ALTERNATİF AKIM

1. ALTERNATİF AKIM Elektrik Akımı İnsanoğlunun vazgeçemeyeceği nimetlerdendir. HAZIRLAYANLAR ŞERİFE ÖZDOĞAN & NERGİS SEVİM KALAYCI 20293740 20394314

2. İÇİNDEKİLER • Alternatif alımın elde edilmesi • Alternatif akımın etkin değeri • Alternatif akımın etkileri • Isı etkisi • Kimyasal etkisi • Manyetik etki • Alternatif akım devreleri • Sadece R dirençli devre • Sadece selfli (indüktörlü) devre • Sadece kondaktörlü (kapasitörlü) devre • Dirençli ve selfl devre (RL devresi) • Direnç ve kondansatörlü devre( RC devresi) • Direnç, self ve kondansatörlü devre (RLC devresi)

3. ALTERNATİF AKIMIN ELDE EDİLMESİ Şekil deki gibi OO’ ekseni etrafında, mıknatıslar arasında dönebilen bir KLMN çerçevesini( sarım) sabit bir hızla döndürelim.Çerçevenin uçları, eksen etrafında dönen birer metal yüzüğe bağlanmıştır.Yüzüklerden her biri F1 ve F2 fırçalarından birine sürekli olarak dokunurlar. Bu basit üretecin kutupları olan fırçalar, elde edilecek olan akımın değişimini incelemek için bir ölçü aletine bağlanmaktadır. Çerçeve döndürülürken içinden geçen manyetik akı sürekli değişir. Böylece tel çerçevede bir indüksiyon emk sı doğar. İlk ve İkinci 90 dercelik dönmelerde NMLK yönünde indüksüyon akımları meydana gelir. Bu akımlar dış devreye F1 fırçasından cıkarlar. Üçüncü ve dördüncü 90 derecelik dönmelerde ise çercevede (indüklenende) ters yönde indüksüyon akımları meydana gelir.

4. Bu sefer dış devreye F2 fırçasından çıkarlar. İşte böyle zamana bağlı olarak periyodik bir şekilde yön ve şiddet değiştiren akımlara Altenatif akımlar(ac) denir. Alternatif akım kaynakları şeklinde gösterilirler. Bu akımların şiddeti üreteç ve pil gibi doğru akım kaynaklarının sağladığı akım şiddetinden cok daha büyüktür.Şekil 5.2 deki tel çerçeve manyetik alandadöndükçe, tel çerçeve içinde kalan manyetik alan değişiminden kaynaklanan emk yı bulalım.Herhangi bir andaki yüzeyden geçen manyetik akı, Açısı, B alanıyla A yüzeyinin normali arasındaki açıdır. Çerçeve döndükçe α açısıda değişir. Eğer çerçeve sabit açısıyla hızıyla döndürülürse, t zamanda

5. Kadar açı dönülmüş olur. Burada f tel çerçevenin saniyedeki dönme sayısıdır ve alternatif akımın frekansı olarakta adlandırılır.Buna göre yüzeyden geçen manyetik akı Olarak yazılabilir.Tek sarımlı çerçeve yerine N sarımlı çerçecve alınırsa akı, Olur.

6. Devrede oluşan indüksiyon emk sının Olduğunu biliyoruz.Burada manyetik akı değişimi sabit olmadığından indüksiyon emk sı değişken olup herhangi bir t anındaki değeri Bağıntısı ile bulunur. Burada olması türevden kaynaklanır. Yazılır. Elektromotor kuvveti olan bir alternatif akım kaynağı, R dirençli bir devreye akım verirse, devreden geçen akım şiddeti Ohm Kanununa göre

