Prizdeki akım
saniyede
defalarca yön değiştirir
Pilin akımı hep aynı yöne akar; prizin akımı akmaz, salınır. Bu ünitede üç yeni engel tanıyacaksın: ohmik direnç ısı kaybettirir, bobin değişime karşı koyar, sığaç yük biriktirip boşaltır. Üçünün eş değeri empedanstır.
Zamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir. Pil, akü, güneş pili, dinamo gibi elektromotor kuvvet kaynakları ile oluşturulan elektrik devrelerinde yönü değişmeyen bir elektrik akımı elde edilir.
Doğru akımın yönü değişmez ama şiddeti, kaynak gerilimi değiştirilerek artırılıp azaltılabilir. "Doğru akım" demek "hep aynı büyüklükte" demek değildir; değişmeyen şey yöndür.
Doğru akım; telekomünikasyonda, televizyon, radyo, bilgisayar gibi elektronik cihazlarda, elektromıknatıslarda, tren, tramvay ve metro gibi elektrikli taşıtlarda ve elektroliz olayında kullanılır.
Doğru akım kaynaklarının başlıcaları: pil, akü, güneş pili ve bisiklet dinamosu.
Zamanla yönü ve şiddeti değişen akıma alternatif akım denir. Güçlü elektrik motorlarında, buzdolabı, çamaşır makinesi, klima gibi teknolojik aletlerde ve sokak lambalarında alternatif akım kullanılır.
Alternatif akım, iletken çerçevenin içindeki manyetik akı değişimi ile indüksiyon akımı elde edilmesi ilkesine dayanır. Alternatif akım üretmeye yarayan araçlara alternatör denir. Çerçeve periyodik olarak döndürüldüğünde halka üzerinde yönü ve şiddeti sürekli değişen alternatif gerilim ve alternatif akım oluşur.
Manyetik alandaki alternatörler hidroelektrik santrallerde akan suyun mekanik enerjisiyle; termik ve nükleer santrallerde ise buhar basıncıyla döndürülerek alternatif akım elde edilir. Üretilen akım iletim hatlarıyla evlere ve iş yerlerine taşınır. Devre şemalarında alternatif akım kaynağı dalgalı çizgi sembolüyle gösterilir.
İki akım türünün de kendi üstün olduğu alanlar var. Nitekim doğru akım motorlarının kullanıldığı yerlerde alternatif akım, doğru akıma çevrilerek kullanılmaktadır. Yani evine gelen akım alternatiftir; bilgisayarının içinde çalışan akım doğrudur. Adaptörün işi tam olarak bu çevrimdir.
Alternatif akım devrelerinde gerilim ve akımın değeri periyodik olarak değişir. Akım bir periyotluk sürede maksimum değerine iki defa ulaşır. Sürekli değişen bir büyüklüğü tek bir sayıyla söyleyebilmek için "etkin değer" tanımlanmıştır.
Alternatif akımın bir dirençte belirli bir sürede sağladığı ısı miktarı, aynı dirençte ve aynı sürede doğru akımla da elde edilebilir. Bu enerjiyi sağlayan doğru akım geriliminin büyüklüğüne ve akım şiddetine, alternatif gerilimin ve alternatif akımın etkin değeri denir.
Alternatif akım devrelerinde kullanılan ampermetre ve voltmetrenin ölçtüğü değerler akım ve gerilimin etkin değerleridir. Etkin değerlerin kullanılması, alternatif akım değerlerinin doğru akım cinsinden ifade edilmesinde kolaylık sağlar.
Akım ve gerilimin etkin değerleri, maksimum değerlerinden daha küçüktür. Prizde yazan gerilim değeri etkin değerdir; o gerilimin tepe değeri daha büyüktür.
Doğru akım devrelerinde bulunan R direnci elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürür. Direncin uçları arasındaki gerilim ve direnç üzerinden geçen akım şiddeti sabittir: V = i · R ve P = i² · R.
Alternatif akım devrelerinde akıma gösterdiği zorluk sebebiyle sadece ısı kayıpları ile etki gösteren dirence ohmik direnç denir. R direnci alternatif akım devresine bağlanınca da Ohm Yasasındaki gibi davranır.
Yönünün ve şiddetinin değişmesi direncin devredeki davranışını
değiştirmez.
Alternatif akıma bağlı R direncinin gücü hesaplanırken akım ve
gerilimin etkin değerleri kullanılır.
Ohmik direnç değeri alternatif akımın frekansına bağlı değildir. Bobin ve sığaçtan ayrıldığı en önemli nokta budur.
Bobinin geometrik özelliklerine, ortama ve diğer fiziksel karakteristiklerine bağlı olan büyüklüğe indüktans denir. İndüktans L sembolü ile gösterilir. Birimi henry (H) dir. Bobinin depolayabileceği enerjinin bir ölçüsüdür.
