ALTERNATİF AKIM KAYNAKLARI Akım; doğru ve alternatif akım olmak üzere ikiye ayrılır. Bunlar farklı kaynaklardan, farklı tekniklerle elde edilir ve genelde farklı amaçlar için kullanılır. Sanayide, okullarda, evlerde, iş yerlerinde kullanılan elektrik (akımı), bir pilden elde edilen akımdan farklıdır. Akım sürekli ve periyodik olarak (eşit aralıklarla) yön ve şiddet değiştiriyorsa, bu akıma alternatif akım denir. Bu akım bir sinüs ya da bir kosinüs grafiği gibidir. mevcuttur. Hem ucuz, hem de yüksek akım elde etmek amacıyla kurulmuş olan alternatif akım üreten sistemlere elektrik santralleri denir. Elektrik santrallerinde farklı enerji türleri elektrik enerjisine dönüştürülür. Bugün üç değişik türde elektrik üreten santraller I. HİDROELEKTRİK SANTRALLER Akan suların hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere denir. Suyun önüne set çekilerek yükseltilir. Yüksekten akan su, kinetik enerji kazanarak santralde bulunan türbinleri döndürür. Türbinler ise jeneratörlerin mıknatıs kutuplarını döndürerek elektrik akımı oluşturan robotu döndürür. Böylece suyun potansiyel enerjisinden elektrik enerjisi elde edilmiş olur. Üretim masrafının diğer santrallere göre düşük olması ve çevre kirliliği oluşturmaması yönünden, bu santraller çok tercih edilir. Özellikle ülkemiz gibi su kaynakları zengin ülkeler tarafından tercih edilen santrallerdir. Atatürk, Keban, ve Hirfanlı barajları ülkemizdeki belli başlı hidroelektrik santralleridir. II. TERMİK SANTRALLER Kömür, petrol, doğal gaz gibi yakıtların yakılmasıyla elde edilen ısı enerjisini, elektrik enerjisine dönüştüren santrallerdir. Termik santrallerde bu yakıtlar yakılarak yüksek basınçta su buharı elde edilir. Buhar, santralde bulunan türbine bağlı rotoru döndürür. Böylece ısı enerjisi elektrik enerjisine dönüşür.
Bu santrallerde yanan yakıtların artıkları havaya karışarak çevre kirliliğine neden olur. Ülkemizin en önde gelen termik santralleri; Soma, Tunçbilek, Yatağan, Afşin-Elbistan termik santralleridir. III. NÜKLEER SANTRALLER Atom çekirdeklerinin kaynaşması ya da parçalanması sonucu açığa çıkan enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer enerjinin kaynağı, çekirdek tepkimeleridir. Alman bilim adamları 1939 yılında nötronun bir uranyum çekirdeğine çarptığında, uranyumun yeni iki kararsız çekirdeğe ayrıldığını ve çok büyük bir enerjinin açığa çıktığını bulmuşlardır. Kararsız bir atom çekirdeğinin, küçük iki çekirdeğe, parçalanmasına fisyon denir. Fisyon olayının denetim altına alındığı düzeneklere nükleer reaktör denir. Bu reaktörlerde üretilen enerji çok büyüktür. Fakat oluşan radyoaktif maddeleri kontrol altında tutmak çok güçtür. Meydana gelebilecek bir kazada etrafa büyük miktarda radyoaktif madde yayılır. Bu maddeler insanlar, hayvanlar ve bitkiler üzerinde çok büyük kalıcı etkiler meydana getirir. Hatırlanacağı gibi Çernobil Nükleer Santrali nde meydana gelen kazadan ülkemizin bazı bölgeleri etkilenmiş ve büyük oranda radyoaktif kirlilik oluşmuştur. Ayrıca radyasyonlu çaylar ve fındıklar toplanarak depolanmıştır. Bırakın tüketmeyi, bugün halen imha edilmesi bile büyük bir zorluk oluşturmaktadır. Fisyon olayının tersi de gözlenebilmektedir. Hidrojen ve Helyum gibi elementlerin çekirdekleri yüksek sıcaklıkta birleşip, daha büyük bir çekirdek oluşturabilir. Bu olaya füzyon denir. Bu olayda fisyondaki enerjiden daha büyük bir enerji çıkar. Güneşin enerji kaynağı füzyondur. Hidrojen bombasının patlamasının esası füzyon olayıdır. Henüz füzyon reaktörleri geliştirilip elektrik üretilmesi aşamasına gelinememiştir. Bu konuda önemli bir çalışma yapılmamaktadır. Çünkü bu olay çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşebilmektedir. (5-10 