7. Den Şeklinde yazılır. Üzerinden akımı geçen R direncinin uçları asındaki V gerilimi Olur.

8. Alternatif akımın etkin değeri Alternatif akım uygulanan bir devrede bir devre elemanında harcanan gücü bulmak istersek hangi akım değerini alacağımızı ilk anda bilemeyebiliriz.Akımın maksimum değerini alsak büyük bir hata payı oluşur. Cünkü akım bir peryotluk süre içinde sadece iki kez ve anlık olarak maksimum değere ulaşır. Ortalama değeri almak istersek bu değerin 0 olacağını garfikten anlayabiliriz. Bunu belirlemenin en güzel yolu , bir dirençten, belli bir zaman aralığında verilen alternatif akımın sağladığı ısı miktarını, aynı dirençte ve aynı sürede bir doğru akım tarafından elde temekteyiz. Bu dğoğru akım değerine ve potansiyel farkına, o alternatif akımın etkin akım şiddeti ve etkin potansiyel farkı diyoruz.Bir başka deyişle alternatif akımla, aynı bir dirençte aynı zamanda eşit miktarda ısı açığa çıkaran doğru akımın değerine alternatif akımın etkin değeri değeri denir. Buna göre bir direnç üzerinden geçen alternatif akımın etkin değeri Bağıntısıyla verilir.

9. b) a) Alternatif akımın zaman bağlı garfiği Akım için etkin değerin karesinin gösterimi

10. Alternatif Akımın Etkileri • Isı Etkisi Bir alternatif akımın ısıtma ve aydınlatma alanlarında bir doğru akım yerine kullanılmasında hiç bir sakınca yoktur. Alternatif akım gecen R dirençli bir tel ısınır. Alternatif akımın şiddeti durmadan değiştiği için ısınında değişmesi gerekir. Alternatif akımların frekansı 50s dir. Bu demektir ki 1 S lik bir zaman içinde bu akımın geçtiği bir iletkenden yayılan bir ısı 100 kez maksimum 100 kez sıfır olacaktır. Isının bukadar çabuk değişmesi kullanma alanlarının hiçbirisinde bir sakınca doğurmaz. Tel direnci R olan bir iletkenden Alternatif akım geçtiğinde açığa çıkan ısı enerjisi doğru akımınkine benzer şekilde; bağıntısı ile bulunur.

11. Kimyasal Etkisi Alternatif akım devresine bağlanmış olan bir voltmetrenın elektrotları nöbetleşerek anot v katot olurlar. Oluşacak elektroliz olayının kurulan voltmetreye bağlı olduğunu biliyoruz. Elektrotları bakır ve elektroliti CuSo4’ ın sudaki eriyiği olan bir voltmetrede, Cu, bir yarım peryot içinde bir elektrotta toplanırsa, ardından gelen yarım peryotluk zamanda öteki elektrot üzerinde birikir. Bu yüzden elektroliz sonunda elekrotlardan herhangi biri bakırca zenginleşmez. Asitli suyun elektrolizinde Alternatif akım kullanılırsa her iki elektrotta da suyu luşturacak oranda Hidrojen ve oksijen toplanır. Sonuç olarak alternatif akım elektorliz yapılamaz ve aküler doldurulamaz.

12. c)Manyetik etkisi Alternatif akım etraflarında değişimli manyetik alanlar meydana gelir. Sabit bir manyetik alan içinde bulunan birtelden alternatif akım geçirdiğimizde, tele etkiyen elektromanyetik kuvvetlerde alternatif olurlar. Şiddeti ve yönü devamlı değişen bu kuvvetlerin etkisiyle tel titreşim yapar. Bu sebelerle alternatif akımlar dönen mıknatıslı veya dönen makaralı ölçü aletlerine etki yapamazlar, ve dolayısıyla bu aletlerle ölçülemezler.

13. ALTERNATİF AKIM DEVRELERİ Alternatif akım değişken olduğundan devre elemanları üzerinde doğru akımlardan farklı özellik gösterir.şimdi değişik devrelerde alternatif akımın,akım şiddeti,potansiyel farkı ve direnç arasındaki bağıntılarını inceleyelim. A)Sadece R Dirençli Devre Sadece R direnci bulunan bir devreye Şekil 5.4adaki gibi bir alternatif akım uygulayalım.bu takdirde direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı, dir

14. Ve dirençten geçen alternatif akımın şiddeti, Olur.akımla gerilimin zamana bağlı grafikleri çizildiğinde her ikisinin de maksimum değerleri aynı anda aldıkları ve aynı anda sıfır oldukları görülür(şekil 5.4b)akım ve gerilimin bağıntılarından ve grafikten yorum çıkarılacak olursa akım ve gerilimin aynı anda fazda oldukları sonucuna varılır.

