bir pilin sağlayabileceğinden daha büyük bir gerilime veya bir devreden geçen akımın daha uzun sürmesini yani sürekliliğini sağlamaya gereksinim vardır. Örnek olarak, oyuncak lazerlerde, el fenerlerinde, televizyon kumandalarında üreteç olarak iki adet kalem pil (AA) kullanılır. Yine televizyon kumandalarında da iki adet ince pil (AAA) kullanılır. Bir elektrik devresinde kaç pil kullanılacağı ve pillerin nasıl bağlanacağı ihtiyaca göre belirlenir. Aynen dirençlerin bağlanmasında olduğu gibi birden fazla üreteç (pil) kullanıldığı zaman bunlar devreye kendi aralarında seri veya paralel olarak bağlanır.

Üreteçlerin Seri Bağlanması

Bir üreteç olan pilleri seri bağlama için bir pilin artı uçu (pozitif kutbu), ikinci pilin eksi ucuna (negatif kutbuna)  gelecek şekilde arka arkaya bağlanması ile yapılır. Üreteçler gerilimi arttırmak için devreye seri olarak bağlanır.  Pilleri seri bağlamanın amacı iki pilin potansiyel farklarını birleştirerek daha büyük bir gerilim elde etmek içindir.

Seri bağlı üreteç devrelerinde toplam elektromotor kuvvet (EMK), devrede bulunan diğer elektromotor kuvvet (EMK)’ lerin toplamına eşittir. Seri bağlanan pillerin voltajları (gerilimleri veya potansiyel farkları) toplanır.

E_T=E₁+E₂+E₃ şeklinde hesaplanır.

Seri bağlı üreteç devrelerinde toplam iç direnç, devrede bulunan diğer üreteçlerin iç dirençleri toplamına eşittir.

r_T = r₁+r₂+r₃ şeklinde hesaplanır.

R direncine sahip bir alıcıdan geçen akım şu şekilde gibi hesaplanır.

Örnek problem: Yukarıda şekil üzerinde verilen değerlere göre seri bağlı devrenin elektromotor kuvvet (EMK)’i nasıl hesaplanır?

Seri bağlanan pillerin her birinden geçen akımın büyüklüğü aynıdır. Fakat devreye sağladıkları toplam gerilim her pilin potansiyel farkının toplamı olur.

Seri bağlı özdeş pillerin bitme süresi tek bir pilin bitme süresine eşittir. Yani bir pil bir devrede kullanıldığında bir saatte biterse, seri bağlı dört pil de aynı devrede bir saatte biter. Fakat devreye daha çok potansiyel fark ve bundan dolayı akım sağlar. Bakınız Ohm Kanunu.

Üreteçlerin Paralel Bağlanması

Üreteçlerin aynı cins uçlarının yani pozitif uç (+) ile pozitif ucun (+), negatif uç (-) ile negatif ucun (-) birleştirilmesi şeklinde yapılan bağlamadır. Akımı artırmak için üreteçler devreye paralel olarak bağlanırlar.

Pilleri (ürteçleri) paralel bağlamanın amacı; bir pilin sağlayacağı potansiyel farkın devreye daha uzun süre sağlanmasını yani devreden geçen akımın daha uzun süre aynı şekilde devam etmesini sağlamaktır. Bu durumda devrenin akım sağlama kapasitesi arttırılır. Devrede bir pil bir saatte bitiyorsa, paralel bağlı özdeş iki pil iki saatte biter.

Piller paralel bağlandığı zaman kutupları aynı noktada birleştirildiğinden, kaç pil bağlanırsa bağlansın devreye sağlanan potansiyel fark değişmez. Paralel bağlı özdeş piller, bir devrede bir pilin meydana getireceği akımı meydana getirir. Fakat pillerin tükenme süresi pil sayısı kadar artar.

Paralel bağlı üreteç devrelerinde genel olarak toplam elektromotor kuvvet (EMK) tek üretecin elektromotor kuvvet (EMK)’ ne eşittir. E=E₁ paralel bağlı devrelerde üreteçlerin elektromotor kuvvetleri eşit, iç dirençleri farklı ise devrenin toplam iç direnci paralel direnç devrelerindeki gibi hesaplanır.

