Üreteçler

İki nokta arasında sürekli bir potansiyel meydana getirmek üzere bir takım enerjileri elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. Örneğin jeneratörler ve dinamolar mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirken, akümülatörler ve piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler.Ayrıca jeneratörler alternatif akım üreteciyken,piller dinamolar ve akümülatörler doğru akım üreteçleridir. Ya da başka bir değişle üreteçler EMK kaynağıdır. (ELEKTROMOTOR KUVVETİ:Daha önce pil, akü ve üreteçlerin içinde kullanılmaya hazır bir enerji olduğunu belirtmiştik. İçerisinde mekanik, kimyasal veya başka çeşit enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere elektromotor kaynakları (emk) denir.Örneğin pil ve akümülatörler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Üretecin, bir q yükünü devrede dolaştırmak için harcadığı enerji, o üretecin elektromotor kuvveti (emk) olarak tanımlanır. ε ile gösterilir. Her üretecin bir iç direnci vardır. Bu iç direnç ihmal edilmemiş ise devreye seri bağlı direnç gibi hesaba dahil edilir.)

        Şimdi üreteçleri inceleyelim.

1-) ALTERNATİF AKIM ÜRETEÇLERİ:

JENERATÖRLER: Işık yapmak için kullandığımız projektörler şehir şebekesi veya elektriğin olmadığı veya sorunlu olduğu yerlerde jeneratörle beslenirler. Herhangi bir güç yardımıyla mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektrik elemanlarıdır. üretiliş özelliklerine göre diesel veya benzinle çalışan motorlar yardımıyla döndürülür. Güçleri yükseldikçe ağırlaşır, hacimleri büyür ve taşınamadıkları zaman bir kamyon üzerine monte edilirler. Gürültülü çalıştıkları için sesli çekimlerde kullanılmaları zor olsa da her film setinde mutlaka jeneratör bulunmalıdır.

2-)DOĞRU AKIM ÜRETEÇLERİ:

AKÜMÜLATÖRLER:  Akümülatörlerin prensibi de, kutuplaşan volta pilinin hemen hemen aynısıdır. Çünkü akümülatör kutupları da belli bir süre sonra kutuplaşır ve elektrik akımı vermez. Akümülatöre, kutuplaşması uzun süren piller de denir. Akümülatörler içlerinde bulunan elektrolit ve elektrotlar açısından kutuplaşması çok uzun süren maddelerden seçilirler. Akümülatörlerin kutupları belli bir süre sonra kutuplaşır. Buna akümülatör boşaldı denir. Bunun giderilmesine de akümülatörün doldurulması denir. Akümülatörler, DC güç kaynağından aldığı enerjiyi kimyasal enerji halinde depo ederek gerektiğinde tekrar Dc enerjiye dönüştürüp alıcıları besleyen bir enerji kaynağıdır. Büyük yerlerde elektrik üreten büyük araçlardır. Jeneratörler bazen elektrikler kesildiğinde devreye giren büyük piller şeklinde de olabilir.

DİNAMOLAR: Mekanik enerjiyi, elektrik enerjisi çeviren makine. Esası, yumuşak, bir mir üzerine sarılmış bir bobin ve kuvvetli bir mıknatıstan ibarettir. Hareket edici olan bobin, durucu olan mıknatısın kutupları arasında dönmekle, kuvvetli bir manyetik alan meydana getirir. Bu manyetik alanın yarattığı akım, elektrik akımıdır. Dinamolar, çeşitli mekanik enerjileri, özellikle hareket halinde olan su kuvvetini, elektrik enerjisine çevirmek için kullanılır. (Barajlarda, mekanik enerjiden elektrik enerjisi elde etmek gibi.)

PİLLER: Piller, en çok kullanılan doğru akım kaynaklarıdır. Bütün pillerin yapısı temelde aynı olup bir elektrolit içerisine batırılmış farklı iki elektrottan oluşur. Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Pilde oluşan yükseltgenme ve indirgenme olayları sonucunda pilin (+) ve (-) kutupları arasında potansiyel farkları oluşur. Elektron fazlalığı olan negatif kutupta düşük potansiyel, elektron azlığı olan pozitif kutupta ise yüksek potansiyel oluşarak iki kutbun birbirine iletken bir telle bağlanması halinde negatif kutuptan pozitif kutba doğru elektronlar hareket eder. Bu işlem pilin iki kutbunun da potansiyeli eşit olunca biter ve bu anda pil tükenmiş olur, yani daha fazla akım üretemez.