Alternatif akım devresinde bobinin, yapıldığı iletkenden dolayı sahip olduğu ohmik direncinin dışında öz-indüksiyon akımı nedeniyle devre akımına gösterdiği zorluğa indüktif reaktans denir. X_L ile gösterilir, birimi ohmdur. Alternatif akımın frekansı ile birlikte bobinin fiziksel özelliklerine ve ortama bağlıdır.
Bobin, alternatif akım devrelerinde frekansı yüksek olan alternatif akıma daha fazla indüktif reaktans uyguladığı için bu frekanstaki akımları düşük şiddetle geçirir. Düşük frekanslardaki akımları da yüksek şiddette geçirdiğinden istenilen frekans ve akım şiddetleri ayarlanabilir.
• Radyo alıcı-verici devrelerinin yapımında kullanılır.
• Akım değişimine karşı gösterdiği direnç etkisi sebebiyle evlerde
ve sanayide devre koruyucu olarak kullanılır.
• Yıldırım düşmesi ve diğer kaçak akımlarda canlıların ve elektronik
cihazların zarar görmemesi için bobinli devreler kullanılır.
Doğru akım kaynağına bağlanan sığaçlı devrede anahtar kapatıldığında sığaç tamamen yükleninceye kadar devredeki akım zamanla azalır. Bu sürede sığacın gerilimi artarak doğru akım kaynağının elektromotor kuvvetine zıt ve eşit büyüklüğe ulaşır. Sığaç tamamen dolduğu andan itibaren devreden akım geçmez.
Sığaçlar elektrik enerjisini levhaları arasında oluşan elektrik alanda depolar. Sığaç depoladığı enerjiyi bu alanın boşaltılması sırasında tekrar devreye verir. Fotoğraf makineleri ve kameralardaki flaş ışığı bu şekilde elde edilir.
Sığaç alternatif akım kaynağına bağlanırsa alternatif akımı geçirir. Devrenin gerilimi sürekli değişken olduğu için sığaçtaki gerilim ile kaynağın gerilimi eşit oluncaya kadar akım artar; eşitlendiğinde yük akışı durur. Bu esnada gerilim yön değiştirdiğinden sığaç boşalır ve devrede ters yönde önce artıp sonra azalan bir akım ortaya çıkar.
Sığacın yük depolayabilme kapasitesine kapasitans denir. C sembolü ile gösterilir ve birimi faraddır (F). Aynı gerilim altında sığacın depolayabileceği enerjinin bir ölçüsüdür.
Alternatif akım devrelerinde sığacın akıma karşı gösterdiği zorluğa kapasitif reaktans denir. X_C sembolü ile gösterilir, birimi ohmdur. Kapasitif reaktans; alternatif akımın frekansı, sığacın fiziksel özellikleri ve levhalar arasındaki yalıtım malzemesine bağlı olarak değişir.
Alternatif akım devresinde sadece sığaç varsa devrede güç (enerji) harcanmaz. Sığaç enerjiyi harcamaz, depolayıp geri verir. Isıya çeviren tek eleman ohmik dirençtir.
Alternatif akım devrelerinde direnç, bobin ve sığaç tek başına bulunabileceği gibi amaca göre birlikte de bulunabilir. Birden fazla devre elemanının kullanıldığı alternatif akım devrelerinde devre elemanlarının gösterdiği dirençlerin eş değerine empedans denir. Empedans Z sembolü ile gösterilir; birimi ohmdur.
Belli bir frekans değerinde sığacın kapasitif reaktansı ile bobinin indüktif reaktansı birbirine eşitlendiğinde empedans en küçük değerini alır. Bu duruma devrenin rezonans hâli denir. Bu durumda devrenin empedansı en küçük değeri aldığından akım en büyük değerini alır. Bunu sağlayan frekans değerine de rezonans frekansı denir.
Devre rezonans hâldeyken akım maksimum değerini alır. Direnç
üzerinden harcanan güç en büyük değerini alır.
Rezonans hâlindeki devrede akım ve gerilim aynı fazdadır.
Dört kavram çok benziyor ama ikisi elemanın kendi özelliğidir
(indüktans L, kapasitans C — depolanan enerjinin ölçüsü), ikisi
ise akıma gösterilen zorluktur (indüktif reaktans X_L, kapasitif
reaktans X_C — birimi ohm).
Ayırt edici soru: birimi ohm mu? Ohm ise reaktanstır; henry ya da
farad ise elemanın kendi büyüklüğüdür.
Evindeki her priz alternatif, cebindeki her cihaz doğru akımla çalışıyor. Arada hep bir çevirici var.