Örnek problem: Yukarıdaki paralel bağlı üreteç devresinde verilen değerlere göre alıcının çektiği akımı ve alıcı uçları arasındaki gerilim nasıl  hesaplanır?

Üreteçlerin Karışık Bağlanması

Devrelerde akım ve gerilimi artırmak gerektiği zaman üreteçler devreye karışık olarak bağlanır.

Pil ve akümülatörlerin seri-paralel, karışık bağlanması: Hem gerilimin hem de akımın artması istendiği durumlarda üreteçler seri, paralel gruplar halinde bağlanır. Pratikte nadiren seri-paralel bağlantı uygulaması görülür. Çünkü bu yöntemde üreteçlerdeki bir miktar enerji üreteçlerin iç direnci üzerinde tüketilir ki bu kayıp enerjidir. Bu sebeple bu bağlantı şekli pek kullanılmaz. Diğer taraftan paralel bağlanan üreteçlerin elektromotor kuvvet (EMK) lerinin de eşit olma zorunluluğu vardır. Aksi takdirde elektromotor kuvvet (EMK) ti büyük olan diğer üreteç üzerinde deşarj olur.

 

 

 

Manyetik alanda kuvvet çizgilerinin herhangi bir yüzeye isabet eden kısmına manyetik akı, mıknatısın kuvvet çizgileri sayısına da manyetik akı denir. Bir mıknatısın manyetik alan yönünü gösteren kuvvet çizgileri manyetik akı olarak tanımlanır.

Manyetik akı Φ (F) harfiyle gösterilir.  Manyetik akı, toplam manyetizmanın ölçüsüdür.

MKS birim sisteminde manyetik akının birimi Weber (Wb) dir. CGS birim sisteminde ise Maxwell (M) dir.

1 Weber = 10⁸ Maxwell

1 Maxwell = 10^-8 Weber’dir.        

Manyetik akı yönü N kutbundan S kutbuna doğrudur. Kapalı bir devre meydana getirir. Manyetik alandaki kuvvet çizgilerinin sayısı manyetik akının değerini verir.

Manyetik akı yolunda demir gibi bir manyetik malzeme varsa, manyetik akı yolunu değiştirir. Fakat plastik gibi manyetik olmayan bir malzeme varsa, yolunu değiştirmez.

Manyetik Akı Yoğunluğu

Elektrik makinaların da kullanılan önemli bir manyetik büyüklük de manyetik akı yoğunluğudur. Manyetik akı yoğunluğu manyetik alana dik bir birim alandan geçen akı miktarıdır.

Manyetik akı B harfi ile gösterilir ve birimi Wb/ m² veya Tesla‘ dır (T).

Manyetik Alan Şiddeti İle Manyetik Akı Yoğunluğu Arasındaki İlişki Nedir?

Manyetik alan şiddeti H, bir anlamda akımın manyetik alanı oluşturmak için gösterdiği gücün bir ölçüsüdür. Manyetik alan şiddeti H ve bir malzemede üretilen manyetik akı yoğunluğu B arasındaki ilişki:

B = μ . H

μ : malzemenin manyetik geçirgenliği (H/m)                   

B : manyetik akı yoğunluğu (Wb/m²)

Manyetik Geçirgenlik

Manyetik geçirgenlik (μ), malzeme içerisinden manyetik alanın geçişini gösteren bir parametredir. Bütün malzemelerin bir manyetik geçirgenliği vardır.

Manyetik geçirgenliği yüksek olan malzemelerde daha kolay manyetik alan meydana gelir. Boşluğun manyetik geçirgenliği μo ile ifade edilir ve değeri sabittir, μ o = 4π 10−7 H/m. Herhangi bir malzemenin geçirgenliği ile havanın geçirgenliğinin oranlanması bağıl geçirgenliği μr verir.

Bağıl geçirgenliğin yüksek olması malzemenin manyetik özelliğinin yüksek olduğunu gösterir.

Örnek: Elektrik makinaların da kullanılan çeliğin bağıl manyetik geçirgenlikleri 2000-6000 arasındadır. Bundan dolayı elektrik makinaların da manyetik akı, hava yerine 2000-6000 kat daha geçirgen olan çelik üzerinden geçer.

