Voltaj (Gerilim) Düşmesi Nedir? Gerilim Düşümü Hesabı Formülleri Sebepleri

Gerilim (voltaj) düşmesi, bir elektrik devresindeki devre elemanlarından akım geçirildiğinde, dirençleri sebebiyle ortaya çıkan voltaj değeridir. Buna o devre elemanının kısmi gerilimi de denir. Bir seri elektrik devresinde birden çok direnç bulunduğunda, devre elemanının direnci ne kadar büyükse, o devre elemanına düşen gerilim (kısmi gerilim) de o kadar büyük olur. Düşük bir kısmi dirence, düşük bir kısmi gerilim (voltaj düşmesi) tekabül eder. Büyük bir kısmi dirence, büyük bir kısmi gerilim tekabül eder.

Daha basit ifadeyle elektrik devresindeki her direnç, gerilim kaynağının toplam geriliminden, direnci oranında pay alır. Bu konunun anlaşılması için önce; Gerilim, Akım, Direnç, Ohm Kanunu konularının okunması gerekir.

Mesela tesisat kablosunun kendisi de bir devre elemanıdır fakat onun direnci çok az olduğundan gerilim düşmesi yok sayılabilir. Fakat kablo uçlarına lamba bağlanırsa ki lamba başlı başına bir dirençtir, bu durumda o lambada, direnciyle orantılı bir kısmi gerilim (voltaj düşmesi) meydana gelecektir.

Basit bir elektrik devresi, pil, iletken hat, anahtar ve alıcıdan oluşur. Motorlu araçlarda da akü, kablo tesisatı, anahtar (şalter), soketler, sigorta ve röleler genellikle elektrik tesisatında kullanılır. Bir elektrik devresinde amaç, elektrik enerjisinin kayıpsız olarak iş üretecek elektrikli donanıma ulaştırılmasıdır. Soketler, sigorta, röle ve kablo her biri dirence sahiptir fakat oldukça düşük olduklarından ihmal edilebilir. Elektrik tesisatında direnç olursa, iletim kayıpları yaşanır. Bu sebeple tesisatta en uygun kalınlıkta, direnci düşük elektrik kabloları, iyi temas eden şalterler ve soketler kullanılır. Bağlantıların sıkı olması ve korozyonsuz olması çok önemlidir. Örneğin sağlam bir şalterin direnci 0,005 ohm’dur fakat kontak-temas uçları bozulursa veya yay sertliği azalırsa direnci artar, örneğin 2 ohm. Bu durumda şalterde direnç oluşur, ısınır, devrede gerilim düşmesi yaşanır ve alıcının gücü düşer (örneğin lamba sönük yanar).

Elektrik hattında kullanılan kablo ekleri, soketler, röleler ve sigortaların birleşme yerlerinde fiziksel olarak iletkenliği azaltıcı bir durum oluştuğunda, bu kötü iletkenlik, elektriğin geçişini zorlaştırır, elektriğin geçişine zorluk gösterilmesine ise direnç denir. Yani kötü iletkenlik, direnç oluşturur. Direnç oluşur ve elektrik geçerken zorlanırsa bu nokta ısınır, ısındıkça direnci artar, direnç arttıkça ısınır (döngü). Elektrik, iletkende akarken bir dirençle karşılaşırsa burada bir gerilim (potansiyel fark) oluşur. Tesisatın herhangi bir noktasında direnç oluşursa, elektriğin akışı sırasında bir gerilim oluşur, gerilim oluşursa, akünün gönderdiği 12 volt’luk gerilimin bir kısmı bu kötü iletkenliğin olduğu noktada, oluşan direncin büyüklüğüyle doğru orantılı olarak düşecektir.

Bu bir benzetmeyle anlatılabilir. Su tesisatındaki suyun basıncı, elektrik tesisatındaki elektriğin voltajıyla aynıdır. Bir kişi naylon hortumla bahçeyi sularken, bahçede oynayan bir çocuk hortuma bastığında, hortuma basılan yerde bir direnç oluşur, su artık buradan rahat geçemez, zorlanarak geçer, bunun sonucu bahçeyi sulayan kişinin elindeki hortumun ucundan akan suyun basıncı azalır. Eğer hortuma bir fil basmış olsaydı, direnç o kadar büyük olacaktı ki, hortumdan hiç su akmayacaktı. Aslında hortuma basmak, musluğu kısmakla aynı şeydir. İşte böylece elektrik tesisatındaki kötü iletken noktalarda oluşan direnç sebebiyle gerilimde düşüş meydana gelir.

