NDEKLER

Sayfa

KAYNAK MAKNALARI ..................................................................................................... 1

I. GR ................................................................................................................................... 1

II. MADDE VE ELEKTRK ................................................................................................... 1

1. MADDE .............................................................................................................................. 1

2. ELEKTRK ....................................................................................................................... 10

2.1. Gerilim (Potansiyel Fark), Akm, Diren: ..................................................................... 10

2.1.1. Gerilim (Potansiyel Fark): ........................................................................................... 10

2.1.2. Akm ............................................................................................................................ 12

2.1.3. Diren .......................................................................................................................... 14

2.1.4. Elektrik Alan Ve Magnetik Alan ............................................................................... 15

2.1.4.1. Elektrik Alan ........................................................................................................... 15

2.1.4.2. Magnetik Alan .......................................................................................................... 16

2.1.4.3. Elektrik Alannn Ykl Paraca Etki Ettirdii Kuvvet: ....................................... 17

2.1.4.4. Magnetik Alann Ykl Paraca Etki Ettirdii Kuvvet: ....................................... 19

2.2. Akm Cinsleri (Doru Akm, Alternatif Akm).............................................................. 20

2.2.1. Doru Akm: ............................................................................................................... 20

2.2.1.1. Doru akm direnci ................................................................................................... 21

2.1.1.2. Doru akmda g .................................................................................................... 22

2.2.2. Alternatif Akm ........................................................................................................... 22

2.2.2.1. Monofaze Alternatif Akm ....................................................................................... 22

2.2.2.2. Alternatif akm direnci ............................................................................................. 23

2.2.2.2.1. Kondansatr Kapasitans ...................................................................................... 24

2.2.2.2.2. Bobin Endktans .................................................................................................. 25

2.2.2.2.3. Magnetik geirgenlik lm ................................................................................ 26

2.2.2.2.3.1 Bal Manyetik Geirgenlik ................................................................................ 26

2.2.2.2.3.2 Ferromanyetik Maddelerin Manyetik Geirgenliinin lm .......................... 26

2.2.2.2.3.3. Art Manyetik Geirgenlii () ...................................................................... 27

2.2.2.2.3.4 Balang manyetik Geirgenlii (i) .................................................................. 27

2.2.2.2.3.5. Manyetik alan iddeti (Mknatslama gc) ...................................................... 27

2.2.2.2.3.5. Manyetik Ak Younluu ................................................................................... 29

2.2.2.2.3.7. Doyma ................................................................................................................ 29

2.2.2.2.3.8. Manyetik Geirgenlik lm Sistemi ................................................................ 29

2.2.2.3. Alternatif akmda g ............................................................................................... 33

2.2.2.4. Alternatif Akmda Reaktif G Kompenzasyonu .................................................... 34

2.2.2.4.1. Seri bir devrede reaktif g kompenzasyonu ........................................................ 34

2.2.2.4.2. Paralel bal bir devrede reaktif g kompenzasyonu........................................... 36

2.2.2.4.3. Reaktif g kompenzasyonunda kondansatr hesab ve rnekler ......................... 37

2.2.2.5. Trifaze Alternatif Akm ............................................................................................ 42

2.2.2.6. Trifaze alternatif akmda reaktif g kompenzasyonu ve rnekler .......................... 46

2.3. Elektrik ve Magnetik ...................................................................................................... 47

2.3.1. Diren: ......................................................................................................................... 49

2.3.2. Ohm Kanunu ............................................................................................................... 49

2.3.2.1. Elektrikte Ohm kanunu; ........................................................................................... 50

2.3.2.2. Magnetikte Ohm kanunu; ......................................................................................... 50

2.3.3. Kirchoff Kanunlar ...................................................................................................... 51

2.3.3.1. Elektrikte Kirchoff Kanunlar. ................................................................................. 51

2.3.3.2. Magnetikte Kirchoff Kanunlar ................................................................................ 51

2.4. Elektromotor Kuvvet Ve Gerilim ................................................................................... 54

2.5. Elektromagnetik Endksiyon Ve Endksiyon Kanunu .................................................. 55

2.5.1. Elektromagnetik Endksiyon: ..................................................................................... 55

2.5.2. Endksiyon Prensibi: ................................................................................................... 55

2.6. Magnetik Alan ve Elektrik Alan Enerjisi: ..................................................................... 56

2.7. Istc, Bobin Ve Kondansatr Enerjilerinin Karakteri ................................................... 58

2.7.1. Istc (Omik diren) enerjisi ....................................................................................... 58

2.7.2. Bobin (ndktif diren) enerjisi ................................................................................... 59

2.7.3. Kondansatr (Kapasitif diren) enerjisi ...................................................................... 60

2.8. Titreim Devreleri .......................................................................................................... 61

2.8.1. Rezonans ..................................................................................................................... 63

2.8.1.1. Seri Rezonans ........................................................................................................... 63

2.8.1.2. Paralel Rezonans ...................................................................................................... 66

2.9. Motor, Generatr Ve Transformatr (Trafo) Prensipleri ............................................... 69

2.9.1. Motor Prensibi: ............................................................................................................ 69

2.9.2. Generatr Prensibi ....................................................................................................... 70

2.9.3. Trafo Prensibi .............................................................................................................. 71

III. KAYNAK MAKNALARI VE EKPMANLARI .......................................................... 72

1. KAYNAK LEM ........................................................................................................... 72

1.1. Kaynak leminin Tanm ............................................................................................... 72

1.2. Kaynan Snflandrlmas Ve Elektrik Ark Kayna ................................................... 72

Hareket ilemi ................................................................................................................... 72

2. ELEKTRK ARKI ve KAYNAK LEM ....................................................................... 75

2.1. Elektrik Ark ................................................................................................................... 75

2.2. Plazma ............................................................................................................................ 82

2.3. Elektrik Ark Karakteristikleri ....................................................................................... 87

2.3.1. Elektrik Ark Karakteristii eitleri ........................................................................... 87

2.3.1.1.Kaynak ark statik karakteristii ............................................................................... 87

2.3.1.2. Kaynak ark dinamik karakteristii .......................................................................... 90

2.4. Kaynak Akm retelerinin Karakteristikleri ................................................................ 91

2.4.1. Kaynak akm retelerinin statik karakteristii .......................................................... 91

2.4.1.1. Kaynak Akm retelerinin Statik Karakteristiklerinin karlmas ....................... 93

2.4.2.Kaynak akm reteci dinamik karakteristii ............................................................. 100

2.5. Elektrik Ark (Kaynak Ark ) Stabilitesi ...................................................................... 105

2.6. Kaynak Arkna Etki Eden Kuvvetler............................................................................ 111

2.6.1. Yzey Gerilim Kuvveti ............................................................................................. 112

2.6.2. Magnetik Sktrma Kuvveti ................................................................................... 115

2.6.2.1. Arkn Kendi Kendini Sktrmas (Kendi Magnetik Alannn Kendini Sktrmas)

............................................................................................................................................. 115

2.6.2.2. Arkn cebri olarak dardan yabanc bir magnetik alanla sktrlmas ................. 118

2.6.3. Termik Sktrma ve Plazma Ak Kuvveti .............................................................. 119

2.6.3.1. Arkn kendi kendini termik sktrmas ................................................................. 119

2.6.3.2. Arkn dardan cebrik olarak termik sktrlmas ................................................ 120

2.6.4. Ark flemesi ............................................................................................................. 123

2.6.4.1. Termik fleme ....................................................................................................... 123

2.6.4.2. Magnetik fleme .................................................................................................... 124

2.6.4.2.1. Kaynak arknn kendi magnetik alannn etkisi ile flenmesi ............................. 125

2.6.4.2.2. Kaynak arknn dardan yabanc bir alan etkisi ile flenmesi ............................ 127

2.6.4.3. Ark evresinde herhangi bir nedenle oluan magnetik alann (i ve/veya d alann)

ark eksenine gre simetrik olmay .................................................................................... 127

2.6.4.3.1. Ark eksenine gre i parasnn (evrenin) tm zelliklerinin simetri gstermemesi

....................................................................................................................................... 128

2.6.4.3.2. paras zerinden akan kaynak akm gzergahnn ark eksenine gre simetri

gstermemesi ....................................................................................................................... 130

2.6.4.3.3. Kaynak arkna dardan yabanc bir magnetik alann ark eksenine gre asimetrik

olarak etki etmesi ................................................................................................................ 130

2.6.4.3.4. Arka dardan etki eden bir magnetik alann ark eksenine gre yerleim ve iddet

olarak simetrik ekilde olmamas ........................................................................................ 131

2.6.4.4. Ark flemesini Azaltma ve nleme areleri ........................................................ 132

2.6.4.5. Balama Dzeneklerinin Ark flemesine Etkileri ................................................ 139

2.6.5. Patlama Geri Tepme Kuvveti ve Buhar Basnc Reaksiyon Kuvveti ........................ 140

2.6.6. Yerekimi Kuvveti .................................................................................................... 141

2.6.7. Elektrik alan kuvveti ................................................................................................ 142

2.7. Tam Teekkl Ark fleci ........................................................................................... 142

3. KAYNAK MAKNALARI ............................................................................................. 166

3.1. Kaynak Makinalarnn Sahip Olmas Gereken zellikler ............................................ 166

3.1.1. Bir Kaynak Makinas Mmkn Olduu Kadar Az Bota alma Kaybna Sahip

Olmaldr ............................................................................................................................. 167