Prizden alternatif akım alır, telefona doğru akım verir. Telefonun pili alternatif akımla şarj edilemez — alternatif akımla akü şarjı yapılamaz.
Radyonun düğmesini çevirmek, devrenin rezonans frekansını değiştirmektir. Hangi istasyonun frekansına gelirsen o istasyonun sinyali maksimum akımla geçer, ötekiler zayıf kalır.
Flaş ışığı bir sığacın boşalmasıdır: pilden yavaşça dolar, tek seferde boşalır. Arka arkaya çok fotoğraf çekince flaşın bir an duraklaması, sığacın yeniden dolmasını beklemektir.
Sokak lambalarında alternatif akım kullanılır. Uzun mesafeye alternatif akım taşımak çok daha ucuz olduğu için tüm şehir aydınlatması bu akımla çalışır.
Kaçak akım rölesi ve devre koruyucular bobinli devrelerdir. Ani akım değişimlerine karşı koyarak hem cihazları hem de insanları korur.
Okula giderken bindiğin metro doğru akımla çalışır; sebebi devir ayarının ve düzenliliğinin doğru akım motorlarında daha kolay yapılmasıdır.
Hoparlör kutusundaki bobin yüksek frekanslı akımları düşük şiddette geçirir; böylece bas hoparlöre yalnız kalın sesler gider. Ekolayzır bunu ayarlar.
Laboratuvarda prizin gerilimini ölçtüğünde okuduğun sayı etkin değerdir; o gerilimin tepe değeri daha büyüktür. Aletler etkin değeri gösterir.
Hidroelektrik santrallerde akan suyun mekanik enerjisiyle dönen alternatörler elektriğini üretir. Musluğu açtığında yanan lambanın enerjisi aynı nehirden gelmiş olabilir.
54 soruluk test · doğru ve alternatif akım, etkin değer, bobin, sığaç, empedans ve rezonans
Zamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akımdır. Kaynakları: pil, akü, güneş pili, dinamo. Yönü değişmez ama şiddeti kaynak gerilimi değiştirilerek ayarlanabilir.
Zamanla yönü ve şiddeti değişen akımdır. Güçlü motorlarda, buzdolabı, çamaşır makinesi, klima gibi aletlerde ve sokak lambalarında kullanılır.
Alternatif akım, iletken çerçevenin içindeki manyetik akı değişimi ile indüksiyon akımı elde edilmesi ilkesine dayanır. Alternatif akım üretmeye yarayan araçlara alternatör denir.
Hidroelektrik santrallerde akan suyun mekanik enerjisiyle; termik ve nükleer santrallerde buhar basıncıyla alternatörler döndürülür.
Jeneratörlerinin üretim verimi çok büyüktür; motorlarının maliyeti çok düşüktür ve çok bakım gerektirmez.
Devir ayarı daha kolaydır; elektroliz ve akü şarjı yalnız doğru akımla yapılır; depolanması ve taşınması daha kolaydır; aynı gerilimde can güvenliği açısından daha az tehlikelidir.
Alternatif akımın bir dirençte belirli sürede sağladığı ısıyı aynı dirençte aynı sürede sağlayan doğru akım gerilimi ve akım şiddetidir. Akım bir periyotta maksimum değerine iki defa ulaşır.
Ampermetre ve voltmetrenin ölçtüğü değerler etkin değerlerdir. Etkin değerler maksimum değerlerden daha küçüktür.
Sadece ısı kayıpları ile etki gösteren dirençtir. Akımın yön ve şiddet değiştirmesi davranışını değiştirmez ve değeri frekansa bağlı değildir. Gücü hesaplanırken etkin değerler kullanılır.
İndüktans (L, henry) bobinin depolayabileceği enerjinin ölçüsüdür. İndüktif reaktans (X_L, ohm) bobinin öz-indüksiyon nedeniyle akıma gösterdiği zorluktur.
Bobin, frekansı yüksek akıma daha fazla indüktif reaktans uygular ve bu akımları düşük şiddette geçirir; düşük frekanslı akımları yüksek şiddette geçirir.
Kapasitans (C, farad) sığacın yük depolayabilme kapasitesidir. Kapasitif reaktans (X_C, ohm) sığacın akıma karşı gösterdiği zorluktur.
Doğru akımda sığaç tamamen dolduğu andan itibaren devreden akım geçmez; alternatif akımda ise sığaç akımı geçirir. Devrede sadece sığaç varsa güç harcanmaz.
Empedans (Z, ohm) devre elemanlarının dirençlerinin eş değeridir. X_C = X_L olduğunda empedans en küçük, akım en büyük değerini alır; bu rezonans hâlidir ve akım ile gerilim aynı fazdadır.