1.) YAPISINA GÖRE PILLER:

          a)Volta Pili:

Alexsander Volta‘nın 1800’de bulduğu Volta pilinde elektrolit olarak sülfat asidinin suda eriğiyi kullanılır. Elektronlar ise, bir bakır bir de çinko çubuktur. Çinko çubuk negatif, bakır çubuk ta pozitif kutbu oluşturmaktadır. Daha hiçbir elektrik devresine bağlanmamış bir volta pilinin iki ucu arasındaki potansiyel farkı 1 volttur. Devreyi tamamladığımızda 1 voltluk gerilimin hızla düştüğünü göreceksiniz. Çünkü çinko iyon salarak hızla erimeye başlamıştır. Bu iyonlar SO4(sülfat)’la birleşerek ZnSO4 (çinko sülfat karışımı)’ü oluştururlar. Bu arada hidrojen gazı da bakır çubuk etrafında kaçak hava kabarcıkları şeklinde yükselmişlerdir. Akım devam ettikçe gerilim farkı azalır. Artık öyle bir an gelir ki devreden akım geçmez. Eriyik içindeki hidrojen bakır çubuğu kaplar. Elektrolit, artık bakır çubuğun çeperine  dokunamaz hale gelmiştir. Kutupların yeni hidrojenle kaplanan bakır çubuğun üzeri temizlenirse ve yeniden eriyik içine batırılırsa, akım geçmeye devam eder. Bu iki türlü yapılır. Biri zımpara kağıdı ile bakırın üzerindeki hidrojen tabakası kazınır. Diğeri ise bakır çubuk ateşe tutularak hidrojen kaplı tabaka yakılır. En basit ve ilk elektrik pili olan volta pili pratik olmadığından günümüzde kullanılmaz.

b) Daniel Pili:

Ortadan gözenekli bir bölümle ikiye bölünmüş bir kap alalım. Bu kabın birinci bölümüne ZnSO4’ün suda eritilmişini, diğerine de CuSO4’ün sudaki eriyiğini koyalım. ZnSO4’ün bulunduğu yere bir çinko çubuk batıralım. Diğerine de bakır bir çubuk batırılır. Daniel pilini yapmış oluruz. Aslında kimyasal tepkimeyi göz önüne alarak, şöyle bir sonuca varabiliriz. Pozitif elektrik yüklü çinko iyonlarının, bakır çubuğu kaplayıp, kutuplaşma meydana getirmesi gerekir. Oysa böyle bir olay meydana gelmez.    Pozitif yüklü çinko iyonları bakır çubuğa doğru giderken, gözenekli kabı geçer geçmez çinko çubuğa doğru negatif elektrik yüklü SO4 iyonlarıyla karşılaşırlar. Bu karşılaşma sonucu bir tepkime oluşur. İkinci kapta bulunan Cu+SO4’deki pozitif elektrik yüklü iyonları ise pozitif kutbu, yani bakır çubuğa doğru giderlerken ve orada birikirler. Burada biriken bakır iyonları daha lsonra elektrik yüklerini sıfırlarlar. Diğer kaptaki elektrik yükü SO4 iyonları ise negatif kutba, yani çinko çubuğa giderek çinkoyu eritmeye başlar. Bu sırada elektron da verirler. Sonuçta bir kimyasal tepkime olur.Buraya kadar olanları özetleyecek olursak, çinko çubuğun eridiğini ve bakır çubuk üzerinde de bir bakır tabakası oluşturduğunu görürüz. Aynı cins madde ile kaplandığından pozitif kutuplanma olmadığı görülür. Bu pillerin gerilim farkı değişmez. Bu nedenle günümüzde hala kullanılmaktadır.

c) Leclanche Pili:

Bu pilde elektrolit olarak nişadırın sudaki eriyiği kullanılmaktadır. Pozitif kutup olarak kömür, negatif kutup olarak da çinko kullanılmalıdır. Leclanche pilinin çalışma ilkesini tam olarak anlayabilmek için şöyle bir deney yapmakta yarar vardır. Bir kabın içine su koyalım. Bu suyun içinde de nişadır eritelim. Eriyiğin içine bir kömür, diğeri de çinko iki çubuk batıralım. Bu iki çubuğu bir iletkenle birleştirelim. Pozitif yüklü NH4 kömür  çubuk üzerini kaplar ve kutuplaşmaya yol açar. Leclanche  pilinde bu kutuplaşmayı  önlemek amacıyla mangandioksit kullanılır. Gözenekli bir küçük kap içine konan mangandioksite çarptıkları zaman yanarlar. Öte yandan Klor iyonları da çinko çubuğa, yani negatif kutba doğru giderler. Burada ZnCl2’ye dönüşür. Pilden akım geçtiği süre içinde kömür çubuğu kaplayan mangandioksit eksilir. Bunun sonucunda pilden akım geçmeye başlar. Leclanche pilleri sürekli elektrik akımı elde edilmeyen yerlerde kullanılır. Çünkü  mangandioksit bitmesi ve kömür çubuğun kutuplaşması akımın kesilmesini ve kömür çubuğun kutuplaşmasını sağlar. Fakat bir süre sonra kutuplaşma devam eder. Sürekli elektrik akımının elde edilmesini gerektirmeyen yerler için ideal bir pildir.

d) Kuru Pil:

Silindir şeklinde bir çinko kap alalım. İçine suda eritilmiş nişadırı jelatinle karıştırarak, yoğun bir duruma getirip koyalım. Daha sonra içine mangandioksitle kaplanmış bir kömür çubuk yerleştirelim. Devreyi tamamladığımızda günümüzdeki kuru pil yapılmış olur. Çalışma ilkesi aynı Leclanche pilinde olduğu gibidir. Sadece sıvı elektrolit yerine daha koyulaştırılmış ve katı duruma getirilmiş elektrolit kullanılmıştır. Bu nedenle taşınması açısından kolaylık sağlanmıştır.

2.)GÜNLÜK HAYATTAKİ KULLANIMLARINA GÖRE PİLLER:

   a) Şarj edilemeyen piller:

    *Alkalin pil:   Alkali pillerin anodunda yüksek-yüzey alanlı çinko tozu, katodunda ise yüksek kaliteli mangan dioksit (MnO₂) bulunmaktadır. Elektroliti pelteleştirmek için bir selüloz türevi kullanılır. Elektrolit, potasyum hidroksittir. Alkali piller, aktif katot maddesi olarak cıva oksit (HgO) veya gümüş oksit (Ag₂O) gibi maddeleri de kullanılır. Alkalin teknolojisi, yüksek enerji çeken cihazlar için güç sağlar.Alkali pili kendi kendine yılda %2 oranında deşarj olur. Alkali pilleri, yüksek oranda enerji tüketen cihazlarda (digital kameralar gibi) verimli olarak kullanmak mümkün değildir. Düşük oranda enerji tüketen aletlerde radyo ve saat gibi, çok verimli şekilde kullanılır.Kullanılmayan alkali piller kuru ve soğuk yerde depolanmalı. Alkali pil kullanılan cihaz 30 günden fazla çalıştırılmıyorsa pili cihazda tutup deşarj olmasına neden olunmamalıdır.

   *lityum pil: Paket hesap makineleri, saatler ve fotoğrafçılık cihazları, taşınabilir CD çalarlar, duman alarm sistemlerinde kullanılır.