3.1.2. Kaynak Makinasnn Kazaya Kar Emniyeti Byk Olmaldr ............................... 175

3.1.3. Kaynak Makinasnn Sarg zolasyonlar, Kaynak Srasndaki Tutuma ve Damla Geii

Hallerinde Ortaya kan Dinamik Ksadevre Akmndan Harabolmamaldr .................... 178

3.1.4. Kaynak Makinasnn Statik Karakteristii Kullanlan Kaynak Yntemine Uygun

Olmaldr ............................................................................................................................. 179

3.1.4.1. Dey Karakteristikli Kaynak Makinalar .............................................................. 179

3.1.4.2. Yatay Karakteristikli Kaynak Makinalar .............................................................. 183

3.1.4.3. Ykselen Karakteristikli Kaynak Makinalar ......................................................... 186

3.1.5. Kaynak Makinasnn Yeterli Ayar Aral Olmaldr. .............................................. 186

3.1.6. Kaynak Makinas Kaynak Yaplacak Blgede Yeterli Kaynak zelliklerine Sahip

Olmaldr ............................................................................................................................. 189

3.1.6.1. Statik Karakteristiin Eimi ................................................................................... 189

3.1.6.2. Kaynak Makinasnn Verdii Doru Akmn Dalgall ve Alternatif Akmn Sins

Formundan Ayrl ............................................................................................................. 191

3.1.6.3. Dinamik Davran ve Dinamik Eim ..................................................................... 193

3.1.6.4. ebeke Hassasiyeti ................................................................................................. 199

3.1.7. Kaynak makinalarnda kullanm asndan gerekli zellikler ................................... 202

3.2. Kaynak Makinalarnn Kontrol ve Ayar ..................................................................... 208

3.2.1. U-Gerilim Ayarl (Kompanseli) (D Ayar) Kontrol Yntemi ............................... 210

3.2.2. I-Akm Ayarl (Kompanseli) ( Ayar) Kontrol Metodu ........................................ 211

3.3. Yaplarna Gre Kaynak Makinalar ............................................................................ 213

3.3.1. Doru Akm Generatrleri ........................................................................................ 215

3.3.1.1. Tahrik Makinasnn Cinsine Gre Doru Akm Generatrlerinin Snflandrlmas217

3.3.1.2. Generatrn kaz (Uyarma) ekline Gre Doru Akm Generatrlerinin

Snflandrlmas .................................................................................................................. 217

3.3.1.3. Generatrn Yapsna Gre Doru Akm Generatrlerinin Snflandrlmas ... 218

3.3.1.3.1. Kar Sarml Makinalar ...................................................................................... 219

3.3.1.3.2. apraz Alanl Makinalar ..................................................................................... 220

3.3.1.3.3. Yan Alanl (Yardmc Kutuplu) Makinalar ......................................................... 222

3.3.1.3.4. Doru Akm Kaynak Generatrlerinin zelliklerinin rdelenmesi ..................... 223

3.3.1.3.5. Doru Akm Kaynak Generatrlerinde Akm (G) Ayar ................................ 225

3.3.2 Transformatrler (Trafo) ............................................................................................ 225

3.3.2.1. Trafo Prensibi ......................................................................................................... 225

3.3.2.2. Yatay Karakteristikli Trafolar ................................................................................ 231

3.3.2.2.1. Kademeli alterle Yaplan G Ayar ................................................................. 232

3.3.2.2.2. Bobinler zerinde Kayar Fralarla (Varyakla) Yaplan G Ayar .................. 233

3.3.2.3. Kaynak Trafolarnda Dey Karakteristik Eldesi ve G Ayar ............................ 234

3.3.2.3.l. Kaak Akya Etkime ............................................................................................ 239

3.3.2.3.2. Yatay Karakteristikli Bir Trafoya Seri Bal Bobin ............................................ 243

3.3.2.3.3. Sabit Gerilimli Bir Trafoya Seri Bal Transdktr ............................................ 249

3.3.2.4. Trafolarn Dinamik Davran ................................................................................ 253

3.3.2.5. Trafolarn nas ..................................................................................................... 254

3.3.2.6. Kazan Kaynak Trafolar ......................................................................................... 255

3.3.2.7. Kaynak Akmnn Uzaktan Ayar Ve Kontrol (Kumandas) ................................. 257

3.3.2.8 Trafolarn Paralel Balanmas ................................................................................. 257

3.3.2.9. Kaynak Trafolarnn ebekeye Balanma artlar ................................................. 258

3.3.2.10. Transformatrlerde G Faktrnn Ykseltilmesi............................................. 260

3.3.2.11. Transformatrn ebekeye Balanma ekilleri ................................................... 261

3.3.3. Redresrler (Dorultucu) .......................................................................................... 263

3.3.3.1. Redresrlerin Yaps ............................................................................................... 263

3.3.3.2. Trifaze ( Fazl) Trafolarn Yaps ...................................................................... 266

3.3.3.3. Diyotlu Redresrler ................................................................................................ 267

3.3.3.3.1. Diyotlu Redresrlerde G Ayar........................................................................ 268

3.3.3.3.1.1. Trifaze Trafolar zerinde G Ayar ............................................................... 268

3.3.3.3.1.1.1. Trafonun Devreye Giren Bobin Sarm Saylarn Deitirerek Redresrlerde

Karakteristik Deitirme ve G Ayar ............................................................................... 268

3.3.3.1.1.2. Redresrlerde Trafonun Kaak Aks Deitirilerek Karakteristik Deitirme ve

G Ayar ............................................................................................................................ 270

3.3.3.3.1.2. Redresrlerde Bobin ve Transdktrlerle Karakteristik Deitirme ve G

Ayar .................................................................................................................................... 270

3.3.3.1.2.1. Trifaze Transdktrlerin Yaps ve Kumandas ............................................... 270

3.3.3.3.1.2.2. Trifaze Bobinlerin Yaps ve Kumandas ...................................................... 272

3.3.3.2. Bir dorultucunun almas .................................................................................. 273

3.3.3.2.1. Selenyum Dorultucu (Diyot) ............................................................................. 274

3.3.3.2.2. Yar letken Diyotlar ........................................................................................... 276

3.3.3.2.2.1. Yar letkenler .................................................................................................. 276

3.3.3.2.2.2. Yar letken Diyotlarn Elde Edilii.................................................................. 279

3.3.3.2.2.3 Diyotlarda Dorultma ....................................................................................... 281

3.3.3.2.2.4. Temel Yar letken Fizii ve Yariletken Diyotlar ........................................... 286

3.3.3.2.5. Diyot eitleri ..................................................................................................... 286

Yar letken Diyotlar (pn-jonctions: pn Geili Diyotlar) ................................................... 286

3.3.3.2.2.6. Yar letken G Elemanlar (Diyot, Tristr, Transistr) ................................. 293

3.3.3.2.2.7. Diyotlu Redresr Balant ekilleri ................................................................. 293

3.3.3.2.2.6. Diyotlu Redresr zellikleri ............................................................................ 296

3.3.3.4. Elektronik Kaynak Makinalar ............................................................................... 299

3.3.3.4.1. Tristr Kontroll Redresrler .............................................................................. 299

3.3.3.4.1.1. Tristrler ........................................................................................................... 299

3.3.3.4.1.1.1. Tristr eitleri ............................................................................................. 305

3.3.3.4.1.1.2. Tristr Kontroll Kaynak Redresr Balant ekilleri ................................. 309

3.3.3.4.2. Transistr Kontroll Redresrler ........................................................................ 314

3.3.3.4.2.1. Transistrler .................................................................................................... 314

3.3.3.4.2.1.1. Transistr eitleri ........................................................................................ 316

3.3.3.4.2.1.2. Transistr Kontroll G Kayna eitleri ................................................. 327

3.3.3.4.2.1.3. Transistrlerin Ykseltici ve alter Olarak Kullanm .................................. 329

3.3.3.4.2.1.4. Analog ve Dijital Kontroll Kaynak Makinalar ........................................... 331

3.3.3.4.3. nverter Kaynak Makinalar ................................................................................ 340

3.3.3.4.3.1. nverter ............................................................................................................. 340

3.3.3.4.3.2. nverter Kaynak Makinalarnn Genel Yaplar ............................................... 341

3.3.3.4.3.3. Allm Tristr ve Transistr Kontroll Kaynak Makinalar ile nverterlerin

Karlatrlmas .................................................................................................................. 342

3.3.3.4.3.4. nverterlere rnekler ........................................................................................ 344

3.3.3.4.3.5. Yaltkan Kprl Bipolar G Transistrlerin (IGBT) nverterlerde Kullanm345

3.3.3.4.3.5. nverter tipi kaynak makinalarnn zellikleri .................................................. 347

ekil 285. Dinamik Kumanda Karakteristii .................................................................. 356

3.3.3.5. Redresrlerde Koruma ........................................................................................... 361

3.3.3.6. Redresrlerin Paralel Balanmas .......................................................................... 363

3.3.3.7. Bir generatrde birden fazla kaynaknn almas hali ....................................... 363

3.3.4. Frekans deitiriciler ................................................................................................. 364

3.3.4.1. Statik Frekans Deitiriciler ................................................................................... 366

3.4.2. Dnerli Frekans Deitiricileri .................................................................................. 367

3.3.4.3. Elektronik Frekans Deitiriciler ........................................................................... 367

3.3.4.3.1. Tristrl devreler ile oluturulan elektronik frekans deitiriciler ...................... 367

3.4.3.2. Transistr Devreleri ile Oluturulan Elektronik Frekans Deitiriciler (Normal

Transistrl nverterler) ...................................................................................................... 369