Manyetik Akı Yoğunluğu ve Manyetik Akı

Bir nüve deki akı yoğunluğunun genliği;

Toplam manyetik akının değeri;

Manyetik Akı Yoğunluğu

Elektrik makinalarında kullanılan önemli bir manyetik büyüklük de manyetik akı yoğunluğudur. Manyetik akı yoğunluğu manyetik alana dik bir birim alandan geçen akı miktarıdır. Birim kesit alandan geçen manyetik akı miktarının ölçüsüdür. Manyetik akı, yüzeyin büyüklüğüne, alanın şiddetine ve ortama bağlıdır. Yüzeyin büyüklüğü, A yerine 2A olsa bu yüzeye temas eden çizgi sayısı 2 katına çıkar. Manyetik akı yoğunluğu ise B harfiyle gösterilir.

Manyetik akı yoğunluğu şu formülle hesaplanır.

B = Φ/ S

B = Manyetik akı yoğunluğu

S = Birim yüzey

Φ (F) = Manyetik akı

MKS birim sisteminde manyetik akı birimi Weber/m² (Wb/m² ) veya Tesla’dır. CGS birim sisteminde ise Maxwell/cm² (M/cm² ) veya Gauss (G)’tur.

1 Tesla = 10⁴ Gaus

1 Gaus = 10^-4 Tesla

Örnek: Toplam manyetik akısı 6.10^-3 Wb ve kesiti 0,2 m² olan mıknatısın akı yoğunluğunu hesaplanması.

 

 

Piller ve üreteçler direnci olan malzemelerden imal edilir. Bundan dolayı pillerin kendilerine özgü dirençleri vardır.  Buna iç direnç denir. İç direnç bir pilin devreye sağladığı potansiyel farkı sınırlar. Bu sebeple piller ve üreteçler saf voltaj (gerilim veya potansiyel fark) kaynakları değildir. Bir pilin veya üretecin devreye sağladığı net (yani iç direnç potansiyeli çıktıktan sonra) bir pilin veya akümülatörün uçları açık iken iki uç arasındaki potansiyel farka elektromotor kuvvet veya EMK denir.

Uçlar bir alıcı (almaç) ile kapatıldığında eleman içinden ve dış devredeki alıcıdan bir akım dolaşır. Bu akım, elemanın iç direncinden dolayı iç direnç üzerinde bir gerilim düşümü meydana getirir. OHM Kanuna göre bu gerilim düşümü

U = i . r   dir.

O halde EMK. E = U + i . r veya U ; U= E – i . r   dir.

Bir pilin bitmesi iç direncinin artması demektir. İç direnci artan pil bir devreye bağlandığı zaman devreye yeterli gücü sağlayamayacak duruma gelir. Bitmiş bir pili voltmetreye bağlayarak pilin uçları arasındaki gerilim ölçüldüğünde, neredeyse bitmemiş bir pille aynı voltaja sahip olduğu görülür. Bu sebeple bir pilin bitip bitmediğini anlamak için voltmetre yanıltabilir. Fakat bitmiş pil bir devreye bağlanırsa geriliminin düştüğü görülür. Bunun sebebi iç direncin gerilimi düşürmesidir. Bundan dolayı pilin dışarıdaki devreye sağlayabileceği potansiyel fark çok azalır.

Elektromotor Kuvvet ve Gerilim Tanımı ve Arasındaki Fark

Emk kısaca, devre açıkken kaynağın uçları arasındaki potansiyel farka denir. Gerilim ise her hangi iki noktanın potansiyelleri arasındaki farka denir.

Örnek: Bir devrede bir alıcının uçları arasındaki potansiyel farka elektromotor kuvvet denmez. Neden? Çünkü elektromotor kuvvet kaynak uçları arasındaki potansiyel farktır. Bir alıcının uçları arasındaki potansiyel farka gerilim denir. Çalışan bir devrede kaynağın uçlarına bağlanan bir voltmetre, kaynağın elektromotor kuvvet’ini değil, gerilimini ölçer. Bir kaynağın boşta ve yüklü iken gerilimleri farklıdır. Bunun sebebi, kaynak devreye akım verirken enerjinin bir kısmının kaynakta harcanması sonucudur.