milyon o C) Bu sıcaklığa dayanacak cisim henüz üretilmemiştir. Nükleer santrallerde, çok az yakıtla büyük miktarda enerji üretilir. Ülkemizde çok sayıda hidroelektrik ve termik santral kurulmuştur. Bu santrallerin bazılarının adları ve güçleri TEAŞ verilerine dayanarak aşağıda verilmiştir. Hidroelektrik santrallerinin adı Kurulu gücü (MW) Atatürk 2405 Karakaya 1800 Keban 1280 Altınkaya 702 Oymapınar 540 Hasan Uğurlu 500 Gökçekaya 278,4 Termik santrallerinin adı Yakıt türü Kurulu gücü (MW) Ambarlı Doğal gaz 1350 Trakya(hamitabat) Doğal gaz 1120 Ambarlı Fuel-oil 630 Yatağan Kömür 630 Çayırhan Kömür 300 Aliağa Fuel-oil 180 Denizli Jeotermal Jeotermal enerji 175
Gelecekte enerji ihtiyacımızı karşılamak için ülkemizin daha çok hidroelektrik ve termik santrallere ihtiyacı var. Ayrıca bir nükleer enerji üretim santrali de kurulma aşamasındadır. TRANSFORMATÖRLER Barajlarda üretilen elektrik enerjisinin volt değeri ya da şehirde dolaşan elektriğin volt değeri ile, çalıştırdığımız cihazların çalışma gerilimi aynı olmayabilir. Böyle uyuşmazlık hallerinde voltajı, aynı frekansta yükselterek ya da alçaltarak uygun hale getiren düzeneklere transformatör denir. Transformatör alternatif gerilimleri aynı frekansta alçaltıp yükselten ve bu işlemi az kayıpla gerçekleştiren önemli bir araçtır. Transformatörlerin kullanım amacına göre yapılmış çok değişik çeşitleri vardır. Transformatöre kısaca trafo da denir. Trafoda enerji üretilmez volt ya da amper değiştirilir. Yapısı: Transformatörler, manyetik alan kuvvet çizgilerini yoğunlaştıran, dağılmasını önleyen bir demir çekirdek üzerine sarılmış sarımlarla elde edilen düzenekten oluşur. Makaralardan birine değiştirilmesi düşünülen voltaj uygulanır. Bu sarımlarla birincil sarımlar ya da primer devre denilir. Diğer sarımlardan ise değiştirilmiş voltaj alınır. Bu makaraya sekonder ya da ikincil devre denir. Türleri: Birincil makaradaki sarım sayısı az, ikincil makaradaki sarım sayısı çok ise bu tür transformatörlere yükseltici transformatör denir. Birincil makaradaki sarım sayısı çok, ikincil makaradaki sarım sayısı az ise bu tür transformatörlere alçaltıcı transformatör denir. Transformatörde Bağıntılar Bir transformatörde iki kola sarılmış iki bobin bulunmaktadır. Alternatif gerilimin uygulandığı birinci sargıya primer (giriş), çıkış geriliminin alındığı ikinci sargıya sekonder (çıkış) sargısı denir. Transformatörler AC gerilimiyle çalışır ve AC geriliminin frekansı değiştirilemez. Akım, gerilim ve sarım sayısı arasında; Sek. Sarım s. = sek. Gerilimi = prim. akım Prim. Sarım s. Prim. Gerilimi sek. Akım
N s V s I p = = N p V p I s İlişkisi vardır. Alternatif akımın ampermetre veya voltmetrede okunan değerine etkin değer denir. Alternatif akımları, etkin değerler dediğimiz sabit değerler ile belirtmek uygulamada kolaylık sağlar. Alternatif akım şiddet, bir yöndeki maksimum akım değeri ile diğer yöndeki maksimum akım değeri arasında değişmesine rağmen, bir dirençten geçtiğinde ısı meydana getirir. Güç: Birim zamanda yapılan işe güç denir. Elektrik devresindeki güç, W I V.t I 2.R.t P = = t t t V 2 P = I.V = I 2. R = R ile bulunur. Verim: Alınan enerjinin verilen enerjiye oranıdır. W alınan E alınan Transformatörde, verim= = W verilen E verilen I s. V s Verim= I p. V p formülüyle bulunur. Transformatörün ikincil devresindeki dirençten akım geçmiyorsa transformatörün birincil devresinde enerji harcanmıyor demektir. Başka bir ifadeyle primerde akım oluşmuyor demektir. Ardışık Bağlı Transformatörler K bobinine uygulanan alternatif gerilim sarım sayılarının oranlarına göre L bobinine oradan da P bobinine aktarılır ve R bobininden çıkış alınır.
