Fizik II
Deneyin Adı:
Pasif Devre Elemanları
· Doğru Akımdaki Yanıtları
Teorik Bilgi:
Direnç:
Bir elektrik devresinin, akım geçişine bir ölçüde yada bütünüyle karşı durma özelliği.
Direnç, mekanik sistemlerdeki sürtünmeye benzer; dolayısıyla ısı biçiminde enerji yayılmasına neden olur.
Bu tür işlev görmesi için tasarlanmış elektrik aygıtlarına "rezistör" denilir.
Basit bir elektrik devresinde R direnci, R= V/I formülüyle gösterilir. Burda V voltaj, I devredeki akımdır.
Elektrik yükleri rezistörden geçerken enerji saldıkları için pozitif akım yönünde bir voltaj düşmesi olur.
Bir rezistörde açığa çıkan P gücü, P= V.I formülüyle gösterilir.
Sıcaklığa bağlı olarak metallerin direnci genellikle artarken, yarı iletkenlerin direnci azalır. Çok düşük
sıcaklıklarda bazı madelerin direnci sıfıra düşer.
Kondansatör:
Edilgen devre elemanlarının elektrik yükleri depolama yeteneği.
Modern elektronikte, elektrik yüklerini ve akımlarını çok çeşitli amaçlarla depolamak ve denetlemek için kondansatörler
kullanılır. Bu kullanımdan bir çoğunun dayandığı ilke, kondansatörün empedansının, içinden geçen akımın frekansıyla
ters orantılı olmasıdır.
C kapasitansı, iletkenlerden birinin üstündeki yükün iki iletken arasındaki voltaja oranı, yani C= Q/V
olarak tanımlanır. Yük Coulomb olarak, voltaj da Volt olarak verilirse, kapasitans farad olacaktır.
Direnç ve Kondansatörlerin Bağlanması:
- Dirençlerin Bağlanması
· Seri Bağlama
Veş= V1+V2
I => tel boyunca sabit
I . Reş= I.R1 + I.R2
Reş= R1 + R2
· Paralel Bağlama
Ieş= I1+I2
V => her tel için sabit
V/Reş = V/R + V/R2
1/Reş = 1/R1 + 1/R2
- Kondansatörlerin Bağlanması
· Seri Bağlama
Veş= V1+V2
Q= ikisi içinde eşit
Q/Ceş= q/C1 + q/C2
1/Ceş = 1/C1 + 1/C2
· Paralel Bağlama
qt=q1+q2
V => her ikisi için eşit olup üretecinkine eşittir
Ceş . V = C1 V + C2 V
Ceş= C1 + C2
Bobin:
Sarım makaraları L ile ifade edilir. Birimi Henry (H)'dir. Bobinden geçen akım alternatif akımsa manyetik
akı oluşur. Bu akıda bobinden geçen akıma karşı yeni bir akım oluşturur. Bu nedenle bobinlerin hangi
frekansta çalıştığını bilmek önemlidir. Farklı frekans devrelerinde farklı tip bobinler kullanılmaktadır.
Doğru akımın frekansı 0 olduğu için, indüklenme yalnız alternatif akım geçerse meydana gelir.
Seri Devreler
a) RL Devresinin
Solenoid gibi bir bobin içeren devre, akımın aniden artmasını veya azalmasını engelleyen
bir öz indüksiyona sahiptir. Büyük indüktansa sahip bir devre elemanı indüktör olarak adlandırılır.
Seri RL Devresin de akım, kendi maksimum değerine doğru arttıkça indüktör, artan akıma karşı
koyan bir emk üretir. Yani devredeki gerçek bataryanın kutuplarının tersi kutuplara sahip bir batarya
gibi davranacaktır.
eL = -L dI / dt (indüktör tarafından oluşturulan ters emk)
t= L/R ( Burada ki t sabiti RL devresinin zaman sabitidir )
Fiziksel olarak t, akımın, son değer olan e/R nin
(1- 1/e) = 0,63 katına ulaşması için geçen zamandır.
b) RC Devresinin
Bir kondansatörün uçlarına bir potansiyel farkı uygulandığında, bu potansiyel farkının değişim hızı, devredeki kondansatörün sığasına ve devredeki dirence bağlı olur.
