3. HAFTA BLM223 Yrd. Doç Dr. Can Bülent FİDAN hdemirel@karabuk.edu.tr Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
2 3. OHM KANUNU, ENEJİ VE GÜÇ 3.1. OHM KANUNU 3.2. ENEJİ VE GÜÇ 3.3. ELEKTİK DEVESİNDE GÜÇ 3.4. GÜÇ KAYNAĞI
3 3.1. OHM KANUNU 3. OHM KANUNU, ENEJİ VE GÜÇ 1827 yılında George Simon Ohm Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir şeklinde tanımını yapmıştır. Bir elektrik devresinde akım, voltaj ve direnç arasındaki bağlantıyı veren kanuna Ohm Kanunu adı verilir. V I V = I. Gerilim Akım Direnç (Volt) (Amper) (Ohm) VA Şekil 3.1. Ohm Kanunu Voltmetre direnç üzerindeki potansiyel farkını ölçmek için direncin karşısına paralel bağlanır. Ampermetre devre içinden ve direnç içinden geçen akımı ölçmek için dirence seri bağlanır. Ohm kanununa göre, eğer direnç üzerine iki misli gerilim uygulanırsa iki misli akım geçer, gerilim yarı değerine düşerse akım değeri de yarı değerine düşmektedir. Bu şu anlama gelmektedir. Akım, gerilimle doğru orantılıdır. Ayrıca Ohm kanununa göre direncin iki katına çıkması durumunda akım değeri yarı değerine düşer, direncin yarı değerine düşmesi durumunda akım iki katına yükselir. Bundan dolayı akım direnç değeriyle ters orantılıdır. ÖNEK 1 : Şekildeki devrede devre akımını bulunuz. Daha sonra kaynak gerilimi 3 kat arttırılırsa devre akımı kaç kat artar hesaplayınız.
4 5V V I 100Ω I V 5V = = = 0,05A = ma 100Ω 50 Eğer Kaynak gerilimi 3 kat artarsa; V = 5V = 100Ω I =? V 15V I = = = 0,15A = 150mA 100Ω Görüldüğü üzere devre akımı da 3 kat artacaktır. ÖNEK 3 : Şekildeki devrede 5A lik akım şiddetini meydana getiren V kaynak gerilimini hesaplayınız. V I = 5A 100Ω V =? I = 5A = 100 Ω V = I. = 5.100 = 500V 3.2. ENEJİ VE GÜÇ Enerji: İş yapabilme yeteneğine enerji denir. Güç: Belli bir zamanda kullanılan enerji oranına denir. Şekil 3.2. Yenilenebilir enerji üretimleri
5 Bir direnç içinden akım geçtiği zaman, elektrik enerjisi ısı ve ışık enerjisine dönüşür. Elektrik ampulünü buna örnek verebiliriz. Ampulün bir direnci olduğu için hem ışık yayarken aynı zamanda ısı yaymaktadır. Uzun süre yanan bir ampule elinizi dokunamazsınız. Gücün sembolü P dir. Belli bir t zamanında kullanılan enerji miktarını gösterir. Gücün birimi Watt dır. W ile gösterilir. Aşağıdaki şekilde formül ile bulunur. W P = t Güç = Enerji Zaman Watt = Joule saniye 1 Watt: Bir saniye içerisinde bir joule lük enerji kullanıldığı zamanki güç miktarıdır. ÖNEK 4: 10 sn içerisinde kullanılan enerji miktarı 80J ise güç miktarı kaç wattır. Burada; W = 80J, t = 10sn, P =? W 80 P = = = 8Watt olarak bulunur. t 10 Elektronikte genellikle 1 Watt ın altındaki güçler kullanılır. Daha düşük güç birimlerini ifade etmek için mw, µw gibi birimler kullanılır. Elektrikte ise genellikle daha yüksek güçler kullanılır. Yüksek güçleri ifade edebilmek için KW, MW gibi birimler sıklıkla kullanılır. Bunun yanı sıra elektrik motorları yaygın olarak beygir gücünü kullanırlar. 1 hp = 746W dır. Enerjinin sembolü W dir. Birimi ise joule veya WattSaat dir. Enerjiyi bulmak için güç ile zaman çarpılır. Eğer zaman birimi olarak saniye kullanılırsa enerjinin birimi joule (j) olur. Zaman birimi olarak saat kullanılırsa enerji birimi de WattSaat (Wh) olur. Bunu şu şekilde de ifade edebiliriz. 1Wh = 3600 joule dir. W P. t = Enerji = Güç. Zaman Joule = Watt. Saniye Wh = Watt. Saat
