DENEY 2 2.1. AC GERİLİM ÖLÇÜMÜ 1. AC gerilimlerin nasıl ölçüldüğünü öğrenmek. 2. AC voltmetrenin nasıl kullanıldığını öğrenmek. AC voltmetre, AC gerilimleri ölçmek için kullanılan kullanışlı bir cihazdır. AC voltmetre, AC gerilimi ölçülmek istenen devre elemanı uçlarına paralel olarak bağlanmalıdır. AC voltmetrenin gösterdiği değer, genelde AC gerilimin etkin (rms) değeridir. AC voltmetre, polarite dışında, DC voltmetre ile aynı kurallara sahiptir. AC gerilimin polaritesi periyodik olarak değiştiği için, AC voltmetreler, polaritelerinde sınırlama olmayacak şekilde, tasarlanmıştır. AC gerilim ölçümü, analog ya da dijital multimetrenin ACV kademesi kullanılarak gerçekleştirilir. AC kaynak (source), Sekil 2.1'de gösterildiği gibi, 9V-0-9V sabit gerilim üreten, ortak uçlu sargıya sahip alçaltan güç transformatöründen gelmektedir. Şekil 2.1 1. KL-13001 modülünü, KL-21001 ana ünitesi üzerine koyun ve a bloğunun konumunu 2. AC voltmetre kullanarak (Multimetre ACV kademesinde), AC source 0-9V çıkış uçları arasındaki gerilimi ölçün ve E A = V AC voltmetrenin problarını ters çevirerek, bu AC gücü yeniden ölçün. E A = V Bu iki ölçüm değeri uyumlu mudur? 3. Şekil 2.2 ve 2.3'e göre kısa devre klipsleri ile eşdeğer devreyi tamamlayın.
Şekil 2.2 Şekil 2.3 4. V R1 i 1KΩ a ayarlayın. AC voltmetre kullanarak, V R1 ve R1 üzerindeki gerilimleri ölçün ve E VR1 = V E R1 = V 5. E A = E R1 + E VR1 denklemini ve 4. adımda ölçülen değerleri kullanarak, E A değerini hesaplayın ve E A = V E A 'nın ölçülen ve hesaplanan değerleri uyumlu mudur? 6. V R1 i, 200Ω a ayarlayın ve 4. ve 5. adımları tekrarlayın. 2.2 AC AKIM ÖLÇÜMÜ 1. AC ampermetrenin nasıl kullanıldığını öğrenmek. 2. AC bir devrede akımın nasıl ölçüldüğünü öğrenmek. AC ampermetre, AC bir devrede akan akımı ölçmek için kullanılan faydalı bir cihazdır. AC ampermetre, akımını ölçmek istediğimiz devre elemanına seri olarak bağlanmalıdır. AC ampermetrenin gösterdiği değer, genellikle AC akımın etkin (rms) değeridir. AC ampermetre, polarite dışında, DC ampermetre ile aynı kurallara sahiptir. Ana ünitedeki AC current meter, 100mA ve 1A ölçüm aralıkları olan AC ampermetredir. Devreye güç uygulamadan önce uygun kademeyi seçmek, hem doğruluk hem de güvenlik açısından önemlidir. AC voltmetreyi bilinen bir direnç ile paralel bağlayarak, eşdeğer AC ampermetre gerçekleştirilebilir. Ohm yasasından, ölçülen AC gerilimin bilinen dirence oranı, ölçülmek istenen akım değerini verir. 1. KL-13001 modülünü, KL-21001 ana ünitesi üzerine koyun ve c bloğunun konumunu 2. Sekil 2.4 ve 2.5'e göre kısa devre klipsleri ile eşdeğer devreyi tamamlayın. E A, ana ünitesindeki AC source un 0-9V'tur.