   *Gümüş-oksit pil: Gümüş oksit piller çok az miktarda kullanılır. Bu piller düğme şeklinde çeşitli boyutlarda üretilir. Alkali veya çinko-karbon düğme hücreli pillerden daha fazla sabit voltaj üretirler. Gümüş oksit piller, cıva oksit pillerle içten şarj edilebilirler. İşitme cihazlarında ve saatlerde kullanılmaktadır. Cıva Oksit pillere göre gümüş oksit piller genelde çok daha pahalıdır. Gümüş oksit piller %1 oranında cıva içerir. Bu piller ayrıca gümüş de içerir. Gümüş oksit pillerde gaz oluşumunu önlemek için cıva kullanılır. Gümüş oksit piller, diğer düğme pillere çok benzediğinden diğerlerinden ayırmak oldukça zordur.  Bu pillerde cıva miktarı %0.025 fazla olmamalıdır. Gümüş oksit piller tehlikeli atıklar sınıfına girmektedir. Kullanım yerleri,hesap makineleri, kameralar, bilgisayarlar, saatler, işitme cihazları.

    *Çinko-karbon pil: 1870-90’lı yıllarda ilk geliştirilen kuru pildir. Elektrolit, sulu amonyum klorür veya çinko kloründür. Elektrolite inert bir metal oksit ilave edilerek pelteleşmesi sağlanır. En çok kullanılan pillerden biridir. Genelde “Heavy Duty”, “General Purpose”, “Extra Heavy Duty” isimler altında satılır. Çinko karbon pillerin ömrü alkali pillerden daha kısadır ve daha az güçlüdür. Çinko karbon pillerde sızıntı sıkça görülür. Anodun yapısından dolayı çinko-karbon piller alkali pillerden daha az cıva içerir. Korrozyon kontrolü ve hidrojen gazının serbest hale geçmesini önlemek için cıvaya ilaveten çinko karbon pilleri, kurşun, kadmiyum, arsenik, krom, bakır, demir, mangan, nikel, çinko ve kalay gibi metaller içerir. Çinko – karbon pillerde %0.01’in altında cıva bulunmalı.  Kullanılmayan alkali piller kuru ve soğuk yerde depolanmalı. Çinko karbon pil kullanılan cihazlar 30 günden fazla çalıştırılmıyorsa pili cihazda tutup deşarj olmasına neden olunmamalıdır.  Pilden sızan amonyum klorür göze temas ettiğinde ciddi sulanmaya neden olur. Çinko klorür çok korrozif bir maddedir. Çinko karbon piller 54 ^oC üzerinde depolandığı zaman hidrojen gazı kaçmasına neden olabilir.

Kullanım yerleri flaş lambaları, radyolar, oyuncaklar,saatler, traş makineleri.

Diğerleri;

    *Merküri pil

    *ısıl pil

    *çinko-klorid pil

     b) Şarj edilebilen piller:

    *Nikel-kadminyum pil:   Adından da anlaşılacağı gibi nikel ve kadmiyum dan yapılmış  pillerdir. Bu piller hafızalı piller olarak ta adlandırılır.  Şarjlı halde 1.44 volt maksimum voltaja sahiptir. Boş halde 1.2 voltta tutulmalıdır. Bu pillerin verimli kullanılması için 1.1 volt pil geriliminde mutlaka tekrar şarj edilmeleri gerekir. Bunun için özel düzenekler mevcuttur. Bu pillerin güç eğrisi birden azalır ve kullanım süresi sonunda güç birden düşer. Tüm pillerin üzerinde mevcut olan pilin akım gücünü gösteren bir  rakam mevcuttur bu mAmper / saat olarak ifade edilir. Bir pilin üzerinde 800  mA /h yazıyorsa bu şu demektir:   Bu pil 800 mA akımı ancak bir saat akıtabilir. Eğer bu pilden devamlı olarak 100 mA akım çekiyorsanız o zaman bu pil size  8 saat hizmet edecektir. Nikel - Kadmiyum pillerin şarjında değişik teknikler kullanılır, bunlar pilin ömrünü uzatmak için yapılan işlemlerdir. Pil yarı  boşalmış halde iken şarj edilmez, aksi halde pil hafızasında  tuttuğu bu noktadan ileriye doğru şarj olur bu da kapasitesini  düşürür. Bu tip piller önce boşaltılır, sonra şarj edilir.  Tricle şarj tekniği denen bir teknik de gelişmiş şarj cihazlarında  mevcuttur. Bu teknikte düşük akım  kullanılır. Discman, walkman, avuç içi bilgisayarlar, elektronik oyunlar, telsiz telefonlar, el fenerleri ve müzik aletlerinde kullanım için uygun pillerdir. Nikel kadmiyum piller kablosuz cihazlarınızı yüksek enerji kuvveti ile destekler. Yaklaşık 1000 kere şarj edilebildikleri için uzun vadede ekonomi sağlarlar.