15. B)Sadece Selfli(İndüktörlü)Devre Direnci ihmal edilebilen bir indüktöre bir alternatif emk uygulanırsa(şekil 5.5a)indüktörde akımın değişmesinden dolayı birözindiksiyon emk sı doğar. İndüktörün iki ucu arasındaki potansiyel farkı dir. Akım denklemi ise, olarak yazılır.

16. o halde indüktörden geçen akımın şiddeti olarak yazılır. indüktörden geçen alternatif akımın etkin değeri ise, Dir.Buradan demek ki indüktörün alternatif akıma karşı göstermiş olduğu dirençtir.buna indüktörün indüktansı denir ve olarak gösterilir

17. C)Sadece Kondansatör(Kapasitör)lü Devre Bir kondansatörlü devreye doğru akım kaynağı bağlandığında belli bir süreden sonra akım geçmezken,alternatif akım uygulandığında devreden yönü ve büyüklüğü değişen bir akımın geçtiği görülür.şekil 5.6a da bir kondansatöre alternatif akım uygulandığında gerilim artarken akım azalmakta ve gerilim maksimum değerini aldığında akım sıfır değerine inmektedir.Bu durumda kondansatör yüklenmesini tamamlamıştır.Gerilim azaldıkça kondansatör devreye akım vererek boşalmaya başlar.Devreye uygulanan gerilim sıfır olduğunda akım en büyük değerini alır.O halde akımla,gerilim arasında radyanlık(90)fazfarkı vardır.bu faz farkı kadar akım erilimden öndedir(şekil 5.6b).şekil 5.6c de ise akımve gerilimin maksimum genliklerinin vektörel olarak,fazfarkıyla birlikte çizimi görülmektedir. Sığası c olan kondansatörün uçları arasındaki potansiyel farkı, Olur.

18. Kapasitansın tanımından Olduğundan akım denkleminde yerine yazılırsa akım, Olduğunu görürüz.Burada direnç gibi davranan Xc ye kapaitif reaktans(kapasitans)denir ve Olarak tanımlanmıştır. Sıfıra gidreken sonsuza gidecektir.bu durum, yani sıfıra gitmesi akımın doğru akıma yaklaşması anlamına geldiğine ve doğru akım devresinde kondansatörün akım geçirmeyip sonsuz direnç gösterdiğini biliyoruz.

19. D)Dirençli ve selfli Devre(RL Devresi) Şekil 5.7a daki bir direnç veself (indüktör) den oluşan devreye geriliminde doğru akım uygulandığında geçen akım şiddeti olsun.bu devreye aynı gerilimini sağlayan alternatif akım uygulandığında devreden geçen akım şiddeti akımından daha küçük olduğu görülür.Devreye alternatif gerilim uygulandığında akımın küçülmesi,devrenin direncinin artmasıyla açılanabilir.Devreden geçen alternatif akım şiddetinin değişmesi,devrede bir öz indüksiyon emk sının oluşmasını ve bu yüzden devre direncinin büyümesini gerçekleştirir. Bir RL devresinde direnç ve bobinin davranışı ile empedans ve gerilim garfikleri

20. Devreye Uygulanan Alternatif Gerilim dir.devrede akımla gerilim arasında bir faz farkı vardır ve akım gerilimden geridedir.(Şekil 5.7b). akımla gerilim arasındaki faz farkına Q dersek akım şiddetin, şeklinde yazabiliriz. Alternatif gerilimle akım arasında, bazı işlemler sonunda bağıntısı elde edilir. Bu bağıntıdaki büyüklüğü RL devresinin alternatif akıma karşı gösterdiği dirençtir

21. Buna RL devresinin empedansı denir ve Z ile gösterilir. O halde: ve olur. X L ile R yi birbirine dik vektörlerle benzetirsek Z bunların bileşkesi olur (Şekil 5.7c). akımla gerilim arasındaki faz farkı Q,Z ile R arasındaki açı olup Şekil 5.7c den olarak bulunur.