3.5. Kaynak Makinalarnn Karlatrlmas ...................................................................... 370

3.6. nemli Ark Kayna Yntemlerine Ait Kaynak Makina Ve Ekipmanlar .................. 371

3.6.1. MIG/MAG (Metal Inert Gaz/Metal Aktif Gaz) kaynai ........................................... 371

3.6.1.1. MIG/MAG kaynann tantm ............................................................................. 371

3.6.1.2. MIG/MAG kaynann nemi ................................................................................ 375

3.6.1.3. MIG/MAG Kaynanda Tel Beslemeye (Srme) Etki Eden Faktrler .................. 377

3.6.1.4. Tek anahtardan kontrol ........................................................................................... 394

3.6.1.5. MIG/MAG kaynak ynteminde makinalar ve yntemin uygulanmasnda ortaya kan

problemler ve zmleri ...................................................................................................... 399

3.6.2. TIG (Tungsten Inert Gas) Kayna ........................................................................... 403

3.6.2.1. TIG kayna prensibi .............................................................................................. 403

3.6.2.2. Alminyumun alternatif akmla kayna ................................................................ 406

3.6.3. Tozalt Kayna ......................................................................................................... 411

3.7. Kaynak Kablolarnn Kesitinin Hesaplanmas ............................................................. 413

3.8. Kaynak Makinas Seimi ............................................................................................. 414

3.8.1. Mmkn Olduu Kadar Kaliteli Ve Ucuz (yi) Bir Kaynak Dikii Elde Etmek in

Makina Seiminde Gz nnde Tutulmas Gereken zellikler. ........................................ 414

3.8.2 Kaynak Makinas Seiminde Kullanm ile lgili Gz nnde Tutulmas Gereken

zellikler ............................................................................................................................. 416

3.8.3. Kaynak Makinas Seiminde Belirlenmesi ve Gz nnde Tutulmas Gereken Ticari

Hususlar ............................................................................................................................... 417

3.9. Kaynakta nsan Sal ................................................................................................. 417

3.9.1. Kaynak akm retelerinin insan salna etkileri .................................................. 418

3.9.1.1. Elektrik arpma Tehlikesi ..................................................................................... 418

3.9.1.2. Elektrik ve Magnetik Alann Etkisi ........................................................................ 420

3.9.2. Kaynan Gereklemesinde Kullanlan Is Kaynaklarnn nsan Salna Etkileri 421

3.9.3. Kaynakta Oluan Hava Kirliliinin nsan Salna Etkileri .................................... 422

3.9.4. Kaynakta Oluan Grltnn nsan Salna Etkileri ............................................. 428

3.9.5. Kaynakta Oluan Inlarn nsan Salna Etkileri .................................................. 429

3.9.6. Kaynakta Kullanlan Yanc, Patlayc Gazlarn nsan Salna Etkileri................. 431

3.9.7. Kaynakta nsan Salna Etkiyen Mekanik Etkenler ............................................... 434

3.10. Kaynak Makinalarnn Arzalar ve Bunlarn Giderilmesi ......................................... 435

3.10.1. Dner Makinalarda Grlen Arzalar Ve Giderilmesi ............................................ 435

3.10.2. Statik Makinalarda Grlen Arzalar ve Giderilmesi.............................................. 436

3.11. Kaynak leminin Mekanizasyonu ve Otomasyonu .................................................. 437

3.11.1. Mekanizmalar .......................................................................................................... 438

3.11.2. Nmerik Kontroll Kaynak ..................................................................................... 439

KAYNAKA ...................................................................................................................... 441

1

KAYNAK MAKNALARI

I. GR

Bir elektrik makinas (reteci) olan kayak makinasn kavrayabilmek iin her eyin balangc,

her eyin yap ta olan maddeyi ve zel olarak ta elektrik makinalarnn asl olan elektrii

kavramak gerekir. Bu nedenle bu kitapta nce madde zerinde durulacak, akabinde elektrik

biliminin zerine ina edildii, dolaysyla elektrik makinalarnn (kaynak makinalarnn) da

zerine ina edildii elektrik zerinde durulacaktr. Bu konularla ilgili olarak madde,

maddenin zellikleri, elektrik, elektrik biliminin zerine ina edildii kurallar, kaideler ve bu

kural ve kaidelere bal olarak elektriin teknolojide uygulan tantlacaktr. Btn bu alt

yap oluturulduktan sonra kaynak ark gibi kaynak makinalar ile ilikili konular gzden

geirilecek ve daha sonra da kaynak makinalar incelenecektir.

II. MADDE VE ELEKTRK

1. MADDE

Tm maddeler atomlardan oluur. Dier bir deyile maddelerin yap ta atomdur. Atom

ortada bir nkleon (ekirdek) ile bu ekirdek etrafnda belirli yrngelerde dnen

elektronlardan oluur ekil 1. Buradaki elektronlar negatif elektrik ykl olup, her birinin

yk e=1,6.10-19

Kulomb, arl da me=9.10-28

g dr Kulomb, elektrik yk (yk miktar)

birimidir. Burada e ile gsterilen bir elektronun ykne elemanter yk ad verilir. Nkleon

(ekirdek) ise yksz ntron ve pozitif elektrik ykl protonlardan oluur. Bir protonun sahip

olduu elektrik yk ile bir elektronun sahip olduu elektrik yk (yk miktar) ayndr,

ancak iaretleri farkldr, elektronun yk negatif, protonun yk pozitiftir.

Tabiatta bir cins elektron, bir cins proton ve bir cins ntron vardr. Yani btn farkl

elementlerin atomlarndaki proton, ntron ve elektronlar ayn cinstir. Farkl elementlerin

atomlarnda bunlarn adetleri deiir ve bu adet deiiklii de, farkl elementlerde farkl

zellikte atomlar, yani farkl zellikte elementleri, dolaysyla farkl zellikte maddeleri, yani

farkl maddeleri oluturur.

Farkl maddeler artlar ne olursa olsun farkl zellikler gsterirken, ayn bir cins madde ayn

artlar altnda daima ayn zellikleri gsterir. Ancak ayn bir cins madde farkl artlar altnda

farkl zellikler gsterir. rnein ayn bir cins maddenin sahip olduu enerji (i enerji)

2

deiirse zellikleri deiir. Dier bir deyile maddelerin enerji konumlar deiirse zellikleri

de deiir. Bu geree dayal olarak maddelerin kat, sv, gaz ve plazma gibi her birinin

kendine has zellikleri olan enerji konumlar, dier bir deyile halleri ortaya kmtr. Bu

hallerden katnn sertlii, svnn akkanl, gazn skma kabiliyeti, plazmann da yksek

enerji younluu gibi zellikleri vardr ve pratikte her halin sahip olduu zelliklerden

yararlanlmaktadr.

b)

ekil 1. a) Muhtelif elementlere ait atom yaplar

b) Atom ekirdei evresindeki elektronlar ve yrngeleri

a) Hidrojen Lityum Alminyum

3

Bir maddenin sahip olduu i enerji deitirilerek, maddeyi bir enerji konumundan (bir

halden) dier bir enerji konumuna (dier bir hale) geirmek ve maddenin zelliklerini

deitirmek mmkndr. rnein kat haldeki bir maddeye ergime enerjisi verilerek sv hale,

sv haldeki bir maddeye buharlama enerjisi verilerek gaz haline ve gaz halindeki bir

maddeye de iyonizasyon enerjisi verilerek plazma haline (konumuna) dntrmek (getirmek)

mmkndr. Maddeye verilen bu enerjiler, maddeden geri alnrsa madde eski hallerine

(enerji konumlarna) geri dner. Yani maddenin bir enerji konumundan dierine geii

tersinirdir, geri dnldr. Bu durumu u ekilde formle edebiliriz /1/.

Kat + Eergime Sv

Sv + Ebuharlama Gaz

Gaz + Eiyonizasyon Plazma

Maddelerin normal ortam artlarndaki (20OC scaklk, deniz seviyesi basnc gibi)enerji

konumlar ve zellikleri ile, normal artlar dndaki enerji konumlar ve zellikleri farkldr.

rnein sanayide ok kullanlan ve atomal gazlar olarak nitelendirilen, bileik yapmayan

(asal = soy = inert) gazlardan Argon (Ar) ve Helyum (He) normal ortam artlarnda atom

eklinde bulunurken, yine sanayide ok kullanlan ve molekler gazlar olarak nitelendirilen,

bileik yapan (aktif) gazlardan oksijen (O2), Hidrojen (H2), Azot (N2), Asetilen (C2H2),

Karbondioksit (CO2), normal ortam artlarnda molekller halinde bulunurlar. Burada verilen

gaz molekl simgelerinden grld gibi molekller, birden fazla ayn veya farkl

atomlarn bir araya gelmesi (birlemesi) ile olumaktadr. Aslnda molekller ve atomlar da

maddelerin farkl enerji konumlarna tekabl eden (karlk gelen) halleridir. Dolaysyla

bunlar da birinden dierine geirmek mmkndr. Yani bir molekle, toplam olarak o

molekle zg disasyasyon enerjisi kadar bir enerji verilirse o molekl atomlarna ayrlr,

verilen bu enerji geri alnrsa atomlar tekrar birleip molekl olutururlar.Yani olay tersinirdir

(geri dnldr). Molekllerin atomlarna ayrlmasna disasyasyon ad verilirken, atomlarn

birleerek molekl oluturmasna genel anlamda rekombinasyon (tekrar kombine olma,

tekrar birleme) denir. Azot gaz rnek olarak verilecek olursa, olayn formlasyonu u

ekilde verilebilir:

Ergime

Katlatrma

Buharlama

Youma

yonizasyon

Rekombinasyon

4

0

2N + E disasyasyon N0 + N

0

Buradaki sfr st indisler molekl ve atomlarn ntral molekl ve ntral atom olduunu

belirtmektedirler. Bir molekl veya bir atomda art yk says (proton says) eksi yk saysna

(elektron saysna) eitse, o molekl veya atoma ntral molekl veya ntral atom ad verilir.