Oto elektrikte her elektrikli sistem kendi içinde seri bağlıdır, basit örnek olarak lamba devresi verilebilir. Seri elektrik devresinde toplam voltajın, devre elemanlarının voltajı toplamına eşit olduğu bilinir: Vt=V1 + V2 + V3. Lambayı yaksın diye aküden gönderilen 12 volt, tesisatta bir temassızlık, gevşeklik, korozyonla karşılaşmazsa, hiç kayıpsız bir şekilde lambaya ulaşır ve lambayı tam olması gereken parlaklıkta yakar. Tesisattaki en büyük ve tek direnç, bizzat lambanın kendisidir ki zaten lambadan fayda alınacağı için direnci yüksek seçilmiştir, örneğin 6 ohm gibi.

Bir elektrik devresinden geçen akım şiddeti (amper) ve devre elemanının direnç (ohm) değeri biliniyorsa, ohm kanunu kullanılarak o devre elemanının voltaj düşmesi, yani kısmi voltajı-gerilimi hesaplanabilir. Ohm kanunu V=I x R Burada ilgili devre elemanının kısmi gerilimi hesaplanırken, mutlaka o elemanın direnci formüle yazılmalıdır. Seri devrede zaten akım şiddeti her yerde eşittir.

Eğer voltaj düşmesi öğrenilmek istenen bir kötü temas sebebiyle tesisattaki bir nokta ise, bu bir kablo soketi, duy veya kablo eki olabilir, bu durumda bu multimetre (voltmetre) ile gerilim ölçümü yapılır, multimetre uçları, teması bozuk olduğu düşünülen noktanın (soketin) öncesi ve sonrasına tutulur, kötü temas sebebiyle direnç oluşmuşsa, burada bir voltaj düşmesi meydana gelecektir ve bu voltaj düşmesi (kısmi gerilim) multimetre ekranında okunacaktır, örneğin 3 volt gibi. (Bkz: Multimetre ile Gerilim Ölçmek) Bu 3 voltluk gerilim, iletilmek istenen cihaza gönderilemeyen ve tesisattaki alıcıya daha düşük voltaj (9 volt) gönderilmesine sebep olan gerilimdir.

Örneğin lambayı yakan (üzerinden akım geçen) sağlam bir bakır telin üzerine, arasında başka devre elemanı olmamak kaydıyla multimetre (voltmetre) tutulduğunda, 0 (sıfır) volt gösterir. Çünkü burada voltaj düşmesi yoktur. Elektrik, bir zorlukla karşılaşmadan akmaktadır. (Bkz: Oto Elektrikte Voltaj Düşmesinin Sebepleri ve Arıza Kontrolleri)

VOLTAJ (GERİLİM) DÜŞÜMÜ HESAPLAMASI ÖRNEĞİ

Akü gerilimi 12 volt, tesisat sağlam, başka direnç yok, lamba direnci 6 ohm. Bu durumda lambanın çekeceği elektrik akımı V=I x R ==> I =V/R ==> I=12/6= 2 amper akım çeker.

Eğer kablo soketinde korozyon sebebiyle bir iletkenlik bozulursa (kötü temas), burada direnç oluşur, direnç oluşursa voltaj (gerilim) düşmesi yaşanır, meydana gelirse. T

Akü gerilimi 12 volt, tesisattaki sokette kötü kontak-temas var, kötü temas 2 ohhm’luk direnç oluşturmuş. Lamba direnci sabit 6 ohm. Bu yeni arızalı durumda kötü kontak sebebiyle bir direnç oluştu ve devrenin toplam direnci değişti. Rt=Rlamba + Rkontak ==> Rt=6+2=8ohm.

Devrenin toplam direnci 8 ohm, devrenin akü gerilim 12 volt sabit olduğuna göre, devreden geçen akım şiddetini (amper) hesaplayalım: V= I x R ==> I= V/R ==> I=12/8= 1,5 amper. Görüldüğü gibi sağlam tesisatta 2 amper akım geçerken, ilave oluşan direnç sebebiyle arızalı tesisatta 1,5 amper akım geçiyor. Seri devrede akım şiddeti tesisatın her yerinde aynıdır,(It=Ilamba=Ikontak), sonuçta tek kablo hattından geçen elektronlar bir yere kaybolmuyor, kaçmıyor; tek su borusunda akan suyun miktarı, borunun her yerinde aynıdır.