22. Bağıntıdaki R ve XL sıfırdan büyük olduğuna göre faz farkı q<90 derece olur. Buna göre gerilim ve akımın zamana bağlı grafiği çizilirse Şekil 5.7b deki gibi olur Devrenin iki ucu arasındaki potansiyel farkı,seri bağlı direnç ve indüktörün potansiyel farklarının toplamına eşit değildir. Empedansta olduğu gibi direnç ve indüktörün potansiyel farklarını birbirine dik vektörler gibi düşünürek vektörel toplam yapıldığında devrenin uçları arasındaki potansiyel farkı bulunmuş olur (Şekil 5.7c). e)Direnç ve kondansatörlü devre( RC Devresi)

23. Şekil 5.8a daki gibi seri bağlı direnç ve kondansatörlü bir devrede etkin akım ile etkin gerilim arasında bağıntısı vardır. Buradaki kondansatörlerin alternatif akıma karşı gösterdiği dirençtir. RC devresinin alternatif akıma karşı gösterdiği bileşke direnç O halde alternatif akımla gerilim arasındaki ifade dir. XC ile R yi birbirine dik vektörlere benzetirsek Z bunların bileşkesi olur ( Şekil 5.8c). Akımla gerilim arasındaki faz açısı olup Q,Z ile R arasındaki açı olup Şekil 5.8c den den bulunur

24. Devrenin iki ucu arasındaki gerilim, direnç ve kapasitörün gerilimlerinin toplamı değildir. Aynen empedansta olduğu gibi direnç ve kapsitörün gerilimleri birbirine dik vektörler gibi düşünülerek bileşke vektör bulunur ve bu bileşke devrenin uçları arasındaki gerilimdir ( Şekil 5.8c). e)Direnç, Self ve Kondansatörlü Devre( RLC Devresi)

25. Birbirine seri bağlanmış,direnci R, öz indüksiyon katsayısı L ve sığası C olan elemanlardan oluşan devreye alternatif bir gerilim uygulanmış olsun ( Şekil 5.9a). böyle bir devrenin gerilim ve akım denklemleri, bu denklemler arasında yapılan işlemler sonucunda etkin akım ve gerilim arasında bağıntısı bulunmuştur. Buradaki büyüklüğü devrenin görünen direnci yani empedansı dır ve Z ile gösterilir. ( Ayrıca olduğunu biliyorsunuz.) o halde etkin gerilim ve akım arsındaki ifade olarak yazılabilir

26. Bir RLC devresini empedansı, devre elemanlarının görünen dirençlerinin Şekil 5.9b de görüldüğü gibi vektörel toplamı düşünülerek bulunur. Devre uçları arasındaki gerilim de Şekil 5.9b de görüldüğü gibi hesaplanır. Devredeki self ve kondansatörden ileri gelen faz farkları birbirine göre zıt yöndedir.akımla gerilim arasındaki Q faz farkı olarak bulunur. Faz açısının gerilimler diyagramından da bulunabileceğini görüyorsunuz. Bu bağıntılara göre akımla gerilim arasındaki faz farkı XL ve XC nin birbirine büyüklüklerine bağlıdır.

27. Eğer ; XL>XC ise Q pozitif ve akım geriliminden geridedir. XL<XC ise Q negatif ve akım geriliminden ileridedir. XL=XC ise Q olup akımla gerilim aynı fazdadır. İfadesi olur. Devrenin rezonans frekansı ise olarak bulunur.

28. Bir RLC devresinde rezonans halinde empedans en küçük değerini aldığından devre akımı en büyük değerini alır. O halde bir RLC(genel) akımın enbüyük değerini alabilmesi için ya kaynak frekensı değiştirilerek XL=XC yapılır. Yada frekans sabit tutulup L ve C ya da her ikisi birden değiştirilerek devre rezonans haline getirilebilir. Radyo alıcılarında C’yi değiştirmek suretiyle alıcını titreşim frekansı, vericinin titreşim frekansı ile rezonans haline getirilmektedir. Seri bağlı bir RLC devresinde empedans için bulduğumuz, bağıntısını , devrede bu üç elemandan herhangi birinin veya ikisini bulunmaması halinde de kullanabiliriz. Devrede olmayan elemanın yerine sıfır yazılır.

29. Mesela ; Sadece self yoksa , Sadece kondansatör yoksa, Self ve kondansatör yoksa, Self ve kondansatör yoksa, olur.