MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 7 Çözümler



Benzer belgeler
MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 5 Çözümler

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 6 Çözümler

3. Bölüm. DA-DA Çevirici Devreler (DC Konvertörler) Doç. Dr. Ersan KABALCI AEK-207 GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü - Fizik Bölümü

10. ÜNİTE DİRENÇ BAĞLANTILARI VE KİRCHOFF KANUNLARI

ELE 201L DEVRE ANALİZİ LABORATUVARI

+ 1. ) transfer edilir. Seri. Isı T h T c sıcaklık farkı nedeniyle üç direnç boyunca ( dirençler için Q ısı transfer miktarı aşağıdaki gibidir.

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 8 Çözümler

5. ÜNİTE ÜÇ FAZLI ALTERNATİF AKIMLAR

Elektrik Makinaları Laboratuvarı

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 3 Çözümler

TOPLAMADA KISAYOLLAR

Devre çeşitleri Elektrik devreleri, devreden geçen akımın, alıcıdan geçmesine göre; açık devre,kapalı devre ve kısa devre olarak adlandırılır.

A. Sürüklenme hızı artar. B. Sürüklenme hızı azalır. C. Sürüklenme hızı değişmez. D. Yeterli bilgi yok.

10- KISA DEVRE AKIMLARININ HESAPLANMASI IEC A GÖRE HESAPLAMA ESASLARI - 12 ELEKTRĐK EKĐPMANININ KISA-DEVRE EMPEDANSLARI (1) GENEL :

Türev Kavramı ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Prof.Dr. Vakıf CAFEROV

DERS BİLGİ FORMU. Zorunlu Ders. Haftalık Ders Saati Okul Eğitimi Süresi

3. ÜNİTE ALTERNATİF AKIM DEVRELERİ

Final Sınavı Problemleri

11. SINIF FİZİK DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler

π θ = olarak bulunur. 2 θ + θ θ θ θ θ π 3 UŞAK FEN EDEBİYAT FAKÜLTESİ MATEMATİK BÖLÜMÜ ANALİZ II VİZE SORULARI ÇÖZÜMLERİ

4. ÜNİTE ALTERNATİF AKIM DEVRELERİ

DENEY 14 Otomatik Lamba Parlaklığı Kontrol Devresi

10- KISA DEVRE ARIZA AKIMLARININ HESAPLANMASI HESAPLAMA ÖRNEKLERĐ-(8)

Bölüm 4 Doğru Akım Devreleri. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

RC Osilatörler. Şekil Temel Osilatör Blok Diyagramı

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-3 Doğru Akım Devreleri Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU

DENEY 2: TEMEL ELEKTRİK YASALARI-GERİLİM VE AKIM ÖLÇÜMLERİ

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE ELEMANLARI

Doğru Akım Devreleri

MALZEME BİLGİSİ. Atomların Yapısı

Osiloskobun çalışma prensibi. F = q E (8.1)

Düzenlenirse: 9I1 5I2 = 1 108I1 60I2 = 12 7I1 + 12I2 = 4 35I1 60I2 = I1 = 8 I 1

5/21/2015. Transistörler

8 Asenkron Motorlar (Induction Motors)

TAM SAYILARLA İŞLEMLER

ÖLÇME VE DEVRE LABORATUVARI DENEY: 6. --Thevenin Eşdeğer Devresi--

GÜNEŞ ENERJİSİ DENEY FÖYÜ

Elektromanyetik Dalga Teorisi

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 1 Çözümler

2014 Fizik Olimpiyatları 4. Aşama Kuramsal Sınav

STATİK-MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

TEKNİK RESİM. Ders Notları: Mehmet Çevik Dokuz Eylül Üniversitesi. Ölçülendirme

17. ÜNİTE TRANSFORMATÖRLER

Elektrik elektronik sistemlerine ait matematiksel çözümleri yapmak

AKIM GEÇEN TELE ETKİYEN MANYETİK KUVVETLERİN ÖLÇÜMÜ (AKIM TERAZİSİ)

ALTERNATİF AKIM (AC) II SİNÜSOİDAL DALGA; KAREKTRİSTİK ÖZELLİKLERİ

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

BLM1612 DEVRE TEORİSİ

Mantık Sinyal Voltaj Düzeyleri

Elektromanyetik Dalga Teorisi

Faraday Yasası. 31. Bölüm

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ FİZİK II LABORATUVARI DENEY 2 TRANSFORMATÖRLER

3. İLETİM SİSTEMLERİNİN GÖSTERİLİMLERİ Şemalar

10. SINIF FİZİK DERSİ 2. DÖNEM 1. YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI

Üstel modeli, iki tarafın doğal logaritması alınarak aşağıdaki gibi yazılabilir.