Ntral atom veya molekller da kar elektriki olarak ntrdrler ve da kar bir elektriki

(elektrik ve manyetik) etki gstermezler (uygulamazlar).

Ntral bir atoma, dardan o atoma zg iyonizasyon enerjisi kadar bir enerji verilirse, o

atomdan bir elektron (atomun en dndaki elektron) atomu terk eder. Bu olaya iyonizasyon,

bir elektronunu kaybetmi atoma da iyon denir. Zira bir elektronunu kaybeden bir atom,

ierde bir art yk fazlasna sahip olur, yani bir pozitif ykl hale gelir. Atoma dardan enerji

verilmeye devam edilip, yeterli enerji verilirse atomdan tm elektronlar kopartlp

uzaklatrlabilirler ve hatta daha ileri kademede atomun ekirdei paralanabilir. Atomdan ne

kadar adet elektron karlrsa (kopartlrsa), atom (yani pozitif ykl hale gelen atom= iyon)

o kadar adet fazla pozitif yke sahip olur ve o kadar adet pozitif ykl hale gelir.

Bir atomun ekirdei evresindeki her elektron, toplam olarak mevcut i enerjisi + dtan

(elektrona=atoma) verilen enerji o atoma zg sabit bir eik enerjisi (elektronun atomdan

kopma enerjisi) kadar bir enerjiye sahip olunca atomu terk eder. Ancak iyonizasyon srasnda

elektronlarn atomu terk etmesi, en dtan ie doru srayla olur. Atomun ekirdeinden daha

uzak konumda bulunan elektronlarnn atomdan kopartlmas, ekirdee daha yakn olanlara

gre daha kolaydr. Yani daha dtaki (ekirdee daha uzak) elektronlar dardan (atoma) daha

az enerji verilerek (daha kolay) kopartlabilirler. Dtan verilen en az enerjiyle atomun en

dndaki (ekirdeinden en uzaktaki) elektron, en fazla enerji ile de atomun en iindeki

(ekirdeine en yakn) elektron atomdan kopartlabilir. Bu durumu kavrayabilmek iin atom

ekirdei evresinde bulunan elektronlarn bulunduklar konumlarda sahip olduklar i

enerjilerin (enerji konumlarnn) bilinmesi gerekmektedir.

Disasyasyon

Rekombinasyon

5

ekil 2. Bir atoma ait elektronlarn formal olarak enerji seviyeleri emas. Solda elektronlarn

enerji vererek i seviyesine elektronun geri gelmesi, sada elektronlarn enerji alarak i

seviyesinden gitmesi (uzaklama)

Bir atomun ekirdei evresinde dnen elektronlar, ekirdekten farkl uzaklklardaki

yrngeler zerinde bulunmaktadrlar ve bulunduklar yrngelere bal olarak elektronlarn

sahip olduklar mevcut i enerjiler; farkldr ekil 2. Elektronlarn mevcut i enerjileri

ekirdekten uzaklatka artar. Bir atomdan bir elektronun koparlabilmesi iin o elektronun

bulunduu konum gerei sahip olduu i enerji ile dardan verilecek enerjinin toplam, o

atoma zg sabit bir eik enerjiye ulamas gerekir. Bu nedenle atom ekirdeine daha uzak

olan elektronlarn i enerjileri, ekirdee yakn olanlara gre daha fazla olduundan, atomdaki

her elektron iin sabit olan eik (kopma) enerjisine ulamak ve daha uzaktaki elektronu

atomdan koparabilmek iin dardan daha az enerji vermek gerekmektedir ve bu nedenle bu

elektronlar atomdan daha kolay koparlabilmektedirler ekil 3. Bu durum Argon atomu

zerinde u ekilde formle edilebilir:

Aro + EiAr1 Ar

+1 + e

- ,

Ar+1

+ EiAr2 Ar+2

+ e- ,

Ar+2

+ EiAr3 Ar+3

+ e- ,

EiAr1= 15,76 eV

EiAr2= 27,64 eV

EiAr3= 49,94 eV

6

Burada EiAr1 EiAr2 EiAr3 tr ve EiAr1 ntral argon atomunun en dndaki elektronu atomdan

koparmak iin dardan verilmesi gereken enerji olup, bu enerji argonun iyonizasyon

enerjisidir.

Yani ilk elektronun, ki bu, atomun en dndaki elektrondur, atomdan karlmas, atomun

daha ierideki elektronlarnn karlmasna gre dardan atoma daha az enerji verilerek

gerekletirilebilir. Genel anlamda ifade edilecek olursa, atomun daha dndaki elektronlar

daha iindekilere gre dardan atoma daha az enerji verilerek karlabilir. Bir atoma

(elektrona) dardan verilen enerji, o elektronu atomdan koparmaya yetmeyecek bir enerji ise,

elektronlar atomu terk etmez, bir veya birka elektron bir i yrngeden (bir alt enerji

seviyesinden) bir st yrngeye (bir st enerji seviyesine) srarlar. Bu durumdaki atoma

uyarlm atom denir. Uyarlm atoma uyarlma iin dardan verilmi olan enerji atomdan

geri alnrsa elektronlar tekrar eski alt yrngelerine (bir alt enerji konumlarna) geri dnerler.

Eer uyarlm atoma dardan daha fazla enerji verilerek elektronlarn atomdan kopma

enerjilerine ulatrlrsa, atomun en d yrngesindeki elektron atomu terk ederken, bir st

yrngeye km olan elektronlar eski alt yrngelerine geri dnerler ekil 2.

ekil 3. Bir elektronun atom evresindeki bulunduu yrngedeki enerji seviyesi ve

elektronun atomdan koparlmas iin dardan verilmesi gerekli enerji

7

Tablo 1. Baz elementlere ait disosyasyon ve iyonizasyon enerjileri

Element Disasyasyon Enerjisi Ed (eV) yonizasyon Enerjisi Ed (eV)

CO2 4,3 14,4

H2 4,476 13,59

O2 5,08 13,61

N2 9,764 14,54

Ar 15,76

He 24,58

K 4,34

Na 5,14

Li 5,39

Al 5,98

Ca 6,11

Mg 7,6

Cu 7,67

Fe 7,83

F 17,5

Tablo 1 de baz elementlere ait disasyasyon ve iyonizasyon enerjileri elektronvolt (eV)

cinsinden verilmi olup, gazlarn iyonizasyon enerjileri 15 eV ve metallerin iyonizasyon

enerjileri 7 eV civarndadr. Bunun anlam, gaz atomlarnn iyonizasyonunun metal

atomlarna gre atoma dardan daha fazla enerji verilerek gerekletirilebilecei, yani daha

zor olduudur. Tabloda enerjilerin eV cinsinden verilmesinin nedeni, atom fiziinde enerji

birimi olarak eV kullanlmasdr. 1 eV = 1,60.10-19

Ws (Watt x Saniye) olup, bu enerji bir

elektronun bir voltluk mesafeyi (uzaklk) katettiinde yapt itir. Bir voltluk mesafe (yol),

aralarnda bir voltluk potansiyel fark (gerilim) olan iki nokta arasndaki uzaklktr /2/.

ekil 4. Kbik kristal yapya sahip metalik bir malzemenin tane yaps

8

Kat metal ktleler, ierisinde kristal yap ad verilen dzenli bir atom diziliine (yapsna)

sahip, atom dizili alar birbirlerine gre farkl tanelerden oluur. Taneleri birbirine,

dzensiz bir atom diziliine (yapsna) sahip olan tane snrlar balar ekil 4. Taneler

ierisindeki kristal yap metal cinsine gre deitii gibi, baz metallerde artlara gre de

deiir. rnein, saf altn, platin, nikel, bakr ve alminyumda artlara gre deimeyen kbik

yzey merkezli, atomlarn tane iindeki birim kafes ad verilen kpklerin kelerinde ve

yzeylerinde bulunduu kbik yzey merkezli yap denen bir yapya sahiplerken, saf demirde,

iinde bulunulan scakla bal olarak deien kbik yzey merkezli ve atomlarn tane

iindeki birim kafes ad verilen kpklerin kelerinde ve hacimlerinin merkezinde

bulunduu kbik hacim merkezli yap denen farkl yaplara sahip olabilmektedirler.

Titanyum, inko, magnezyum ve kadmiyumda ise hegzagonal sk paket denilen bir atom

dizilii (kristal yaps) vardr. Kristal yaplarda ayrtlarn uzunluuna (ayrtlar zerinde yan

yana bulunan iki atom arasndaki uzaklk) kafes sabiti ad verilir ve (a) ile gsterilir ekil 5.

ekil 5. Baz kafes sistemleri ve atom yerleim dzenleri

a) Yzey merkezli kbik kafes (YMK)

b) Hacim merkezli kbik kafes (HMK)

c) Sk dzenli hekzagonal kafes (SDH)

Metallerde bir atomun bir ktleden ayrlabilmesi, ktledeki yerinden kopabilmesi iin toplam

olarak o ktle elementine zg aktivasyon enerjisi denilen bir enerjiye sahip olmas gerekir.