Şekil 2.4 Şekil 2.5 3. Toplam direnci hesaplayın. R T =R 5 +R 6 =. (R 5 =R 6 =1KΩ) Ohm yasasını kullanarak I=E A /R T = ma akımını hesaplayın. 4. Sekil 2.4'deki devrenin akım değerini ölçün ve I= ma Ölçülen ve hesaplanan akım değerleri uyumlu mudur? 5. V R1 'e paralel olarak bir voltmetre bağlayın ve Sekil 2.6 ve 2.7'ye göre deney devresini tamamlayın. V R1 'i, 1KΩ a ayarlayın. V R1 = 1KΩ iken okunan 1V'luk gerilim, 1mA lik bir akımı ifade eder. Akım değerini ölçün ve I = ma. 6. 4.ve 5. adımlarda ölçtüğünüz akım değerlerini karşılaştırın. Aralarındaki fark ne kadar? Şekil 2.6 Şekil 2.7
2.3 SERİ-PARALEL AĞ VE KİRCHHOFF YASASI 1. Seri, paralel ve seri-paralel ağları tanımak. 2. Kirchhoff yasalarının uygulamaları ile ilgili bilgi edinmek. Şimdiye kadarki deneylerde, seri ve paralel devreleri tanımak oldukça kolaydı. Fakat, paralel devreler gibi kolları olan ve seri devreler gibi seri yük ya da elemanlara sahip, farklı bir devre tipi daha vardır. Bu devre, her ikisinin birleşimi olduğu için, seri-paralel ağ olarak adlandırılır. Ohm yasasıyla çözülemeyecek kadar karmaşık bir çok devre vardır. Bu devreler birçok kola yada birçok güç kaynağına sahiptir ve Ohm yasasını kullanmak pratik ya da mümkün olmayabilir. Karmaşık devreleri çözmek için, Alman fizikçi Gustav Kirchhoff un deneylerine dayalı olarak, yöntemler geliştirilmiştir. 1857 yılında Kirchhoff tarafından gelistirilen ve Kirchhoff yasaları olarak bilinen iki yasa aşağıda gibi ifade edilebilir: Kirchhoff un Gerilim Yasası Kirchoff un gerilim yasası, aynı zamanda onun ilk yasası olarak bilinir ve kapalı bir çevredeki gerilim düşümlerinin toplamı, aynı çevredeki gerilim kaynaklarının toplamına eşittir, şeklinde ifade edilir. Bu yasa, bir devrede, herhangi bir kapalı çevredeki gerilim düşümleri ile aynı çevredeki gerilim kaynakları arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bu iki niceliğin toplamı her zaman eşittir. Bu yasa, ΣEs = ΣIR denklemi ile ifade edilebilir. Burada Σ sembolü, toplam anlamına gelmektedir. Kirchhoff un Akım Yasası Kirchhoff un akım yasası, onun ikinci yasası olarak bilinir ve bir devredeki herhangi bir düğüm noktasına gelen akım, o noktadan çıkan akıma eşittir, seklinde ifade edilir. Akım bir noktada biriktirilemez ya da artırılamaz. Böylece, kendinden ayrılan iki yola sahip bir düğüm noktasına 1A lik bir akım gelirse, 1A lik akım bu iki yol arasında bölünür, ancak toplam 1A bu düğümden çıkmak zorundadır. Bu yasa, ΣIgiren - ΣIçıkan = 0 ya da ΣIgiren = ΣIçıkan denklemleri ile ifade edilebilir. Devre problemlerini çözmede, Kirchhoff un akım yasası tek başına değil, gerilim yasasıyla birlikte kullanılır. 1. KL-13001 modülünü, KL-21001 ana üniteni üzerine koyun ve a bloğunun konumunu 2. Şekil 2.8 ve 2.9'a göre kısa devre klipsleri yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