Birinci şekilde devre açık olduğu için kaynağın (pilin) elektromotor kuvveti ölçülebilir. İkinci şekilde ise kaynağın elektromotor kuvvet (emk)’i ölçülemez. Zira elektromotor kuvvetin bir kısmı pilin içindeki kimyasal tepkimeler için harcanmaktadır. Bundan dolayı voltmetre kaynağın gerilimini gösterir. Buna göre çalışan bir devrede, emk ile gerilim için aşağıdaki eşitlik yazılabilir.

Elektromotor kuvvet (Emk) = kaynakta düşen gerilim + kaynak uçlarındaki gerilim

Emk ve gerilimin birimi, emk “E” ile ve gerilim de “U” ile gösterilir. Emk’ nin ve gerilimin birimi volt’tur. Volt, “V” harfi ile gösterilir. Emk veya gerilim voltmetre ile ölçülür. Birinci şekilde  görüldüğü gibi voltmetre devreye paralel bağlanır.

 

Üreteçten çıkan akımın alıcı (almaç) üzerinden geçerek yeniden üretece ulaşabilmesi için izlediği yola elektrik devresi denir. Elektrik enerjisi ile çalışan herhangi bir cihazın çalışması için; içinden devamlı akımın geçmesi gereklidir. Bu da ancak cihazın devresine bağlanan elektrik enerji kaynağı (pil, akü, batarya, alternatör vs.) ile sağlanır.

Elektrik Devresi Çeşitleri Nelerdir? Hangi Elemanlar Bulunur? Açık Devre, Kapalı Devre, Kısa Devre

Elektrik devreleri, devreden geçen akımın, alıcıdan geçmesine göre üç kısma ayrılır.

• Açık devre
• Kapalı devre
• Kısa devre

Basit elektrik devresinde üreteç, sigorta, anahtar, alıcı ve iletken bulunur.

Açık Devre

Bir elektrik devresindeki anahtar açık duruma getirilirse akım kesilir. Bu durumda akım alıcıdan geçmez, dolayısıyla alıcı çalışmaz. Elektrik sigortası atması sonucu devreyi açmış olması, iletkenlerin kopması, ek yerlerinin veya devre elemanlarının bağlantısında temassızlık olması, alıcının arızalı olması de açık devreyi meydana getirir. Akım yolunun açık oluşunu belirtmek için bu şekildeki elektrik devrelerine açık devre denir.

Kapalı Devre

Elektrik devresine kumanda eden anahtar kapalı duruma getirilirse devreden akım geçer ve alıcı çalışır. Elektrik anahtarı kapalı tuttulduğu sürece üreteç akım verebiliyorsa alıcı çalışmasına devam eder. Devre anahtarı kapalı iken üreteçten çıkan akım alıcıya ulaşıyor ve devresini tamamlıyor ise devre kapalı devredir. Anahtar kapalı durumdayken alıcı sağlam olduğu halde çalışmıyorsa üreteç veya alıcı bağlantılarında bir gevşeme veya kopma var demektir. Bu arızalar giderilmedikçe devrenin kapalı oluşundan söz edilemez, devre açık sayılır.

Kısa Devre

Herhangi bir sebeple iletkenler alıcıdan önce kesişir veya birleşirse kısa devre meydana gelir. Anahtar kapalı olmasına rağmen herhangi bir sebeple elektrik akımı, alıcıya gitmeden devresini daha kısa yoldan veya direnci yok denecek kadar az olan yoldan tamamlıyorsa, bu şekildeki devrelere kısa devre denir. Alıcı çalışmaz.

Üreteç gerilimi karşısında direnç sıfır olduğu için devreden büyük değerde akım geçmek ister. Kısa devre durumunda akım, direnci büyük olan alıcıdan geçmez, direnci az olan en kısa yoldan devresini tamamlamak ister. Devrede koruma elemanı olan sigorta atar veya varsa sigorta teli ergiyerek devreyi açar.