Ancak her atomun ktle iinde bulunduu konuma gre bir i enerjisi vardr. Daha ak

olarak, ktlenin kelerindeki atomlar en yksek i enerjiye sahipken, d yzeylerdeki

atomlar daha az, tane snrlarndaki atomlar daha da az, tane iindeki (kristal iindeki) atomlar

en az i enerjiye sahiptirler. Eer ktle iindeki atomun sahip olduu i enerji ile dardan

9

atoma verilen enerji toplam aktivasyon enerjisine ularsa, atom bulunduu konumdan ayrlr,

bulunduu yerden kopar. Bu mekanizma da, elektronlarn atomlardan kopmasnda olduu gibi

bir an erisine gre gerekleir. ekil 6 da atomlarn en byk i enerjiye sahip olabilecei

konum, normal bulunduklar yerden kafes sabitinin yars (2

a) kadar uzaklktaki konumdur ve

bu enerji aktivasyon enerjisine eittir. Dier bir deyile atomun bulunduu konumdan kafes

sabitinin yars (2

a) kadar uzaklamas ile, aktivasyon enerjisine sahip olmas ayn eydir ve

her iki durumda da atom bulunduu konumdan kopar /3/.

ekil 6. Bir atomun sahip olduu enerjinin atomlar aras mesafede an erisine bal

olarak gsterilii

Verilen bu gereklerin teyit edilmesini kp eklinde bir ktlenin ergitilmesinde izlemek

mmkndr. Kp eklinde bir ktlenin ergitilmesinde nce kelerdeki atomlar kopar ve

ktle kelerden ergimeye balar, daha sonra d yzeylerdeki atomlar kopar, d yzey ergir,

daha da sonra tane snrlarndaki atomlar kopar, tane snrlar ergir, taneler sv iinde yzer

duruma gelirler ve en son tane iindeki (kristal iindeki) atomlar kopar, kristal ergir ve

bylece tm ktle sv hale geer. Zira en byk i enerji kelerdeki atomlarda

bulunduundan, dardan verilecek en kk enerji kelerdeki atomlar toplam olarak

aktivasyon enerjisine ulatrrken, en kk i enerjiye sahip kristal (tane) iindeki en kk

i enerjiye sahip atomu dardan verilecek en byk enerji aktivasyon enerjisine ulatrabilir.

10

Burada enerjinin g ile zamann arpm olduunu, zamann enerjinin bir esi olduunu,

dolaysyla zaman arttka enerjinin arttn (zaman arttka atomlara verilen enerjinin

arttn) unutmamak gerekir.

2. ELEKTRK

2.1. Gerilim (Potansiyel Fark), Akm, Diren:

Tabiatta, tabiatn koyduu genel tabiat kurallar vardr. Tabiat kurallar sonsuz alanda geerli

kurallardr. Tabiatn kurallar dnda tm kurallar snrl bir alanda geerlidir. Tabiat

kurallarna tabiattaki canl, cansz tm varlklar uyar. Ancak insanlar igdsel hareketlerinde

tabiat kurallarna uyarken, zihinlerini kullanarak gerekletirdikleri hareketlerde tabiat

kurallar dna karlar ve tabiattan ters tepki grrler, bu arada tabiat tahrip edip, dolayl

olarak kendi sonlarn hazrlarlar.

Tabiat kurallarndan birisi Minimum Enerji Prensibidir. Bu prensibe gre canl, cansz

btn varlklar, minimum enerji harcayarak, minimum enerji konumunda varlklarn

srdrmek isterler. Minimum enerji prensibine gre varlklar, artlar uygun olduu takdirde

kendilerini minimum enerji konumuna getirirler, minimum enerjiyle, minimum enerji

harcayarak varlklarn srdrrler. Ancak insan, zihnini kullanarak gerekletirdii

hareketlerde minimum enerji prensibi dna karak, hem kendi bizzati vcut enerjisini ve

hem de dier enerji kaynaklarn ve yine enerji kaynann asl olan hammaddeyi hunharca

harcar ve aptalca kendi sonunu getirmeye alr. rnein insann souk ortama ktnda,

soukta i gdsyle bzerek (vcudunun d yzeyini klterek) minimum enerji

kaybetmeye almas minimum enerji prensibine uymasn gsterirken, zihnini kullanarak

nne gelen her eyi hunharca tketmesi de, minimum enerji prensibinin dna ktn

gsterir.

2.1.1. Gerilim (Potansiyel Fark):

ki nokta arasndaki elektriki gerilim, dier bir deile potansiyel fark, bu iki noktada

bulunan elektrik ykl paracklarn cins ve miktarlarnn farkdr. ki nokta arasnda ne kadar

fazla yk fark varsa,iki nokta arasndaki gerilim, yani potansiyel fark o kadar byk olur. ki

nokta arasna bir pil, bir ak veya bir generatr gibi bir elektrik reteci balanrsa, bu elektrik

reteci iki nokta arasnda yk fark oluturur, bu yk fark iki nokta arasnda birimi volt ile

verilen bir potansiyel fark (bir gerilim) ve dolaysyla bu iki nokta arasnda bir potansiyel

11

enerji oluturur. Minimum enerji prensibine uyma istei nedeniyle bu ykl paracklara bir

elektrik alan kuvveti etki eder ve bu kuvvet ykl paracklar noktalardan birinden dierine

tayarak, elektrik akmn oluturur (II.2.1.2). Bu akm, aradaki yk fark, potansiyel fark

(gerilim), potansiyel enerji sfrlanana kadar iki nokta arasnda akar. rnein iki nokta

arasnda snrl enerjiye sahip, pil veya ak gibi enerji kayna bal ise, iki nokta arasndaki

oluan akm, pil veya aknn enerjisi sfrlanana kadar akar. Ancak bu iki nokta arasnda

srekli enerji reten (bu iki nokta arasna srekli enerji depo eden) bir rete (generatr) bal

ise, iki nokta arasnda srekli olarak yk fark, potansiyel fark (gerilim) ve potansiyel enerji

oluur, sonuta bu iki nokta arasnda akm da srekli akar. Kaynak akm retelerinin

(kaynak makinalarnn) kaynak ilemi iin gerekli olan kaynak arkna srekli akm temin

etmeleri bu sayede gerekleir.

ekil 7. Su ve elektrik potansiyel farklarnn ve akmlarnn oluum emalar

a) Su potansiyel fark ve akm oluum emas,

b) Elektrik potansiyel fark ve akm oluum emas

Elektrik potansiyel fark ve akmn daha iyi kavrayabilmek iin daha elle tutulur, gzle

grlr bir akm cinsi olan su akmnn elektrik akm ile benzerliinden (elenikliinden)

yararlanmak uygun olur. ekil 7 (a) da suyun A kabndan B kabna akmasna neden, bu

kaplardaki svlarn hA ve hB seviyeleri arasndaki

hAB = hA - hB

fark, yani A ve B kaplarndaki svlar arasndaki seviye fark (potansiyel fark), bu seviye

farkndan doan iki seviye arasndaki potansiyel enerji, dolaysyla maddenin (A kabndaki

suyun) minimum enerji prensibi gerei bu potansiyel enerjiyi sfrlama isteidir. Ayn ekilde

12

ekil 7 (b) de grlen R direncinden (tketici=elektrik tketicisi) bir I akmnn akmasna

neden olan gerek de, A ve B ularnn elektriki seviyeleri, ki bunlara elektrikte A ve B

noktalarnn elektriki potansiyelleri ad verilir, arasndaki farktr ve yine maddenin minimum

enerji prensibi gerei bu potansiyel farkndan oluan A ve B noktalar arasndaki potansiyel

enerjiyi (elektriin, elektrik yklerinin) sfrlama isteidir. Elektrikte potansiyel V harfiyle

gsterildiinde, A ve B noktalarndaki potansiyelleri VA ve VB olarak gsterilebilir. Bu

durumda A ve B noktalar arasndaki potansiyel fark, yani dier bir ad ile gerilim (potansiyel

fark gerilim olarak ta isimlendiriliyor idi),

UAB = VA VB olur.

Buradaki su rneinde hA ve hB referans olarak alnan yere (dnyaya, topraa, yer kreye)

gre kaplardaki su seviyelerini (potansiyellerini, potansiyel farklarn) gsterirken,

elektrikteki VA ve VB de yine referans olarak alnan yere (yer kreye) gre A ve B

noktalarnn potansiyellerini (potansiyel farklarn) gstermektedir. hAB, suda A ve B noktalar

arasndaki, UAB de elektrikte A ve B noktalar arasndaki potansiyel farkn gstermektedir.

Bu nedenle VA, VB ve UAB hepsi potansiyel farkdr. Yani gerilimdir ve birimleri Volt (V) tur.

Ancak elektrikte (elektrik biliminde) yerin potansiyeli sfr kabul edildii iin (Vyer=0 olduu

iin) ve sfr bir fark oluturmad iin VA ve VB potansiyel olarak isimlendirilir. Yani

VA- Vyer = VA- 0 = VA , VB- Vyer = VB- 0 = VB dir.

2.1.2. Akm

Tabiatta birok olayn gereklemesi varlklarn minimum enerji prensibine uyma istei ile

mmkn olur. rnein su, hava, s ve elektrik akmlarnn olumas bu istekten kaynaklanr.

Suyun yksek seviyeli bir noktadan daha dk seviyeli bir noktaya, havann yksek basnl

bir noktadan daha dk basnl bir noktaya, snn yksek scaklktaki bir noktadan daha

dk scaklktaki bir noktaya akmas, elektriin yksek potansiyelli bir noktadan dk

potansiyelli bir noktaya akmas, elektriin varlklarn bu noktalar arasndaki potansiyel

enerjileri, minimum enerji prensibine uyarak sfrlama isteinden kaynaklanr. Minimum

enerji prensibine uyma istei olmasa hibir akm gereklemez (akmaz).