2005 ÖSS BASIN KOPYASI 47.

KORELASYON VE TEKLİ REGRESYON ANALİZİ-EN KÜÇÜK KARELER YÖNTEMİ

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

Elektrik. Elektromanyetizma Manyetik Devreler Transformatörler

6. Sunum: Manye-k Bağlaşımlı Devreler. Kaynak: Temel Mühendislik Devre Analizi, J. David IRWIN-R. Mark NELMS, Nobel Akademik Yayıncılık

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 2 Çözümler

Adı- Soyadı: Fakülte No :

BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. Yrd. Doç. Dr. Hakan YAKUT. Fizik Bölümü

RF MİKROELEKTRONİK OSİLATÖRLER

BÜKME. Malzemenin mukavemeti sınırlı olduğu için bu şekil değişimlerini belirli sınırlar içerisinde tutmak zorunludur.

DENEY 5 RC DEVRELERİ KONDANSATÖRÜN YÜKLENMESİ VE BOŞALMASI

ATAKÖY CUMHURİYET ANADOLU LİSESİ 9. SINIF MATEMATİK DERSİ YILLIK PLANI

T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BMT103 ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ DERSİ LABORATUVARI DENEY NO: 7

SERT KİLLERDE TEKRARLI DEPREM YÜKLERİ ALTINDA KAZIK-ZEMİN ETKİLEŞİMİNİN MODELLENMESİ : P-Y EĞRİLERİ

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 6- Kondansatör

Burulma (Torsion) Amaçlar

DENEY 2: TEMEL ELEKTRİK YASALARI (OHM, KİRCHOFF AKIM VE GERİLİM)

t xlo ) boyutlarında bir alan yükü etkir (P k ). t xlo )+( 2 t xlo ) boyutlarında bir alan yükü etkir (P m ).

T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BMT103 ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ DERSİ LABORATUVARI DENEY NO: 7

ALTERNATĐF AKIM (AC) I AC NĐN ELDE EDĐLMESĐ; KARE VE ÜÇGEN DALGALAR

MALİ ANALİZ KISA ÖZET KOLAYAOF

11. SINIF SORU BANKASI. 2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA 6. Konu ALTERNATİF AKIM VE TRANSFORMATÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

ELEKTRİK TESİSATLARINDA ENERJİ TASARRUFU:

11. SINIF SORU BANKASI. 2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA 6. Konu ALTERNATİF AKIM VE TRANSFORMATÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

8. ÜNİTE TRİGONOMETRİK FONKSİYONLAR

ELEKTROMANYETİK DALGALAR

ALGORİTMA İ VE PROGRAMLAMA

8. ALTERNATİF AKIM VE SERİ RLC DEVRESİ

Kemer köprü taşıyıcı sistemi

MANYETİK ALAN KAYNAKLARI Biot Savart Yasası

2. BÖLÜM AKIM, DİRENÇ, GERİLİM ELEKTRİK DEVRELERİ. Yazar: Dr. Tayfun Demirtürk E-posta:

1. ÜNİTE TAM SAYILAR KONULAR 1. SAYILAR

Elektronik-2 Filtre Devreleri ELEKTRONİK FİLTRELER Desibel hesaplanması için temel denklemler

DİYOTLU DALGA ŞEKİLLENDİRİCİLER

6. DİRENÇ ÖLÇME YÖNTEMLERİ VE WHEATSTONE KÖPRÜSÜ

2. ÜNİTE ELEKTRİK DEVRESİ VE KANUNLARI

DOĞRU AKIM DEVRE ANALİZİ Ö. ŞENYURT - R. AKDAĞ BEŞİNCİ BÖLÜM:PARALEL DEVRELER

DENEYİN AMACI: Bu deneyde MOS kuvvetlendiricilerden ortak kaynaklı ve ortak akaçlı devreler incelenecektir.