6 ÖNEK5: 100W lık bir ampül 10 saat yanıyor. Burada harcanan enerjiyi bulunuz. P = 100W t = 10 saat W =? W = P. t = 100W.10saat = 1000Wh = 1KWh olarak hesaplanır. ÖNEK7: Aşağıda bir evde bulunan elektrikli ev aletleri, bunların gücü ve çalışma saatleri verilmiştir. Buna göre elektrik sayacındaki göstergenin ne olacağını ve 1KWh = 40 Kuruş (0,4 TL) ise kaç TL lik elektrik enerjisi harcanacağını bulunuz. Buzdolabı Çamaşır Mak. Elektrikli Şofben Ütü 220V AC Gücü =1800W Çalışma saati 10 saat Gücü = 500W Çalışma saati 3 saat Gücü = 7200W Çalışma saati 2 saat Gücü = 2200W Çalışma saati 2,5 saat 0 0 0 0 0????? WBuzdolabı = P.t = 1800.10 = 18000Wh = 18KWh WElektrikli Şöfben. = P.T = 7200.2 = 14400Wh = 14,4KWh WÇamaşır Makinası= P.t = 500.3 = 1500Wh = 1,5KWh WÜtü = P.t = 2200.2,5 = 5500Wh = 5,5KWh WToplam = 18KWh 1,5KWh 14,4KWh 5,5KWh = 39,4KWh 0 0 0 0 0 0 0 3 9 4 Toplam Fatura Miktarı = 39,4KWh. 0,2TL = 15,76 TL
7 3.3. ELEKTİK DEVESİNDE GÜÇ Elektrik devresinde direnç içerisinden akım geçtiği zaman elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşür. Elektrikli ısıtıcılar bu temel prensipten hareketle üretilmişlerdir. Direnç üzerinde ısı meydana gelmesi demek aynı zamanda direncin gücünü de gösterir. V I Enerji dönüşümü sonucunda direnç içinden akım geçtiği zaman ısı açığa çıkar Şekil 3.3. Bir elektrik devresinde güç harcaması Bir dirençten akım geçtiği zaman direnç içinde hareket eden elektronlar çarpışacaklardır. Bunun sonucunda yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşecektir. Elektrik devresinde her zaman belli bir miktarda güç harcaması olacaktır. Güç harcaması direncin büyüklüğüne ve akım büyüklüğüne bağlıdır. P = I 2. Yukarıdaki eşitliği akım ve gerilim cinsinden de ifade edebiliriz. P = I 2. = I. I. = (I.). I P = V. I Eşitlik Gerilim ve direnç cinsinden de ifade edilebilir. P = V. I = V ( V/) P = V 2 / Burada; P : Güç (Watt), I : Akım (Amper) V : Gerilim (Volt) : Direnç (ohm) ÖNEK8: Aşağıdaki devrelerde güçleri hesaplayınız.
8 10V 2A V 1,5A 68Ω 9V I 15Ω P = V. I P = 10V. 2A P = 20W 3.4. GÜÇ KAYNAĞI P = I 2. P = 1,5 2. 68 P = 153W P = V 2 / P = 9 2 / 15 P = 5,4W Güç kaynağı, yüke güç sağlayan devredir. Buradaki yük herhangi bir devre elemanı veya devre olabilir. Örneğin cep telefonu, bilgisayar, DC motor, mp3 player, FM radyo vb.. gibi cihazlar yüke örnek verilebilir. Güç Kaynağı V ÇIKIŞ I Yük Yükteki harcanan güç = I.V ÇIKIŞ Şekil 3.4. Güç Kaynağı ve yükün blok diyagramı Elektronik güç kaynakları 220V luk AC şebeke gerilimlerini daha düşük DC gerilimlere dönüştürürler. AC gerilimler normalde yönü ve şiddeti sürekli değişen gerilimlerdir. Bu sebeple çoğu elektronik cihazlar bu tür gerilimlerde çalışmazlar ve daha düzgün olan yönü ve şiddeti sürekli sabit kalan DC gerilimlere ihtiyaç duyarlar. Pillerde bir tür DC güç kaynağıdır. Ancak piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren DC güç kaynaklarıdır.
9 Elektronik Güç kaynağı Pil Şekil 3.5. Güç kaynakları Güç Kaynağında Verim: Verim güç kaynaklarında önemli bir karakteristiktir. Verim çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır. POUT PO Verim = = = P P IN İ P P ÇIKIŞ GIIS Verim genellikle yüzdelik olarak ifade edilir. Örneğin giriş gücü 100W, çıkış gücü 50W ise burada verim, (50W/100W).(%100) = % 50 olarak ifade edilir. Bütün elektronik güç kaynakları enerjiyi dönüştürür ve çıkış gücü elde etmek için girişine güç uygulamak gerekir. Örneğin şebekedeki 220V luk gerilimi girişine uygulanan elektronik DC güç kaynağının çıkışında DC gerilim vardır. Çıkış gücü her zaman giriş gücünden düşüktür. Çünkü Güç kaynağının içindeki devre elemanları belli bir güç harcayacaktır. Bu harcanan güce kayıp güç (Pkayıp) denir. Çıkış gücü, Giriş gücünden kayıp gücün çıkarılması ile bulunur. P ÇIKIŞ = P GIIS P KAYIP ÖNEK11: Bir elektronik güç kaynağı giriş gücü 25W. Çıkış gücü ise 20W tır. Verim ve kayıp güç nedir?
10 Po 20W Verim( η ) =.100 =.100 = %80 Pi 25W PKAYIP = Pİ PO = 25W 20W = 5W KAYNAKÇA Hüseyin DEMİEL, DCAC Devre Analizi, BİSEN YAYINEVİ, İSTANBUL, 2013.