Btn akmlar (su, hava, s ve elektrik akmlar) yksek potansiyelli bir noktadan dier dk

potansiyelli bir noktaya partikl transportudur (tanmasdr). Bir noktadan dier noktaya

tanan partikllerin toplam bu iki nokta arasnda akan akm oluturur. Su akm, yksek

13

seviyeli bir noktadan dier daha dk seviyeli bir noktaya tanan su molekllerinin toplam,

hava akm (rzgar) yksek younlukta (basnta) bir noktadan dier daha dk basnta

(younlukta) bir noktaya tanan hava molekllerinin toplam, s akm yksek scaklkta bir

noktadan dier daha dk scaklktaki bir noktaya tanan s partikllerinin toplam, elektrik

akm da yksek elektrik potansiyelli bir yerden (noktadan) dier daha dk elektrik

potansiyelli bir yere (noktaya) tanan elektrik ykl paracklarn toplamdr. Akmlarn

oluumunda tanan paracklarn her biri bir enerjiciktir, dolaysyla bu partikllerin bir

yerden dier bir yere tanmas, enerjinin bir yerden (noktadan) dier bir yere (noktaya)

tanmas demektir.

Akm younluu, birim kesitten, birim zamanda geen (akan) akmdr. Elektrikte akm

younluu

k

kkk vqnS ..

ile verilir ve MKSA (metre, kilogram, saniye, amper) sisteminde akm younluunun boyutu

Amper/m2 dir. Zira elektrik akm birimi Amperdir ve amper A harfi ile gsterilir. Burada

nk : Akm oluturan ykl parack says,

qk: Ykl paracklarn yk,

vk : Ykl paracklarn hzdr /4/.

A kesitindeki bir iletkenden akan elektrik akm, bu iletkendeki akm younluu ile iletkenin

kesitinin arpmdr, yani

I = S. A dr ve Amper boyutundadr.

Elektrik akmn hem negatif ve hem de pozitif ykl paracklar oluturabilir. Normal kat

bir iletkende akan elektrik akmn iletken atomlarnn valans elektronlarnn tanmas

olutururken, iyonize olmu bir gazda (plazmada, rnein elektrik arknda) akan elektrik

akmn, hem negatif yklerin (elektronlar) ve hem de pozitif yklerin (iyonlar) birbirlerine

ters ynde tanmalar oluturur. Ayn ekilde elektrolitlerde (sv iletken) birbirlerine ters

ynde tanan pozitif ve negatif yklerin (iyonlarn) tanmalar akm oluturur ekil 8.

Burada akm oluturan yklerin tanmasn salayan kuvvet, iletkenlerin (kat iletken,

elektrolit ve plazma) iki ucuna tatbik edilen gerilimin (U) oluturduu, yn pozitif kutuptan,

negatif kutba doru olan elektrik alan iddetinin (E), minimum enerji prensibi gerei pozitif

14

ykl paracklara alan iddeti ynnde ( EqF . ) negatif ykl paracklara alan iddeti

ynne ters ynde ( EqF . ) etki ettirdii kuvvettir (II.2.1.4.1 ve II.2.1.4.3).yonize olmu

gazlarda (plazmada) ve elektrolitlerde akm oluturan pozitif ve negatif ykler birbirlerine

ters ynde tanmalarna karn, burada tanan pozitif ve negatif yklerin oluturduklar

akmlar ayn ynde (birbirlerini destekler ynde) dir ve elektrik biliminde akmn ak yn

olarak kabul edilen pozitif kutuptan, negatif kutba dorudur. Yani pozitif ve negatif yklerin

toplam (fark deil) buradaki akm oluturur. Zira elektronlarn hem ykleri negatif ve hem

de hareket ynleri (hzlar) akm ynne ters olduundan, akm younluu bantsnda iki

negatifin arpm pozitif olmakta ve negatif yklerin (elektron ve negatif iyonlar) akttklar

akm, iyonlarnkinin ayn ynde olmaktadr. Yani iyonize olmu bir gaz iinde (plazma

iinde, rnein kaynak ark iinde) akm younluu

iyiyiyeleleliyiyiyelelel VqnVqnVqnVqnVqnS ....)).(.()).(.(.. dir.

ekil 8. a) Bakr tel ierisinde akmn oluumu b) Elektrolit ierisinde akmn oluumu

c) Ark ierisinde akmn oluumu

2.1.3. Diren

Diren, herhangi bir akmn akmasn engellemeye alan, bir byklktr. Elektrik

biliminde direnci akm ve gerilime gre formle eden kanun Ohm Kanunu olarak bilinir. Bu

kanuna gre iinden akm geen bir elemann (iletkenin) direnci, elemann ular arasndaki

gerilimin, iinden geen akma oran olarak verilir ve birimi Volt/Amper = Ohm dur. Direncin

15

genel anlamdaki ad empedanstr ve vektrel olarak Z harfi ile gsterilir. Yani

)( OhmA

V

Amper

Volt

I

UZ dur. ekil 9.

Burada U ve I direncin ular arasndaki gerilimin ve direncin iinden geen akmn

vektrleridir.

ekil 9. Bir elektrik evrimindeki byklklerin gsterim emas

E : retecin elektromotor kuvveti (EMK) vektr

U : Tketicinin ular arasndaki gerilimin vektr

I : Tketicinin iinden geen akmn vektr

Z : Tketici empedans (direnci) vektr

2.1.4. Elektrik Alan Ve Magnetik Alan

2.1.4.1. Elektrik Alan

ki elektrik iletkeni nokta arasna bir elektriki gerilim tatbik edilirse, bu iki nokta arasnda bir

elektrik alan oluur. Bu alann yn pozitif kutuptan negatif kutba dorudur. Bu iki nokta

arasnda oluan elektrik alannn iddeti

l

UE (Volt/cm) olarak verilir.

Burada;

E : Volt/cm olarak elektrik alan iddeti,

U : Volt olarak iki nokta arasna uygulanan gerilim,

l : cm olarak iki nokta arasndaki uzaklktr.

16

Elektrik alannn yksek verimde oluturulduu cihazlar kondansatrlerdir. Kondansatrler

aralarnda yaltkan ortam bulunan (birbirlerine gre elektriki olarak yaltlm) iki iletken

plakadan oluurlar. Elektrik alann oluturan elektriki gerilim, bu iki iletken plaka arasna

tatbik edilir ve elektrik alan da bu iki iletken plaka arasnda oluur ekil 10.

ekil 10. ki iletken plaka arasndaki elektrik alan

2.1.4.2. Magnetik Alan

Bir elektrik iletkeninden elektrik akm geirilirse bu iletkenin iinde ve evresinde magnetik

alan oluur. Bu magnetik alann (akmn) iddeti

BH eklinde verilir. Burada

H : Magnetik alan iddeti (amper/metre=A/m boyutunda)

B : Magnetik endksiyon (birim kesitteki magnetik ak, 222

x

m

Wb

m

Weber

m

saniyeVolt )

: Magnetik aknn akt ortamn magnetik geirgenlii (permeabilite)

: Magnetik ak (herhangi bir A kesitinden birim zamanda geen magnetik ak =B.A, Volt x

saniye = Weber = Wb)

Magnetik alann verimli olarak elde edildii cihazlar bobinlerdir. Bobinin iinden (bobini

oluturan iletkenlerden) magnetik alan oluturan elektrik akm geirilir ve bu akm bobin

iinde magnetik alan oluturur. Buradaki bobin iinde oluan magnetik alann yn sa el

17

kaidesi ile bulunur. Sa el kaidesinde, sa elin drt parma bobin iletkenlerinden

(sarmlarndan) geen akmn ynn gsterirse, alan ba parmak magnetik alann ynn

gsterir ekil 11. Zira magnetik alan oluturan elektrik akm vektr ile onun oluturduu

magnetik alan vektr, alan sa elin drt parma ile ba parmanda olduu gibi birbirine

diktir.

ekil 11. Sa el kaidesine gre bir bobindeki magnetik alan yn

Elektrik alan ve magnetik alan elektrik ykl paracklara kuvvet etki ettirirler.