Şimdi tesisatta iki tane direnç var, biri fayda sağlaması için takılan lamba, diğeri ise istenmeyen kötü temaslı kablo soketi. Kablo soketinde oluşan gerilim düşmesi ohm kanunuyla bulunur. Vkontak= Ikontak x Rkontak ==> Vkontak=1,5 amper x 2 ohm ==> Vkontak= 3 volt. Görüldüğü gibi 12 voltluk akü gerilimi, kötü temas eden sokette 3 voltluk bir düşüş yaşamış. 12 voltun 3 voltu sokette azaldığına göre, lambaya kalan voltaj 9 volttur. 12 voltluk lambaya 9 volt gelirse, lamba sönük yanacaktır. Üstelik lambanın akımı da 2 amper den 1,5 ampere düşmüştür.

Soketteki kötü temas sebebiyle oluşan direnç sonucu, sokette 3 voltluk Voltaj düşmesi meydana geldi ve lambaya 9 volt kaldı. Şimdi bunun ispatı için lambaya da ohmkanununu uygulayalım. Vlamba=Ilamba x Rlamba ==> Vlamba= 1,5 amper x 6 ohm ==> Vlamba= 9 volt.

Arıza sebebiyle lambanın gücü nasıl değişmiştir?

Sağlam durum: Plamba=Vlamba x Ilambda ==> Plamba=12volt x 2 amper ==> Plamba=24 watt

Arıza durumu: Plamba=Vlamba x Ilambda ==> Plamba=9 volt x 1,5 amper ==> Plamba=13,5 watt

Görüldüğü gibi, lambanın voltajı 3 volt azaldığında, çektiği akım 0,5 amper azaldığında, gücü neredeyse yarısına inmiştir, işte bu durum lambanın parlaklığının neden azaldığını gösterir. Lambayı yakmak için kullanılması gereken gücün bir kısmı, direnç sebebiyle sokette ısıya dönüşmektedir. (Bkz: Oto Elektrikte Voltaj Düşmesinin Sebepleri ve Arıza Kontrolleri)

VOLTAJ (GERİLİM) DÜŞMESİNİN MANTIKSAL AÇIKLAMASI

Kural 1: Bir seri elektrik devresinde birden çok direnç bulunduğunda, devre elemanının direnci ne kadar büyükse, o devre elemanına düşen gerilim (kısmi gerilim) de o kadar büyük olur. Bir dirençteki gerilim düşmesinin, toplam gerilime oranı; bu direncin toplam devre direncine oranına eşittir (V1/VT=R1/RT) .

Kural 1: Yani bir başka deyişle; gerilim düşmelerinin oranı, dirençlerin oranına eşittir (V1/V2=R1/R1)

Örnek durum 2: Devrede tek bir direnç olsaydı, bu kurala göre o dirençteki gerilim düşmesi nasıl hesaplanırdı?

Devrede zaten bir tane direnç olduğu için, bu direcin değeri, toplam dirence eşit olacaktır (RT=R1)

Bu durumda dirençteki voltaj düşmesi, devrenin gerilimine her zaman eşit olacaktır, ister 2ohm olsun isterse 1500 ohm olsun, oran hiç değişmemektedir.

VT= 12 volt

V1=?

R1= 2 ohm

Rtoplam= 2 ohm

Şimdi tekrar iki dirençli örneğe dönelim: gerilim düşmelerinin oranı, dirençlerin oranına eşittir (V1/V2=R1/R1)

Kural 2: Kısmi gerilimlerin (voltaj düşmelerinin) toplamı, toplam gerilime eşittir (VT=V1+V2). Bu kural seri elektrik devreleri konusundan bilinmektedir. (Krichoff kanunu 2)

Krichoff kanunu 2: Bir başka deyişle, bir elektrik devresinde bir noktadan başlayıp tüm eleman dolaşıldığında, tüm devre elemanlarının gerilimleri toplamı sıfıra eşittir. Burada gerilim kaynağı pozitif (+); tüketiciler ise negatif (-) kabul edilir.

VT – V1 – V2 = 0 (12 – 4 – 8 =0)

Kural 3: Kısmi dirençlerin toplamı, toplam dirence eşittir. (RT=R1+R2). Bu kural seri elektrik devreleri konusundan bilinmektedir.

Burada toplam direnç

RT=R1+R2 ==> RT=2+4=6 ohm