ELEKTROMEKAN K LABORATUVARI DENEYLER

Dişli çarklarda ana ölçülerin seçimi

İletkeni Değiştir Ampulün Parlaklığı Değişsin

Elektrik Devre Temelleri

13. ÜNİTE ÖLÇÜ ALETLERİNİN DEVREYE BAĞLANMASI

Transkript:

Adam S. Bolton bolton@mit.edu MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 7 Çözümler 17 Nisan 2002 Problem 7.1 İdeal transformatör. (Giancoli 29-42) Transformatörün birincil (giriş) sargısına bağlanmış bir voltmetrenin voltajı ve ikincil (çıkış) sargısına bağlanmış bir voltmetrenin okuduğu çıkış voltajı olsun. Ayrıca, ve, sırasıyla, birincil ve ikincil bobinlerin sarım sayıları ve sarım başına manyetik akıları olsun. Faraday Yasasının sargı boyunca bir sarıma uygulanması ve voltmetre (her bir sarım için), verir. İdeal bir transformatörde dir ve bu nedenle, (1) yazabiliriz. İdeal bir transformatörün diğer bir özelliği, birincil sargıya bağlanmış bir dalgalı akım (A.C.) üreteci tarafından sağlanan tüm gücün ikincil sargıya bağlanmış bir yük tarafından alınmasıdır (enerji kaybı yok): (1) ve (2) birlikte, (2) verdiğine dikkat edilmelidir. Bu problemde ve ayrıca Sayfa 1

verilmektedir. Bu, verir. (a) olduğundan bu bir yükseltici transformatördür. (b) Birincil sargıdan ikincil sargıya aktarılan voltaj (gene, bobine bağlı bir voltmetrenin okuduğu değer olarak tanımlanır), katı ile çarpılır. Problem 7.2 Empedans uydurma için transformatör. (a) Bu kısımda sağda gösterildiği gibi ve yasasından devredeki olan basit bir devremiz olsun. Ohm akımı, dır. Yüke aktarılan anlık güç böylece, olur ve ortalama güç ( ortalamanın tanımından), olur bir tam devirin periyodudur: olduğundan Sayfa 2

yazabiliriz. nin fonksiyonu olarak yi gözönüne alırsak, onun de bir maksimuma ulaşacağını kolayca gösterebiliriz. Aşağıda şekil nin ( birimlerinde) ye ( birimlerinde) göre grafiğini göstermektedir: Problemde ifade edildiği gibi, yük empedensı üreteç empedansı ye eşit olduğu zaman, bir yüke maksimum güç aktarılır. Ele alınan durumda olduğundan, yüke maksimum güç aktaramayız. ve için verilen değerlerimiz, verir. Bu, yüke aktarılan olası maksimum güçün oldukça altındadır. (b) Şimdi empedans uydurmayla yüke aktarılan gücü artırmak istiyoruz. Bunu aşağıda gösterildiği gibi devreye bir transformatör sokarak yapabiliriz. Problem 1 deki gibi, birincil transformatör sargısının ve noktaları arasına bir voltmetre bağlarız ve onun okuduğu voltajı ile isimlendiririz. Benzer şekilde ikincilin ve arasına bağladığımız bir voltmetre olarak isimlendireceğimiz bir voltajı okur. İdeal bir transformatör ve A.C. voltaj kaynağı için aynı anlamda tanımlanmış ve problem 1 deki (1) ve (2) yi sağlayacaktır. Kolaylık için iki sargı arasındaki tur oranını olarak tanımlayacağız. yüküne aktarılan anlık güç, Sayfa 3

dir. nedir? Diyagramdan, yazılabilir. (1) ve (2) yi kullanarak, olur. (Ohm yasası) olduğundan, yazabiliriz veya için çözersek elde ederiz. Bunu (3) te yerine yazarsak elde ederiz. yi nin fonksiyonu olarak göz önüne alırsak, nin bir orta değerinde bir maksimumdan geçsin diye çok küçük ve çok büyük nin her ikisi için de küçüktür. Bu değeri bulmak için ye göre (4) ün türevini alır ve sıfıra eşitleriz. Bu, Veya verir. Yüke aktarılan maksimum güç için ye göre çözüm verir. (c) nin uygun maksimum değeri yazılarak (4) ten, Sayfa 4