2.1.4.3. Elektrik Alannn Ykl Paraca Etki Ettirdii Kuvvet:

E elektrik alan iindeki q ykl paracna E alannn etki ettirdii kuvvet vektrel olarak

EqFE . ile verilir. Bu kuvvetin olumasnda ykl paracn hareketli veya hareketsiz

olmasnn kuvvet zerinde bir etkisi yoktur. Ykl parack hareketli de olsa hareketsiz de

olsa ayn kuvvet oluur. Bu kuvvetin yn, q yk negatifse (elektron) E alannn aksi

ynnde, q yk pozitifse (iyon) E alan ynndedir. Bu kuvvet iletkenlerde ykl

paracklar hareket ettiren, dolaysyla elektrik akmn oluturan, yani akm aktan

(oluturan) kuvvettir. Bu kuvvet ayn zamanda generatrlerde (elektrik enerjisi reten

reteler) elektrik akmn oluturan kuvvettir. l boyundaki bir bakr telin iki ucuna, kutuplar

arasnda U gerilimi olan bir pil (veya elektrik reteci) balandnda, bu tel ierisinde tel

uzunluu boyunca l

UE (V/cm) ile verilen bir elektrik alan oluur. Bu alan bakr iletken

telin atomlar iindeki negatif (elektron) ve pozitif (proton) yklere EqFE . kuvveti etki

18

ettirir. Burada elektronlara (negatif yk) etki eden kuvvet EqFe . , E alanna ters ynde

(generatrn negatif kutbunun tele baland utan, pozitif kutbunun baland uca, dier

bir deyile negatif kutuptan pozitif kutba doru) iken, protonlara etki eden kuvvet, EqFi . ,

E alan ynnde (pozitif kutuptan negatif kutba doru) dir. Ancak bu kuvvet, atomlarn en

d yrngelerinde bulunan ve valans elektronlar olarak isimlendirilen elektronlar

atomlardan koparabilir. Zira normal kat bir iletkende iletkeni tahrip etmeden (atomun

protonlarn ve alt yrngelerdeki elektronlarn atomdan koparmadan, sadece valans

elektronlarn kopararak) elektrik akmn aktabilmek iin iletkenin iki ucuna snrl gerilime

sahip bir rete balanr. Bu snrl rete gerilimi U, iletken iinde snrl bir elektrik alan E

ve bu alan da iletken iindeki atomlarn sadece valans elektronlarn koparabilecek kadar

snrl bir FE kuvveti oluturur. Atomlardan koparlan bu valans elektronlar telin bir ucundan

(generatrn negatif kutbunun bal olduu u) dier ucuna (generatrn pozitif kutbunun

baland u) doru tanr. Tanan bu elektronlar da normal kat bir bakr telde elektrik

akmn oluturur ekil 12. Burada akm oluturan elektronlarn hareket yn negatif

kutuptan, pozitif kutba doru olmasna ramen, bu elektronlarn oluturduu elektrik akmnn

yn elektrik biliminde pozitif kutuptan negatif kutba doru kabul edilmitir. Bu durum

elektrik biliminde bir kabuldr. Btn dier akmlarda (su, hava ve s akm) akm yn

akm oluturan partikllerin tand ynde olmasna karn, elektrikte akm yn tanan

partikllerin (negatif yk = elektron) tand ynn tersi kabul edilmitir.

ekil 12. Kat bir iletkende elektrik akmn oluturan valans elektronlarnn hareketi

19

2.1.4.4. Magnetik Alann Ykl Paraca Etki Ettirdii Kuvvet:

B magnetik alan ierisinde V hz ile hareket eden q ykne B alannn etki ettirdii kuvvet

vektrel olarak

).( VxBqFL eklindedir.

Bu kuvvet, elektrik motorlarnda, motor sarmlarnda akan elektrik akmn oluturan hareketli

elektronlara, dolaysyla bu elektronlarn iinde bulunduu motor sarmlarn oluturan tellere

etkiyen kuvvettir. Yani motorlarda momenti oluturan, mekanik gc oluturan kuvvettir ve

bu kuvvet, bu kuvveti bulan kiinin adna itafen Lorenz Kuvveti : FL olarak isimlendirilir.

Magnetik alann, iindeki bir ykl paraca bir kuvvet etki ettirebilmesi iin, magnetik alan

iindeki ykn mutlaka hareketli olmas gerekir. Lorenz kuvvetinin dorultusu alan vektr

B ve hz vektr V nin oluturduklar dzleme diktir. Yn ise, ykl paracn yk cinsine

negatif (elektron) veya pozitif (iyon) gre deiir ekil 13. Plazmann kendi magnetik

alannn [iinden akan kendi akmnn (elektrik akm I) oluturduu magnetik alan] iindeki

hareketli elektron (negatif yk N) ve iyonlara (pozitif yk P) etki ettirdii Lorentz kuvvetleri

ve bu kuvvetler sayesinde plazmann kendi kendini sktrmas, ekil 14 te magnetik alann

ykl paracklara etki ettirdii kuvvete bir rnek olarak verilmitir (III.2.2.a).

ekil 13. Magnetik alann, iindeki bir ykl paraca etki ettirdii kuvvet

a) Magnetik alann negatif yke etki ettirdii kuvvet (FLe)

b) Magnetik alann pozitif yke etki ettirdii kuvvet (FLi)

20

ekil 14. Plazmann kendi magnetik alannn plazma iindeki bir elektrona (N : negatif yk)

ve bir iyona (P : pozitif yk) etki ettirdii Lorentz kuvveti ve bu sayede oluan

plazmann kendi kendini sktrmas

2.2. Akm Cinsleri (Doru Akm, Alternatif Akm)

Elektrikte iki tr akm vardr. Bunlardan biri doru akm, dieri alternatif akmdr.

2.2.1. Doru Akm:

Doru akm yn deimeyen akmdr. Bu akm tr kendi arasnda ikiye ayrlr. Bunlardan

birincisi yn ve deeri zamana bal olarak deimeyen akmdr ekil 15. kincisi zamana

bal olarak yn deimeyen, ama deeri deien akmdr, ki buna dalgal doru akm denir

ekil 16. Dalgal doru akmn saniyedeki darbe adedi, dalgal doru akmn frekansn verir.

Dalgal doru akmn pratikte (rnein g, enerji hesaplarnda) ortalama deerleri

kullanlr.

21

ekil 15. Sabit deerli doru akm

ekil 16. Dalgal (deiken deerli) doru akm

Imax : maksimum akm, Iort : ortalama akm

It1 : t1 anndaki akm (ani akm)

2.2.1.1. Doru akm direnci

Bir elektriki elemann (bir stc, bir bobin, bir kondansatr gibi) iinden doru akm

geiyorsa, o elemann sadece bir direnci vardr, bu dirence omik diren (stc direnci) denir.

Bu diren skaler bir byklktr. Bir iletken eleman iin bunun deeri;

s

l

s

lR .

1.

() olarak verilir.

Burada

: iletkenin zgl direnci (m

mm2)

:

1 : iletkenin zgl iletkenlii (

22

x

mm

Sm

mm

metreSiemens )

l : iletkenin uzunluu (m)

s : iletkenin kesiti (mm2)

R : diren ()

22

2.1.1.2. Doru akmda g

Doru akmda g (P), dier bir deyile aktif g, akm arp gerilimdir. Yani

P= I. U dur.

Burada I Amper (A) olarak tketici iinden akan akm, U ise Volt (V) olarak tketicinin ular

arasndaki gerilimdir. P nin boyutu Volt x Amper = Watt tr. Burada, sabit deerli doru

akmda I ve U sabit deerler iken, dalgal doru akmda I ve U deerleri ortalama deerlerdir.

2.2.2. Alternatif Akm

Alternatif akmda bir trifaze ( fazl) ve bir de fazl ebekeden elde edilebilen monofaze

(tek fazl) ebeke vardr.

2.2.2.1. Monofaze Alternatif Akm

Alternatif akm, zamana bal olarak yn ve deeri deien akmdr. Alternatif akm en ok

kullanlan periyodik (belirli zaman aralklar ile dalga ekli tekrarlanan) dalga tipi sins

dalgadr ekil 17. Sins dalgann (periyodik dalgann) ayn ynde iki geii arasndaki zaman

fark periyot (T) olarak isimlendirilir ve saniyedeki periyot adedi (titreim adedi) de

periyodik dalgann frekansn (f) verir. Dolaysyla frekans periyodun tersi olup,

Tf

1 ile verilir (frekans Hertz : Hz, Cycle veya 1/san birimindedir).

ekil 17. Alternatif akm

Alternatif akmn zamana bal olarak deiimi gsterildii gibi, aya bal olarak deiimi

de gsterilmektedir. Bu durumda, zaman (t) ile elektriin asal frekans ad verilen sabit

23

f 2 arplarak a () elde edilir. Alternatif akmn aya bal deiiminde, zamana

bal olarak deiimindeki periyot (T), 360O veya 2 Radyana eit olur ekil 17.

Sabit deerli doru akmda sabit deerli bir akm (I), dalgal doru akmda ani deer (it),

maksimum deer (Im) ve ortalama deer (Iort) varken, alternatif akmda ani deer (it),

maksimum deer (Imax) ve efektif deer (Ieff = I) vardr.

SABT DEER : I ile gsterilir (ekil 15)

AN DEER : Akmn herhangi bir t anndaki deeridir ve it ile gsterilir (ekil 16, 17).

ORTALAMA DEER : n

IIII nort

......21 dir (ekil 16.)

MAKSMUM (TEPE) DEER : Akmn en byk deeridir ve Im ile gsterilir (ekil 16, 17).

EFEKTF DEER : Karesel ortalama deerdir ve Ieff veya I ile gsterilir ve deeri

T

dtiT

I0

2 .1

dir. Bu deer ayrca maksimum deerin 2 de biridir. Yani 2

mIIeff dir

(ekil 17).

2.2.2.2. Alternatif akm direnci

Bir elektrik elemannn doru akmdaki direnci ile alternatif akmdaki direnci farkldr.

Bir elektriki elemann iinden alternatif akm geiyorsa, o eleman alternatif akma omik,

indktif ve kapasitif olarak farkl diren gsterir. Omik diren yukarda verilen doru akm

direncinin ayns R iken, indktif diren, indktif reaktans ad altnda LfLX L .2. ile,

kapasitif diren kapasitif reaktans ad altnda CfC

X C.2

1

.

1

ile verilir. Burada

f : Elektriki elemann iinden geen alternatif akmn frekans (Hertz : Hz, Cycle,

1/saniye=s

1),

L : elemann endktans (Henry=H)

C : elemann kapasitans (Farad=F)

24

Omik dirence stc direnci, indktif dirence bobin direnci, kapasitif dirence de kondansatr

direnci denilebilir. Zira bu direnler ilgili elektrik elemanlarnda (tketicilerinde) saf (safa

yakn) olarak bulunabilirler.

