DENEY 5: ALTERNATİF AKIMDA FAZ FARKI (R, L VE C İÇİN)

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "DENEY 5: ALTERNATİF AKIMDA FAZ FARKI (R, L VE C İÇİN)"

Si̇mge Güngör
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 DENEY 5: ALTERNATİF AKIMDA FAZ FARKI (R, L VE C İÇİN) A. DENEYİN AMACI : Bu deneyin amacı, pasif elemanların (direnç, bobin ve sığaç) AC tepkilerini incelemek ve pasif elemanlar üzerindeki faz farkını gözlemlemektir. B. KULLANILACAK ARAÇ VE MALZEMELER : - Osiloskop - Sinyal jeneratörü - Çeşitli değerlerde direnç, kondansatör,bobin ve bağlantı kabloları C. DENEY İLE İLGİLİ ÖN BİLGİ: 5.1 GİRİŞ DC devrelerde yalnızca dirençler hesaba katılır çünkü DC devrelerde sığaç açık devredir ve bobinler kısa devredir. Fakat AC devrelerde bobin ve sığaç güç harcamadıkları halde akım çekerler. Bunlara ek olarak akım ve gerilim dalga şekilleri arasında faz farkı oluşur. Dirençlerin DC (doğru akım) direnci ve AC (alternatif akım) direnci birbirinden farklı değildir (omik direnç) ve direnç üzerine düşen gerilim ve akım arasında faz farkı oluşmaz. Bobinlerin AC direnci DC direnciden büyüktür (endüktif direnç) ve üzerlerinden geçen akım, gerilimin 90 gerinden gelir. Sığaçların ise AC direnci DC direncinden küçüktür (kapasitif direnç) ve üzerlerinde düşen akım gerilimden 90 ileride gelir. Şekil a: RL Devresindeki Akım ve Gerilim Değişimleri Şekil b: RC Devresindeki Akım ve Gerilim Değişimleri,

2 5.2 R L C DEVRELERİ SERİ R-C DEVRESİ Direnç ve kapasitörün seri bağlanmasından oluşan devrelere seri R-C devreleri denir (Şekil- 1). Şekil-1: Direnç ve kapasitörün seri bağlanması. Seri R-C devresinde empedans hesabı fazör diyagramından yapılabilir. Kapasitif devrede, devreden geçen akım kapasitör üzerindeki geilimden 900 ileridedir. R üzerine düşen gerilimle (VR) devre akımı aynı fazdadır. Dolayısıyla, kapasitör üzerindeki VC gerilimi VR geriliminden 900 geridedir (Şekil-2(a)). Şekil-2: (a) Direnç ve kapasitör gerilimlerinin fazör diyagramda gösterimi, (b) Direnç ve kapasitif reaktansın fazör diyagramda gösterimi (Empedans Üçgeni) AC devrelerinde devre elemanlarının akımın geçişine karşı gösterdikleri ortak tepkiye empedans denir. Şekil-1 deki devre için empedans incelenecek olursa Burada R, direnç, Xc, kapasitif reaktanstır ve sırasıyla eşitlik 1(b) ve 1(c) de verilmiştir.

3 olur. Yani empedans da fazör diyagramından hesaplanmalıdır (Şekil-2(b)). Eşitlik 1 deki XC eşitlik 2 ile hesaplanır. Ayrıca giriş gerilimi için Şekil-2(a) daki fazör diyagramı yardımıyla eşitlik (3) e ulaşılır, Devre elemanlarının her birinin üzerine düşen gerilimlerin hesaplamasını şu şekilde yapılır; 1) (2) eşitliğinin yardımıyla eşitlik (1) den devrenin toplam empedansı hesaplanır. 2) (1) Eşitliğinin yardımıyla devreden geçen akım bulunur. 3) Akım bulunduktan sonra her bir devre elemanı üzerine düşen gerilim bulunur SERİ R-L DEVRESİ Direnç ve indüktörün seri bağlanmasından oluşan devrelere seri R-L devreleri denir (Şekil- 3). Şekil-3: Direnç ve indüktörün seri bağlanması. Seri R-L devresinde empedans hesabı fazör diyagramından yapılabilir. İndüktif devrede, devreden geçen akım indüktör üzerindeki geilimden 90 0 geridedir. R üzerine düşen gerilimle (VR) devre akımı aynı fazdadır. Dolayısıyla, indüktör üzerindeki VL gerilimi VR geriliminden 90 0 ileridedir (Şekil-4(a)).