Bir kondansatörün yüklenmesi:
Yüklenme işlemi esnasında kondansatörün levhaları arasındaki boşluk bir açık devreyi temsil ettiğinden, yüklerin levhalar arasındaki boşluğu atlayıp karşıya geçemeyecekleri görülür. Fakat bir levhadan diğerine yük transferi, kondansatör tamamen yüklenene kadar, direnç, anahtar ve batarya üzerinden sağlanır. Maksimum yükün değeri bataryanın emk'ine bağlıdır. Maksimum yüke ulaşıldığında devredeki akım sıfır olur.
Şarj edilen bir kondansatörün zamana göre yük değişimi
-t/RC
q(t)= Q[ 1 - e ]
Bir Kondansatörün boşalması:
Q yüklü bir kondansatör de başlangıçta, anahtar açıkken, kondansatörün uçları arasında Q/C kadarlık bir potansiyel fark vardır.
-t/RC
q(t) = Q. e
denkleminden görülebilceği gibi kondansatör üzerindeki yük ve akımın t = RC zaman sabiti ile belirlenen hızla eksponansiyel olarak azaldığı görülür.
LC Devreleri:
Bir kondansatör, bir indüktöre bağlandığı ve daha sonra anahtar kapatıldığı zaman, konsandatördeki yük
ve akımda salınımlar başlar. Devrenin direnci sıfır ise, joule ısısı olarak bir ısı harcanmaz ve salınımlar
devam eder.
Kondansatör tümüyle dolu olduğu zaman, devredeki toplam U enerjisi kondansatörün elektrik alanında depolanır. Bu anda, akım sıfır ve böylece indüktörde depolanmış hiç enerji yoktur. Kondansatör yükünü boşaltmaya başladığı zaman, elektrik alanında depolanmış olan enerji azalır. Aynı zamanda, akım artar ve şimdi bir miktar enerji indüktörün manyetik alanında depolanır. Böylece, enerjinin, kondansatörün elektrik alanından indüktörün manyetik alanına aktarıldığını görüyoruz. Kondansatör tümüyle boşaldığı zaman, depolanacak enerji kalmaz. Bu anda, akım maksimum değerine ulaşır ve artık enerjinin tümü indüktörde depolanmış olur. Bu olay, bundan sonra ters yönde gerçekleşir. Bu enerji, akım ve yük, indüktör ve kondansatör arasında sonsuza kadar transfer olmaya devam eder. Dolayısıyla akım ve yük zamanla değişen sönümsüz salınım hareketi yapar.
U toplam enerjisi, sadece enerji kayıpları ihmal edilirse, sabit kalacağına dikkat edilmelidir. Gerçek devrelerde daima bir miktar direnç olacak ve böylece ısı biçiminde enerji kaybolacaktır. ( Gerçekte, teldeki dirençten ileri gelen enerji kayıpları ihmal edilse bile, devre tarafından elektromanyetik dalgalar biçiminde yayımlanan enerji kaybolacaktır.) İdealleştirdiğimiz durumda, devredeki bu salınımlar sonsuza kadar devam edicektir.
Sıfır dirençli bir LC devresinde, kondansatördeki yük ve devredeki akım zamanla
Q= Qm cos (wt + d )
I= dQ/dt = -wQm sin (wt + d )
bağıntılarına göre değişir.
RLC Devreleri:
LC devresinde toplam enerji sabit olmasına karşın, enerjiyi ısı şeklinde harcayan bir direncin varlığı sebebiyle RLC devresindeki toplam enerji artık sabit değildir. En basit durumda; R = 0 olduğu zaman, devre basit bir LC devresine indirgenir ve yük akım zamanla sinüssel olarak salınım yapar.
RLC devresinde yük ve akım, R'nin küçük değerleri için sönümlü harmonik davranış gösterir.
R'nin büyük değerleri dikkate alındığında, salınımların hızlı bir şekilde sönüme uğradığı görülür.
Cuma Haz. 08, 2007 5:35 pm