Bu tür bağlanmış transformatörlerde L ve P bobinlerindeki voltaj değerleri sarım sayısına bakılmaksızın eşit olur. V son gerilimini azaltmak için, 1. K ya da P makaralarının sarım sayılarını artırmak gerekir. 2. L ya da R makaralarının sarım sayılarını azaltmak gerekir. Böyle bir düzenekte ; N L V L = ayrıca V L = V P ve N K V K N R V R = N P V P bağıntıları geçerlidir. Transformatörlerin Kullanıldığı Yerler Transformatörler kaynak makinelerinde kullanılır. Metallerin eritilmesi büyük akım şiddetleri büyük akım şiddetleri geçirilerek olur. Enerjinin korunumunun bir gereği olarak yüksek akım elde etmek için gerilimi düşürmek gerekir. Sekonderi az ve fakat kalın sarımlarla yapılmış transformatörlerde elektrottan yüksek akım geçişi sağlanır ve metaller kaynatılabilir. Alçaltıcı transformatörlerle düşürülmüş gerilim doğrultarak, radyo, teyp vb. Elektronik cihazları çalıştırmakta da kullanılır. Elektronik cihazlarda yüksek voltaj gereken yerlerde de trafolardan faydalanılabilir. Enerji barajlarda üretilir, üretildiği yerden çok uzaktaki yerleşim bölgelerinde tüketilebilir. Bu mesafe çok uzun olduğu zaman enerji nakil hatlarında azımsanmayacak değerde ısıya dönüşen enerji olur. Bu kayıp enerji transformatörlerle azaltılabilir. Santrallerde 20 000 30 000 voltluk alternatif gerilim üretilir. Bu volt değeri yükseltici transformatör yardımı ile 50 100 kat arttırılarak enerji nakil hattından geçen akım şiddeti küçültülmüş olur. Enerji nakil hatlarında kayıpta azalmış olur. Bu akım kullanılacağı yerin yakınında bir yerde bir kez trafo yardımıyla 20 000 30 000 volta düşürülür. Mahallelerde ise tekrar 220 volta indirilerek evlere ve sokaklara verilir. Transformatörler çalışırken makaralar arasında elektrik akımı geçişi hiç bir zaman olmaz. Transformatörlerde enerji nakli manyetik yöntemle gerçekleştirilir. Değişen manyetik alanda bulunan iletkenler üreteç gibi davranırlar. Bu yüzden primerine alternatif (değişken) akım uygulanan bir transformatörün çekirdeğinde değişen manyetik akı elde edilir. Bu değişen manyetik akı sekonder makaranın içinden geçince bu sarımlarla üretece dönüşürler. Bu yüzden transformatörler doğru akımda çalışmaz. Örneğin primer devrede bir pil ya da akü varsa sekonder devrede volt üretilemez. Ancak bir reosta yardımıyla akım değiştirilirse sekonder makaralarda elektrik indüklenebilir. ÇÖZÜMLÜ SORULAR Örnek 1: Katı, sıvı, gazların elektriği iletkenliğine ilişkin, I. Katılarda elektronlarla sağlanır. II. Sıvılarda iyonlarla sağlanır. III. Gazlarda elektron ve iyonla sağlanır.