Sigortanın devrede önemi çok büyüktür. İletkenlerin, yalıtkan kısımlarının özelliğini kaybetmesi sonucu, iletkenlerin birbirine teması kısa devreye sebep olur. Bu, arıza çeşitlerinden biri olup, arzu edilmeyen bir durumdur. Bunu önlemek için devreye uygun değerde sigorta bağlanmalıdır. Elektrik sigortası kısa devre halinde meydana gelen ısınmanın yaratacağı tehlikeyi önler ve üreteci de korur.

Arıza giderilmeden kesinlikle devreye enerji verilmez. Kısa devre akımı sigortadan geçmediğinden sigorta atmaz ve batarya zarar görür. Ayrıca elektrik devreleri akımın büyüklüğüne göre ve alıcının çeşidine göre isimlendirilir. Küçük değerde akımla çalışan haberleşme tesisleri (telefon, telgraf), çağırma tesisleri (zil, alarm) gibi devrelere hafif akım devresi adı verilir. Yüksek değerde akımla çalışan ışık ve motor tesislerini meydana getiren devrelere  kuvvetli akım devresi denir.

Michael Faraday (1791-1867), İngiliz fizikçi ve kimyacı. Özellikle elektromanyetizma ve elektro kimya alanındaki çalışmalarıyla bilinen 19.yy’ın en önemli bilim insanlarından birisidir. Faraday bilimsel çalışmalarının çoğunu elektromanyetizma üzerine yapmıştır. Elektrolizin temellerini atmış aynı zamanda bugün indüksiyon teknolojisine sahip olmamızı sağlayan elektromanyetizma ilkelerini ortaya koymuştur. Elektrik enerjisini harekete (elektrik motoru), hareket enerjisini elektriğe (jeneratör) çeviren düzenekleri bulmasıyla tanınır.

Faraday, kapalı bir devre içinde bir mıknatıs gezdirilmesi halinde, mıknatıs hareket ettiği sürece devrede akım  olduğunu keşfetti. Bu etkiye “elektromanyetik indüksiyon” denir. Elektromanyetik indüksiyon etkisi mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirme, yani jenarotör idi. Günümüzde barajlardan su gücüyle elektrik üretimi bu Faraday Yasası’ na dayanır.

Faraday Yasası (Faraday Kanunu) aynı zamanda Faraday’ ın İndüksiyon Kanunu olarak adlandırılır. Bu kanunu şu şekilde ifade edebiliriz: Bir bobinin sarımından bir akı geçtiğinde ortaya çıkan gerilim akının zamana göre değişim oranı ile doğru orantılı olur. Devrede anahtar kapatılırsa bobinde bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan daha sonra ikinci bobin de yeniden elektrik akımına dönüştürülür. Bundan dolayı sürekli bir elektrik akımı meydana getirilmiş  olur.

Faraday yasası, Maxwell denklemlerinden gelen temel bir ilişkidir. Değişen bir manyetik ortam tarafından bir voltajın (veya emk) üretilebilmesidir. Bir bobindeki indüklenen emk, manyetik akı değişim hızının negatifine, bobindeki dönüşlerin sayısına eşittir. Yükün manyetik alanla etkileşimini içerir. Hareket enerjisinden elde edilen bu elektrik akımının sürekliliğinin sağlanması günümüzde kullandığımız bir çok elektronik cihazın çalışma prensibi için önemlidir.

Faraday’ ın İndüksiyon Kanunu

Faraday tel bobin ile ilgili birçok deneyler yaparak gerilimin yani elektromotor kuvvetin indüklendiğini buldu. Bu kanun tek bir tel bobindeki elektromotor kuvvetin (EMK, ε) manyetik akı daki değişimin, zamanla değişiminin negatifine eşit olduğunu söylemiştir. Eğer telin birden çok bobin sarımı varsa sarımlarının sayısı ile çarpılır.

Faraday indüksiyon kanunu bir deneyle açıklayalım: Tel bir halkayı ampermetreye bağlayalım. Bir mıknatıs bu tel halkaya doğru yaklaştırıldığında, ampermetrenin ibresinin saptığı görülür. Eğer mıknatıs halkadan uzaklaştırılırsa ampermetrenin ibresinin bu defa ters yönde saptığı görülür. Mıknatıs herhangi bir yöne hareket ettirilmez ise ibrede bir sapma görülmez. (Benzer etkiler mıknatıs sabit tutulup, tel halka hareket ettirilerek de sağlanabilir).