bulunur. Bunun zaman ortalaması, olur. (a) şıkkındaki sonucumuzla bunu karşılaştırın. Problem 7.3 RC devresi. (Giancoli 26-45). Kolaylık için akımlar, yükler ve polariteleri sağdaki şekildeki gibi tanımlayınız. Kirchhof un ilmek kuralının iki uygulanması, eklem kuralının uygulaması ve akımın tanımı bize aşağıdaki dört denklemi verir: (5) (6) (7) (8) (5) ten (6) yı çıkararak, elde ederiz. Bu (7) de yerine yazılırsa, yok edilir. Şimdi bunu (5) te in yerine yazarsak, Sayfa 5

elde ederiz. Son olarak (8) i kullanarak, buluruz. Şimdi bu basit bir denkleminin benzeridir. devresinde kapasitör üzerindeki yükün diferansiyel yazarak, elde edilir. Böylece problem şimdi Giancoli, Kesim 26-4 da (bakınız ss.669-671) tanımlandığı gibi, basit - devresi durumuna benzetilerek çözülür. (a) Kapasitörün yüklenmesi için kullanılarak, zaman sabiti, (9) daki yerdeğiştirme bulunur. (b) Zamanın fonksiyonu olarak kapasitör üzerindeki yük, (9) değişikliği ile, Giancoli (26-5a) Denklemiyle verilecektir: Kapasitör üzerindeki maksimum yük o zaman, olur. Problem 7.4 RC devresi. (Giancoli 26-46). Sayfa 6

Sembolleri, cebirsel kolaylık için şekilde gösterildiği gibi tanımlayın. Anahtar - açık ve anahtar - kapalı durumları için etkin devreler gösterilmiştir. (a) Anahtarın açık ve kapasitörün tamamen yüklü olduğu durumda devrenin kapasitör kolunda akım yoktur. Direnç dalı için yazabiliriz. Kaynağın negatif ucunda voltajımızı sıfır aldığımızda a noktasındaki potansiyel basitçe uçları arasındaki voltaj olacaktır: (b) Açık anahtarlı durumda, iki kapasitör seri bağlı olup eşdeğer kapasitans dır. Her biri levhaları üzerinde aynı yüküne sahip olacaktır. Burada dir. Seçtiğimiz sıfır-noktasına göre b deki potansiyel sadece potansiyel olacaktır: uçları arasındaki (c) Anahtar kapalı ve kapasitörlerin tamamen yüklenmiş olduğu durumda devredeki tek akım hala her iki dirençten geçen tek akımıdır. Önceki gibi, Sayfa 7

dır. Dolayısıyla her bir direnç üzerindeki voltaj aynı kalır. Bununla beraber öncekinin aksine şimdi kapasitörlerin uçları arasındaki voltajlar onlara eşlik eden dirençlerin uçları arasındaki voltajlara eşittir. Devrede a ve b eşdeğer olarak aynı nokta olmuştur; b deki yeni potansiyel, a daki potansiyele eşit olup (değişmemiştir) nin uçları arasındaki voltajdır: ((a) şıkkındaki gibi) (d) Anahtar kapatılmadan önce her iki kapasitör, yükünü taşır. Böylece in alt levhası ve nin üst levhası üzerindeki net yük (bunlar devrenin geri kalan kısımlarından akan yükten yalıtılmışlardır), dır. Anahtar kapatıldıktan sonra nin uçları arasındaki voltaj tur. Bu yüzden iki kapasitör üzerindeki son yükler, olur. Şimdi in alt levhası ve nin üst levhası üzerindeki net yük olur. Bu nedenle anahtar kapatıldıktan sonra sağa doğru akacağı sonucuna varırız. (veya sizin bakış açınıza bağlı olarak sola akar!) Problem 7.5 Küçük hava boşluklu elektromıknatıs. Sayfa 8

Manyetik alanın azimutal olduğunu varsayacağız. Çünkü manyetik tek kutup yoktur, B-alanı çizgileri kapalı ilmekler oluşturur ve bu nedenle çok sayıda çizgi boşluktaki hava-çelik ara yüzeyi boyunca sürekli olacaktır. Bu nedenle boşluktaki manyetik alan şiddeti çelikteki manyetik alan şiddetine yaklaşık olarak eşit olacaktır. Sıfırdan farklı manyetik alınganlığa sahip maddelerde Amper yasası (Maxwell düzeltmesiz), olur. Burada maddenin bağıl geçirgenliğidir (bakınız Giancoli kesim 28-9 ve 28-10 (ss.724-726) ve ). Kesik çizgili ilmeğe ve gösterilen gölgeli açık yüzeye Amper yasasının bu biçimini uygularsak, elde ederiz. (iyi bir yaklaşıklıkla, havada dir: hava pratik olarak çelikle kıyaslandığında boşluktur). Açık yüzeyimizden geçen toplam akımın, tel yüzeyi kez kestiğinden dolayı, olduğuna dikkat edilmelidir. Bilgilerimizden, havadaki (yaklaşık olarak) çelik içindeki ile aynıdır. yazabiliriz ve olduğundan, olur. Burada üzerinde yorum yapmaya değer iki nokta vardır. İlki, boşluktaki çelikteki ile aynı olması varsayımımızın, sadece boşluk genişliğinin elektromıknatısın kesit yarıçapıyla (burada 1 cm ile kıyaslandığında 2,5 mm) kıyaslandığında küçük olması durumunda iyi olmasıdır. Gerçekte saçak alanları nin Sayfa 9