4 Şekil-4: (a) Direnç ve indüktör gerilimlerinin fazör diyagramda gösterimi, (b) Direnç ve indüktif reaktansın fazör diyagramda gösterimi Şekil-3 deki devre için empedans incelenecek olursa; olur. Eşitlik 4 deki XL eşitlik 5 ile hesaplanır, Giriş gerilimi için Şekil-4(a) daki fazör diyagramı yardımıyla eşitlik 5 e ulaşılır. Devre elemanlarının her birinin üzerine düşen gerilimlerin hesaplamasını şu şekilde yapılır; 1) (6) eşitliğinin yardımıyla eşitlik (4) den devrenin toplam empedansı hesaplanır. 2) (4) eşitliğinin yardımıyla devreden geçen akım bulunur. 3) Akım bulunduktan sonra her bir devre elemanı üzerine düşen gerilim bulunur SERİ R-L-C DEVRESİ Direnç, indüktör ve kapasitörün seri bağlanmasından oluşan devrelere seri R-L-C devreleri denir (Şekil-5).

5 Şekil-5: Direnç, indüktör ve kapasitörün seri bağlanması XL > XC Durumu için; XL > XC durumunda devre indüktif özellik gösterir. Yani devre akımı gerilimden ileridedir. Bu durum için fazör diyagramlar Şekil-6 da gösterildiği gibidir. Bu diyagramlar yardımıyla eşitlik (7) ve (8) den giriş gerilim ve empedans sonuçlarına ulaşılabilir. Şekil-6: XL > XC durumu için; (a) gerilimlerin fazör gösterimi, (b) direnç ve indüktif reaktansın gösterimi XC > XL Durumu için XC > XL durumunda devre kapasitif özellik gösterir. Yani devre akımı gerilimden geridedir. Bu durum için fazör diyagramlar Şekil-7 da gösterildiği gibidir. Bu diyagramlar yardımıyla eşitlik (9) ve (10) dan gerilim ve empedans sonuçlarına ulaşılabilir.

6 Şekil-7: XC > XL durumu için; (a) gerilimlerin fazör gösterimi, (b) direnç ve kapasitif reaktansın gösterimi Ek Bilgi (a): Kompleks Sayılarla Devre Analizi Analitik düzlermde yatay eksen reel eksen, dikey eksen ise imajiner eksene karşılık geldiğine göre fazör diyagramındaki R reel eksene, XL pozitif imajiner eksene, XC ise negatif imajiner eksene karşılık gelir (Şekil-8). Şekil-8: İndüktif ve kapasitif reaktansların kompleks karşılıklarına göre fazör diyagramında gösterimleri. AC devrelerde; Direnç (R) Reel kısım İndüktör (XL) jxl (11) Kapasitörr (XC) -jxc karşılık gelir. j kompleks sayıyı göstermektedir. Reaktansların kompleks gösterimi ile örneklerde sıklıkla karşılaşılmaktadır.

