Bölüm8 : Alternatif Akım Ve Seri RLC Devresi

ZKÜ Fen-Ed. Fak.

Fizik Bölümü

GENEL BİLGİLER

• Alternatif akım ve gerilim ölçmeyi öğrenmek • Direnç, kondansatör ve indüktans oluşan seri bir alternatif akım devresini

analiz etmek

Alternatif Akım ve Seri RLC DevresiYönü ve şiddeti zamanla periyodik olarak değişen akımlara alternatif akımlar ve bu akımları doğuran gerilimlere de alternatif gerilimler denir.

Alternatif akımlar zamanın fonksiyonu olarak;

ve alternatif gerilimler

denklemleri ile ifade edilirler.Burada, I0 akımın maximum değerini; V0, gerilimin

maximum değerini;w , açısal frekansı (f, çizgisel frekanstır) ve , t=0 anındaki akım ya da gerilimi bulmamıza yarayan faz sabitini göstermektedir.

Seri bağlı RLC devresindeki devre elemanlarını kısaca tanımlarsak:

R direnci, elektrik yüklerinin haraketine (akıma) karşı iletkenin gösterdiği zorluktur.

Kapasitör: En basit şekliyle paralel iki metal plaka arasındaki bir yalıtkandan oluşan yük depolamaya yarayan devre elemanıdır.

tItI sin)( 0

tVtV sin)( 0

Alternatif akım devresinde kondansatörün akıma karşı gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir. Birimi Ohm ()’dur ve

fCCX C 2

11

İndüktans (Self-L): Basit olarak silindirik bir destek üzerine yanyana sarılmış çok sayıda telden (bobin teli) oluşur. Doğru ve alternatif akım devrelerinde akımdaki değişmelere karşı koyan (direnç gösteren) devre elemanı gibi davranır.

Bir alternatif akım devresinde indüktansın akıma karşı gösterdiği dirence indüktif reaktans denir. Birimi Ohm ()’dur ve

fLLX L 2ile hesaplanır.

Seri bağlı bir RLC devresinde devrenin tamamının akıma karşı gösterdiği dirence ise empedans (Z) denir.

2

222

2

12

fCfLRXXRZ CL

Burada Z, R, XL, XC niceliklerinin herbiri bir vektöre karşılık getirilerek Şekil 1’deki diyagram çizilebilir.

R

Z

Z

R

(a)(b)

Şekil 1. RLC devresinde (a) durumu için vektör diyagramı, (b) durumu için vektör diyagramı.

Bir dirençten geçen akım ile o direncin uçları arasındaki gerilim daima aynı fazdadır. O halde Şekil 1’teki açısı devreden geçen akımla o devrenin tamamına uygulanan gerilim arasındaki faz farkını gösterecektir. Bu açı

Z

Rcos

denklemi kullanılarak hesaplanabilir.

R eo sta

C R

2 2 0 V ac 2 4 V ac

A lçaltýcýtran sfo rm atö rü

L3 2 0

VA

B

• Şekil2’deki devreyi kurunuz. Devreye ampermetreyi ve reostayı seri olarak bağlayınız.

• Reostanın sürgüsünü devreden 0.1 amper geçecek şekilde ayarlayınız.

• Voltmetreyi kullanarak her bir devre elemanının üzerine düşen gerilimi ve tüm devre üzerine düşen gerilimi (AB noktaları arasındaki) ölçünüz ve her bir değeri kaydediniz.

• Bu işlemi, reostanın sürgüsünü maksimum akım değeri 1Amperi geçmeyecek şekilde, her defasında ayarlayarak farklı değer için tekrarlayınız.

• Her bir devre elemanı için aldığınız verileri kullanarak grafiğini çiziniz. Grafiklerin eğiminden sırası ile direnç için R, kondansatör için kapasitif reaktans , indüktans için indüktif reaktans ve tüm devre için empedans Z değerini hesaplayınız.

• Akım ile gerilim arasındaki faz farkını bulmak için devre elemanlarının deneysel değerlerini kullanarak milimetrik ölçekte vektör diyagramı çiziniz. Bu diyagram yardımı ile açısını açıölçer kullanarak ölçünüz

etketk IfV

Şekil 2. Seri RLC devresi