boşlukta, çeliktekinden daha az manyetik alana sebep olur ve kesit yarıçapıyla kıyaslandığında boşluk genişledikçe problem kötüye gider. İkincisi, olsa bile integraline önemli katkı boşluktan gelir, çünkü orada dir. Çelikte daha uzun bir yol üzerinden nin büyük değeri, çizgi integraline katkıyı boşluğunkinden daha az azaltır. Problem 7.6 RC devresi. (a) İlkönce voltaj sabittir ve zaman aralığını düşünün. Bu zaman aralığı boyunca sürücü yazabiliriz. alındığında bu diferansiyel denklemin çözümü, olur. Burada A integral sabitidir. A yı tayin etmek için başlangıç koşullarını göz önüne alırız. için olduğundan, kapasitördeki yükü için sıfırdır ve ayrıca da da sıfırdır. Bunun gerçek olması için almalıyız ve böylece, olur. olduğundan devredeki akım için, elde ederiz. Kapasitörün uçları arasındaki potansiyel veya dir. Kaynak tarafından sağlanan güç (dirençte harcanan güçle karıştırılmamalı!) genelde dir ve bu yüzden ilk yarım periyot boyunca için, Sayfa 10

olur. Şimdi zaman aralığını göz önüne alalım. Orada yazabiliriz ve için denklem, olur. Şimdi genel çözüm ( ), olur. Burada belirlenecek bir sabittir. ve aralıklarında için çözümlerimiz de uyuşmalıdır. Bu durumda, yazmalıyız. Şimdi de olur. Böylece olur ve biz 1 e göre bu terimi ihmal edebiliriz. Dolayısıyla elde ederiz ve böylece, olur. Buradan, buluruz. (b) Tam bir periyottan sonra tam eğri kendini tekrarlar. Tam bir periyot üzerinden ve nin grafikleri aşağıda verilmiştir: (c) Dirençte harcanan anlık güç harcanan enerji, dir; bu nedenle bir periyot boyunca dirençte Sayfa 11

olur. Güç kaynağının harcadığı anlık güç boyunca harcanan toplam enerji, bu yüzden dır. Güç kaynağı tarafından bir periyot olur. Böylece tam bir çevrim boyunca güç kaynağında harcanan enerji dirençte ısı olarak harcanan enerjiye eşittir. Bu sonuç, enerji korunumu açısından kaçınılmazdır: bir çevrim boyunca kapasitör yüklenir ve sonra boşalır, bu yüzden kapasitörde bir net enerji dağılımı olmaz ve bir çevrim boyunca güç kaynağı tarafından harcanan tüm enerji dirençte harcanmış olmalıdır. Enerji Bütçesi Şimdi daha detaylı bir enerji bütçesi çıkarabiliriz: bir çevrimin ilk yarısının sonuna doğru kapasitör esas itibariyle tamamen yüklenir. Bu yüzden o, elektrostatik potansiyel enerjisini içerir. Ardışık boşalma periyot boyunca ( olduğunda) bu enerji ısı formunda dirençten dışarı atılmalıdır. Tam bir çevrim boyunca kaybolan toplam enerji sırasında olduğundan, yüklenme periyodu ye eşit miktarda enerjinin dirençte harcandığı sonucuna varabiliriz. Bu açıktır. Çünkü bir tam devirde ( saniyede) akım-zaman eğrisi özdeş iki akım pulsu gösterir. Onların işaretleri farklıdır ama dirençte kaybolan güç olduğundan bu fark ortadan kalkar. ile orantılı SON Sayfa 12

Sayfa 13