7 Ek Bilgi (b): Sinyal Üretecinin iç direncinin devreye etkisi Devre elemanlarının değerleri (direnç ve kapasitif reaktans) sinyal üretecinin iç direnç değerine yakın olduğundan dolayı iç direncin de devre üzerinde bir etkisi olacaktır. İç direnç üzerinden ölçüm yapılamayacağından dolayı üzerine düşen gerilim devreye bağlı olan direncin üzerine düşen gerilim kullanılarak direnç oranlarına göre hesaplanmalıdır. Yani Şekil 9 daki VR gerilimi ölçüldükten sonra eşitlik 12 ye göre iç direnç üzerindeki gerilim hesaplanır. Devrenin toplam direnci ise eşitlik 13 e göre hesaplanır. Ayrıca fazör diyagramında gösterilen direnç devrenin toplam direncidir. İç dirence bağımlı olaraktan devrenin toplam gerilimi eşitlik 14 den bulunur. Şekil 9: Direnç ve kapasitörün seri bağlanması. Sinyal üretecinin iç direnci ayrı gösterilmiştir. D. DENEY BASAMAKLARI: 5.1. Resistif Devre Şekil 10: Resistif Devre

8 Şekil 10 daki devreyi kurunuz Burada R2 direnci devre elemanı üzerinden geçen akımı ölçmek için konmuştur ve 10 Ω gibi küçük değerde bir dirençtir. Devrenin hesaplamasına etkisi çok azdır. Hesaplamalarda ihmal edilebilir. Esas deney için ölçülecek olan 10 kω luk R1 direnci üzerinden geçen akım ve üzerine düşen gerilimdir Osiloskopun 1. kanalı direnç üzerindeki gerilimi ve 2. kanalıda direnç üzerinden geçen akımı verecek şekilde bağlanmıştır Direnç üzerinden geçen akım ve gerilimi ölçünüz. Teorik değerlerle karşılaştırınız İki sinyal arasındaki faz farkını ölçünüz Sonuçlarınızı Çizelge 1 e yazınız Teorik değerlerle uyup uymadığını kontrol ediniz. Çizelge Endüktif Devre Şekil 11: İndüktif Devre Şekil 11 deki devreyi kurunuz Burada R direnci devre elemanı üzerinden geçen akımı ölçmek için konmuştur. Esas deney için ölçülecek olan 10 mh lik L bobini üzerinden geçen akım ve üzerine düşen gerilimdir Osiloskopun 1. kanalı bobin üzerindeki gerilimi ve 2. kanalı da bobin üzerinden geçen akımı verecek şekilde bağlanmıştır Bobin üzerinden geçen akım ve gerilimi ölçünüz. Teorik değerlerle karşılaştırınız İki sinyal arasındaki faz farkını ölçünüz Sonuçlarınızı Çizelge 2 ye yazınız Teorik değerlerle uyup uymadığını kontrol ediniz.

9 Çizelge Kapasitif Devre Şekil 12: Kapasitif Devre Şekil 12 deki devreyi kurunuz Burada R direnci yine devre elemanı üzerinden geçen akımı ölçmek için konmuştur. Esas deney için ölçülecek olan 6.8 ϻf lık C sığacı üzerinden geçen akım ve üzerine düşen gerilimdir Osiloskopun 1. kanalı sığaç üzerindeki gerilimi ve 2. kanalı da sığaç üzerinden geçen akımı verecek şekilde bağlanmıştır Sığaç üzerinden geçen akım ve gerilimi ölçünüz. Teorik değerlerle karşılaştırınız İki sinyal arasındaki faz farkını ölçünüz Sonuçlarınızı Çizelge 3 e yazınız Teorik değerlerle uyup uymadığını kontrol ediniz. Çizelge 3 E. DENEY İLE İLGİLİ ÇALIŞMA SORULARI: 4.3. Faz farkı resistif, indüktif ve kapasitif devrelerde nasıl değişti? Yorumlayınız

Benzer belgeler

DENEY-4 RL DEVRE ANALİZİ. Alternatif akım altında seri RL devresinin analizi ve deneysel olarak incelenmesi.

DENEY-4 RL DEVRE ANALİZİ. Alternatif akım altında seri RL devresinin analizi ve deneysel olarak incelenmesi. DENEY-4 RL DEVRE ANALİZİ 1. DENEYİN AMACI Alternatif akım altında seri RL devresinin analizi ve deneysel olarak incelenmesi. Kullanılan Alet ve Malzemeler: 1. Osiloskop 2. Sinyal jeneratörü 3. Çeşitli