Alternatif Akım ve Seri RLC Devresi

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 Devresi
Yönü ve şiddeti zamanla periyodik olarak değişen akımlara alternatif akımlar ve
bu akımları doğuran gerilimlere de alternatif gerilimler denir.
Alternatif akımlar zamanın fonksiyonu olarak;
I (t )  I 0 sin t   
ve alternatif gerilimler
V (t )  V0 sin t   
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.
Alternatif akım devresinde kondansatörün akıma karşı gösterdiği dirence kapasitif
reaktans denir. Birimi Ohm ()’dur ve
XC 
1
1

C 2fC
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
X L  L  2fL
ile hesaplanır.
Seri bağlı bir RLC devresinde devrenin tamamının akıma karşı gösterdiği dirence
ise empedans (Z) denir.
Z  R 2  X L  X C 
2

1 

 R 2   2fL 
2

fC


2
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
cos  
R
Z
denklemi kullanılarak hesaplanabilir.
Reosta
V
A
320
220V ac
L
C
R
24V ac
B
Alçaltýcý
transformatörü
Şekil 2. Seri RLC devresi
•
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.
•
Vetk  f I etk 
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