Şekil 2.8 Şekil 2.9 3. V R1 'i 1KΩ'a ayarlayın ve +V ucuna +10V uygulayın. 4. Sekil 2.8'de gösterilen devrenin türü nedir? (seri veya paralel). 5. R direncini hesaplayın R=R 1 +V R1 =. (R 1 =1KΩ) I akımını hesaplayın I = E / R= ma. 6. Sekil 2.8'de gösterildiği gibi, devreye miliampermetre bağlayın. I akımını ölçün ve I = ma. Ölçülen ve hesaplanan akım değerleri uyumlu mudur? 7. V R1, 500Ω a ayarlayın ve 5. ve 6. adımları tekrarlayın. Sonuçları 8. Sekil 2.10 ve 2.11'e göre kısa devre klipsleri yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Şekil 2.10 Şekil 2.11 9. Sekil 2.10'da gösterilen devrenin türü nedir? (seri veya paralel). 10. V R1 'i 1KΩ'a ayarlayın ve toplam direnci hesaplayın R = 11. Voltmetreyi, Sekil 2.11'de gösterildiği gibi, A ve B uçlarına bağlayın. E gerilimini ölçün ve
E= V Ölçülen değer, 3. adımda ölçülen gerilim değerine eşit midir? 12. V R1 i sağa doğru çevirin ve voltmetredeki gerilim değerini gözlemleyin. VR1 döndürülürken, gerilimde bir değişiklik oluyor mu? 13. V R1 'i 0Ω a ayarlayın. Sekil 2.11'de gösterildiği gibi, miliampermetreyi devreye ekleyin. Toplam I akımını ölçün ve I = ma. 14. Kol akımlarını hesaplayın. I 1 = E / R 3 = ma I 2 = E / R 2 = ma Kirchhoff akım yasasını kullanarak toplam akımı hesaplayın. I = I 1 + I 2 = ma Ölçülen ve hesaplanan akım değerleri uyumlu mudur? 2.4 AC DEVREDE GÜÇ 1. AC bir devrede harcanan gücü ölçmek. 2. AC gücün karakteristiğini öğrenmek. DC bir devredeki elektriksel güç P=EI formülüyle hesaplanır. Bu, saf dirençli bir AC devre için de geçerlidir. Bir dirence AC gerilim uygulandığında, dirençten akan akımdaki anlık değişimler, gerilimdeki anlık değişimleri aynen takip eder. Buna, akımın gerilimle aynı fazda olması denir. Şekil 2.12
Yük, endüktans ya da kondansatör gibi, reaktif elemanlar içerdiğinde, akım gerilimle aynı fazda olmayabilir. Şekil 2.12 ye bakın. I akımı, E geriliminden θ faz açısı kadar geridedir. Anlık güç, anlık akım ve gerilim değerlerinin çarpımı olduğu için, anlık güç eğrisi, eğimli çizgilerle gösterilen bölge gibi çizilebilir. Yük, anlık güç pozitif yöndeyken enerji çeker ve anlık güç negatif yöndeyken enerjiyi geri verir. Sekil 2.12 (b) de, I akımı ile E gerilimi arasında bir θ faz açısı vardır ve güç P=EIcos dır. Akım gerilimle aynı fazdayken (θ=0), güç P=EI olur. 1. KL-13001 modülünü, KL-21001 ana ünitesi üzerine koyun ve a bloğunun konumunu 2. R1 direncini ölçün ve R 1 = 3. Sekil 2-16-2 ve 2-16-3'e göre kısa devre klipsleri ile esdeğer devreyi tamamlayın. E in girişine, 9V AC gerilim uygulayın. E in değerini ölçün ve E in = V. Şekil 2.13 Şekil 2.14 4. Akım değerini ölçün ve I = ma 5. P=EIcos denklemini kullanarak, devrede harcanan gücü hesaplayın. P= W 6. P = E 2 / R denklemini kullanarak, R 1 direncinde harcanan gücü hesaplayın ve P= W 7. P=I 2 R denklemini kullanarak, R 1 direncinde harcanan gücü hesaplayın ve P= W 8. Bütün güç değerleri aynı mıdır? 9. Gücü kapatın. Sıcaklığını hissetmek için, R1 in gövdesine dokunun. Elektriksel güç neye dönüşmüştür?