Bu gözlemlerden, halkanın mıknatısın hareketinden dolayı manyetik alanda oluşan değişikliği algıladığı sonucunu çıkarırız. Bu durumda akım ile değişen manyetik alan arasında bir ilişkinin var olduğu sonucuna varırız. Burada hiçbir batarya olmamasına rağmen devrede bir akımın başladığı görülmüştür. Bu akım indüklenmiş emk tarafından meydana getirildiği için bu akıma indüklenmiş akım denir. Faraday’ ın indüksiyon yasası şu şekilde özetlenebilir: Bir devrede indüklenen emk, devreden geçen manyetik akının zamanla değişimi ile doğru orantılıdır.

Faraday Yasası’ nın denklemi;

EMK = indüklenen gerilimi yada elektromotor kuvveti ifade eder.

N= telin sarım sayısıdır.

dφ_B = manyetik akıdaki değişimi

dt =  zamandaki değişim

dφ_B/dt =zamana göre akımın türevi

Negatif işaret indüklenen gerilimin yönünü verir. Lenz Kanun’ a göre gerilim veya akım kendisini meydana getiren indüklenmedeki değişime zıt yönde olmalıdır.

Faraday Kanunu Nerede Kullanılır?

Faraday Kanunu elektromanyetizmanın en önemli ve temel yasaları arasındadır. Faraday Kanunu elektromanyetizmanın uygulamalı olarak kullanılmasını sağlamıştır. Faraday Kanunu’nu aktif olarak kullandığımız cihazlar;  Elektrik makineleri, jeneratörler, indükleme akımını kullanarak çalışan ocaklar, trafolar ve elektrikli müzik aletleri (gitar, violin gibi) bunlara örnek gösterilebilir. Faraday Yasası  elektriksel makinelerin ve tıpta medikal alanın çoğunda uygulaya sahiptir.

Elektrik jeneratörleri: Elektrik jeneratörlerinin çalışma prensibi Faraday Kanun’un karşılıklı indüksiyon kanunudur. Elektrik jeneratörü mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmede kullanılır.

Elektrik transformatörleri: Akımı veya gerilim yavaş yavaş düşürmek veya yükseltmek için kullanılan statik bir AC cihazıdır. Bu cihaz enerji üreten istasyon, aktarım ve dağıtım sistemlerinde kullanılır. Trafo sistemlerinin çalışma ilkesi Faraday Yasası üzerine kuruludur.

Elektromanyetik akış ölçer: Faraday Yasası belirli sıvıların ölçümü için kullanılır. Bir manyetik alan içinden akışkanın geçtiği elektriksel olarak yalıtkan olan boru ya uygulandığı zaman Faraday Yasası’na göre bir elektromotor kuvvet indükler. İndüklenen elektromotor kuvveti akan akışkanın hızı ile orantılıdır. Sıvı iletken olmalıdır.

İndüksiyon ocak: Bu cihazların çalışma prensibi karşılıklı indüksiyon ilkesine göre çalışır. İndüksiyonlu ocak açık bir devreye benzer. Üzerine doğru kap konulduğunda devre tamamlanır ve kap ısı üretmeye başlar. Pişirme kabının altından geçen bakır tel boyunca akım geçtiği zaman, indüksiyonlu ocağın seramik yüzeyinin hemen altında bulunan bir elektromıknatıs değişen bir manyetik alan üretir. Bu da alternatif yada değişen manyetik alan bir elektromotor kuvveti indükler. Bundan dolayı iletken kapta akım meydana gelir. Oluşan bu akım devamlı ısı üretir.

Müzik aletleri: Faraday Kanunu elektro keman, elektro gitar gibi müzik aletlerinde de uygulanmaktadır. Oersted’ in keşfi, Ampere Yasası ve Gauss Yasası ile beraber Faraday Kanunu maxwell’in sentezi ile zirveye ulaşan elektromanyetik olgunun daha iyi anlaşılmasına sebep olmuştur.