Yargılarından hangileri doğrudur? D) II ve III E) I, II ve III Katıların elektrik iletkenliği elektronlarla, sıvılarınki iyonlarla, gazlarınki ise iyon ve elektronlarla sağlanır. CEVAP: E Örnek 2: I. Tuzlu su, II. Limonlu su, III. Şekerli su, İfadelerinden hangileri iletken değildir? D) I ve II E) II ve III Sıvıların iletken olabilmesi için iyonların ayrılması gerekir. Şekerli su iyonlarına ayrılmadığından iletken değildir. CEVAP: C Örnek 3: Bir transformatörün primerinde 400 sarım vardır. 220 voltluk gerilimi 11 volta düşürmek için sekonderin sarım sayısının kaç sarım olması gerekir? A) 20 B) 22 C) 44 D) 100 E) 220 N p V p 400 220 = = N s 20 N s V s N s 11 CEVAP : A 4 Örnek 4:Şekildeki transformatörün girişine 100 V alternatif gerilimi N P uygulanıyor. 10 N S Olduğuna göre, direncin gücü kaç watt tır? 1 1 A) B) C) 4 D) 10 E) 25 25 10
N p V p 100 = = 10 V s = 10 V tur. N s V s V s CEVAP : E Örnek 4: Transformatörlerle ilgili olarak, I. Alternatif akımla çalışır. II. Her zaman V p > V s olur. III. Gerilimin frekansı değerini alçaltmak veya yükseltmek için kullanılır. İfadelerinden hangileri kesinlikle doğrudur? D) I ve II E) II ve III Transformatörler alternatif akımla çalışır. Gerilimi yükseltir veya alçaltırlar. Ama her zaman primerin gerilimi, sekonderin geriliminden büyük olmak zorunda değildir. Frekans ise her zaman sabittir. CEVAP : A V p V s İşlemlerinden hangileri yapılmalıdır? Örnek 5: Bir transformatörün P bobinine 300 voltluk gerilim uygulandığında S bobininden 100 voltluk gerilim alınıyor. S bobininden alınan gerilimi artırmak için, I. P bobininin sarım sayısını azaltmak, II. S bobininin sarım sayısını artırmak, III. Bobine uygulanan giriş gerilimini artırmak, A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I.II ve III N p V p N s = V s = V p. olur. N s V s N p Yukarıdaki ifadelerin hepsinde de V s gerilimi artar. CEVAP : E Örnek 6: Sarım sayıları farklı olan X ve Y bobinlerinden oluşan ideal transformatörler için, I. Bobinlerin gerilimleri eşittir. II. Bobinlerdeki etkin akımlar eşittir. III. Bobinlerdeki etkin güçler eşittir. Yargılarından hangileri kesinlikle yanlıştır? D) I ve II E) I ve III I.İdeal bir transformatörde enerji kaybı yoktur. Bobinlerin sarım sayıları farklı ise (N p N s)
N p V p = N s V s bağıntısına göre, bobinlerin V p ve V s gerilimleri kesinlikle farklıdır. (I kesinlikle Yanlış) II.Bobinlerin dirençlerini kesin bilmediğimiz için, akımlar eşit ya da farklı olabilir. (II kesin değil) III.İdeal transformatörde girişte uygulanan güç ile çakıştan alınan güç eşittir. (III kesin doğru) CEVAP : A Örnek 7: Şekildeki transformatörün primerine 20 V luk bir gerilim uygulandığında, sakonderdeki 5 luk direnç üzerinden 3 amperlik akım geçiyor. Primerin sarım sayısı N p, sekanderin sarım sayısı N s ise, N p oranı kaçtır? N s 20 V 1 3 4 A) B) C) D) 4 E) 12 4 4 3 5 Transformatörün çıkışından elde edilen gerilim, V s = I s. R V s = 3. 5 V s = 15 volt olur. N p V p = N s V s 15 N s N p 4 = 20 N p N s 3 Örnek 8:Nükleer santrallerde, I. Doğal gaz II. Kömür, III. Uranyum Niceliklerinden hangileri yakıt olarak kullanılır? CEVAP : C D) I ve II E) I ve III Nükleer santrallerde yakıt olarak radyoaktif elementler kullanılır. Verilenlerden uranyum radyoaktif element olduğundan, doğru cevap yalnız III tür. CEVAP : C