    

    *Lityum iyon pil:  Lityum iyon (Li-Ion) pillerde, Lityum metali kullanılmaz. Çünkü Lityum metali çok aktiftir. Lityum metali yerine Lityum bileşiği kullanılır. Lityum iyon pillerin katodunda lityum kobalit, LiCoO₂, anotta ise grafik karbon ve elektrolizde lityum tuzu kullanılır. Lityum tuzu, susuz bir solventte çözülerek elektrolit elde edilir. Lityum iyon pilleri Ni-Cad (Ni-Cd) veya Ni-MH (NiMH) pillerden oldukça hafiftir. Li-Ion pilleri, aynı boyuttaki Ni-MH pillerin dört katı güce sahiptir. Lityum pilleri, düşük enerji tüketimi gerektiren aletlerde (duman alarmı gibi) kullanılması çok faydalıdır. Böylece uzun zaman (birkaç yıl) kullanılabilir. Lityum piller özel olarak bertaraf edilmesi için yeterli miktarda zararlı ve zehirli madde içermez.

Diğerleri;

     * Lityum iyon polimer pil

     *sodyum-sülfür pil

     *Nikel-demir pil

     *Nikel-çinko pil   

     *sodyum-metal klorid pil

            

ÜRETEÇLERİN BAĞLANMASI

1. Seri Bağlı Üreteçler: Seri bağlı üreteçlerin her birinden eşit şiddette akımçekilir. Dolayısıyla üretecin tükenme süresinden bir kazanç yoktur.Üreteçlerintoplam elektromotor kuvveti, her birinin elektromotor kuvvetlerinin toplamınaeşittir. ε_T = ε₁ + ε₂ + ε₃ dür. Üreteçler seri bağlı olduğundan içdirençlerinin toplamı, r_T = r₁ + r₂ + r₃ olur.

2. Ters Bağlı Üreteçler: Bir üretecin (–) kutbunu diğer üretecin (–) kutbuna ya da (+) kutupların birbirine bağlanmasıyla elde edilen bağlama şekline ters bağlama denir. Ters bağlamada emk lar birbirini yok edici yönde etki yapar. Eğer ters bağlı iki üreteç özdeş ise toplam emk sıfır olur. ε_T= |ε₁ – ε₂| dir. Büyük emk değeri küçük emk değerinden çıkarılır.Üreteçler ters bağlı olsa da iç dirençler seri bağlıdır. Dolayısıyla toplam iç direnç r_T = r₁+ r₂olur. Şekildeki gibi, ikiden fazla üreteç var ise, önce seri bağlı olanların emk ları toplanır. Sonra diğer emk ile aradaki fark alınır. Örneğin, ε₁ + ε₂ > ε₃ ise, toplam emk, ε_T = ε₁ + ε₂ – ε₃ olur.

3. Paralel Bağlı Üreteçler: Bir üretecin (+) kutbunu diğer üretecin (–) kutbuna bağlanmasıyla elde edilen bağlama şekline seri bağlama denir. Üreteçlerin (+) kutbu bir noktada (–) kutbu da başka bir noktada olacak şekilde birleştirilerek oluşturulan bağlamaya, paralel bağlama denir.Paralel bağlı üreteçler özdeş seçilir. Özdeş olmaması durumunda devre analizi için yeni kurallar gereklidir.

• Paralel bağlı üreteçlerin devreye verdikleri akımlar eşit olur.

• Toplam emk üreteçlerden birinin emk sına eşittir. ε_T = ε dir.

• İç direnci önemsiz paralel bağlı üreteç sayısının artması devreden geçen

akım şiddetini etkilemez. Fakat üreteç sayısı arttıkça her bir üreteçten

geçen akım azalır ve üreteçlerin tükenme süreleri artar. ,

• Paralel bağlamanın özelliği gereğince, toplam iç direnç r_T=r/n den bulunur.