Alternatif akm direnci yukarda verilen direncin vektrel toplamndan oluur ve bu diren,

empedans ( Z ) olarak ifade edilir. Bu empedans

CL XXRZ eklindedir. Kompleks gsterimde

wC

JJwLR

JwCJwLRZ

1 ile verilir. (vektrlerin kompleks gsteriminde

+J=90o, - J= -90

o ve J

2 = -1=180

o olduu unutulmamaldr). Burada LX ve CX vektrleri

birbirine ters yndedir ve her ikisi de R vektrne diktir. ekil 18 de bir alternatif akm

devresinde seri bal omik, indktif ve kapasitif direnlerin oluturduu bir devre ve bu

devredeki direnlere ait vektr diyagram verilmitir. Burada elektrik biliminde pozitif a

ynnn, saat dn ynnn tersi ynde alnd unutulmamaldr. ekil 18 b de vektr

diyagram verilen direnlerin toplam empedansnn genlii matematiksel olarak

222 )( CL XXRZ den 22 )( CL XXRZ eklinde verilebilir.

ekil 18. Alternatif akm devresi ve bu devredeki seri bal direnlerin vektrel gsterilii

a) Alternatif akm devresi

b)Alternatif akm devresinde seri bal direnlerin vektrel gsterimi. : omik

diren vektr ile toplam empedans vektr arasndaki a

2.2.2.2.1. Kondansatr Kapasitans

Paralel levhal bir kondansatrn kapasitans d

FC

. ve r .0 ile verilir. Burada

25

ekil 19. Paralel levhal bir kondansatr kesiti

F: Kondansatr plakalarndan birinin alan (m2)

d: Kondansatr plakalar aras uzaklk (m)

0: 8,86. 10-12

(boluun, yaklak olarak havann dielektrik sabiti: F/m)

r: Kondansatr plakalar arasndaki yaltkan ortamn bolua gre relatif dielektrik sabiti

: Kondansatr levhalar arasndaki ortamn dielektrik sabiti (F/m)

C: Kondansatrn kapasitans (Farad=F)

2.2.2.2.2. Bobin Endktans

Daire kesitli bir bobinin endktans 0

22 ..

. l

FN

mR

NL

,

F

lRm

.

0

ve r .0 ile

verilir. Burada

ekil 20. Daire kesitli bobin emas

N: Bobinin sarm says (adet)

F: Bobin iindeki magnetik alan yolu (ekirdek) kesiti (m2)

l0: Bobin iindeki magnetik alan yolu (ekirdek) ortalama uzunluu (m)

Rm: ekirdek magnetik direnci (1/H)

0: 4.10-7

(Boluun, yaklak havann magnetik geirgenlii: H/m)

r: ekirdek malzemesinin bolua gre relatif geirgenlik katsays

: ekirdek malzemesinin magnetik geirgenlii (H/m)

L: Bobinin endktans (H: Henry)

26

2.2.2.2.3. Magnetik geirgenlik lm

2.2.2.2.3.1 Bal Manyetik Geirgenlik

Herhangi bir ortamn manyetik geirgenliinin boluun 0 manyetik geirgenliine

oranna, bu ortamn bal manyetik geirgenlii ad verilir.

0

r

Verilen bu ifadeye gre bal manyetik geirgenlik katsays birimsiz bir deerdir. Maddeleri

bal manyetik geirgenliklerine gre snflayacak olursak: Paramanyetik malzemeler r > 1

(1e ok yakn), Diamanyetik malzemeler r < 1 (1den ok az kk), Ferromanyetik

malzemeler r >> 1.

2.2.2.2.3.2 Ferromanyetik Maddelerin Manyetik Geirgenliinin lm

Doal mknatsl sfr olan ferromanyetik bir malzemeye manyetik alan uygulanrsa ekil

21de grld gibi iinden geen manyetik ak younluu Bye gre, bu manyetik aky

oluturan akma dik bir manyetik alan kuvveti vektr H oluur. Bu iki ifade arasndaki oran

baka bir deyile ekil 21de gsterilen erinin eimi bize malzemenin manyetik alana kar

oluan manyetik direncini verir. Oluan bu manyetik diren, malzeme, retim esnasnda

uygulanan sl ilem, alam eklindeki malzemenin muhteviyatndaki malzemelerin karm

yzdeleri gibi kristal yapsna (tane ekli, bykl ve ynlenmesi, trafo saclarnda hadde

ynndeki magnetik geirgenlik dier ynlere gre yksektir) bal zelliklere (III.3.2.2.5)

veya ortam scakl, uygulanan manyetik alan iddeti, bu manyetik alan oluturan akmn

frekans ve malzemenin ekli (ubuk, dikdrtgensel, toroidal v.b.) gibi evresel zelliklere

baldr.

Elektrik devrelerinde kullanlmakta olan eitli sistemlerde (IGBler, aktarma

transformatrleri, izolasyon transformatrleri) toroid, selenoid v.b eklinde manyetik

malzemeler kullanlmaktadr. Bu sistemlerin alma prensipleri manyetik malzemenin

manyetik direncine dorudan bal olduundan yaplacak olan sistemlerin doruluklar ve

belirsizliklerini istenilen seviyelerde tutabilmek amacyla tasarm aamasnda kullanlacak

malzemenin manyetik geirgenliinin frekansa, uygulanacak manyetik ak younluuna,

scakla kar deiimini bilmek ve bu manyetik geirgenlik deerini doru olarak tespit

27

etmek ileride oluabilecek istenilmeyen durumlar nceden nlemek asndan nemli yer

tekil etmektedir.

Yukarda belirtilen aklamalarn nda ekil 22de verilen devre yardm ile manyetik

malzemelerin manyetik geirgenlii llebilir. Genelde ekil 22de verilen devrede

kullanlan transformatr toroid eklindeki manyetik malzemeden imal edilmitir. Bunun

nedeni toroid eklindeki malzemede oluacak olan manyetik alan kayb en azdr ve elde

edilecek olan lmlerin doruluu en iyidir. Yaplan manyetik geirgenlik lm,

multimetre ile gerilim okunmas gibi dorudan lme yntemi ile yaplamamaktadr, buna

imkanda yoktur, yaplm olan bu lmn voltmetre ve ampermetre kullanlarak yaplan

diren lm gibi dolayl gerekletirildii dnlebilir.

Manyetik geirgenlik () lmne balamadan nce baz teorik bilgileri hatrlamakta fayda

vardr. eitli firmalarn kataloglarnda verilen deerleri farkllk gstermektedir, bu yzden

lmnde yaplan hesaplama ilemlerinde kullanlan byklklerin birimlerine dikkat

etmek zorunluluu vardr (B [Tesla] veya B [Gauss] iin 0 farkl deerlerde olmaktadr).

2.2.2.2.3.3. Art Manyetik Geirgenlii ()

Manyetik malzemeye ait bu manyetik geirgenlik deeri zel bir alma noktasnda bir H

manyetik alan (zellikle DC gerilimi altnda) uyguland durum iindir. Bu manyetik

geirgenlik deeri ekil 21de verilen B-H erisinin, zel bir alma blgesi iin eiminden

faydalanlarak bulunabilir.

H

B

2.2.2.2.3.4 Balang manyetik Geirgenlii (i)

Manyetik malzeme (ferromanyetik olup daha nce manyetize olmam malzeme) iin dk

manyetik ak younluu altnda (10 Gauss (1 mili Tesla)) llen balang manyetik

geirgenliidir.

2.2.2.2.3.5. Manyetik alan iddeti (Mknatslama gc)

Birim uzunluk bana etkiyen manyetik kuvvet H, bir manyetik alan olumasna neden olan

uygulanan mknatslama kuvvetidir. Bu mknatslanma kuvveti aadaki gibi bulunabilir,

28

INH

.

Burada manyetik devrenin ortalama uzunluu, N sarm says, I ise manyetik devreden

geen akmdr.

Endstriyel uygulamalarda pratik olarak balang manyetik geirgenlii iin manyetik

malzemeye uygulanan mknatslama kuvveti H=0,01 Oersted (79.6 Amper.Tur/m) olarak

seilir.

ekil 21. Ferromanyetik malzemelere ait histeresiz erisi.

29

2.2.2.2.3.5. Manyetik Ak Younluu

Mknatslama kuvvetinin H oluturduu, birim alandaki manyetik alan izgilerinin, saysna

verilen addr (Gauss veya Tesla olarak llr).

B = . H

Burada = 0 . r Manyetik aknn iinden akt manyetik malzemenin mutlak permeabilitesi

olarak adlandrlr.

2.2.2.2.3.7. Doyma

B manyetik ak younluunun artan mknatslanma kuvveti ile artmad doyma noktasna

verilen addr. Bu noktada mutlak manyetik geirgenlik deeri = 1.0 olur.

2.2.2.2.3.8. Manyetik Geirgenlik lm Sistemi

Ferromanyetik malzemelerin manyetik zelliklerinin temel lmleri ou zaman, bu

maddeden yaplm ince bir toroid halka kullanlarak yaplr. Bunun nedeni toroidal yapdaki

manyetik devrede oluturulan manyetik ak kayb en azdr. rnein toroidal yapdaki bir

demir numunenin manyetik geirgenliini lmek istediimizde primer ve sekonder sarmlar

oluturularak ekil 22deki devre gerekletirilir. ekil 22de verilen devreye J.H.Rowlandn

ad verilmitir.

Primere sarlan sarmlara mknatslayc sarm ad verilir ve yaklak 50 adet sarm yeterli

dorulukta sarm almak iin idealdir. Bu sarm says k empedans dk sinyal kayna

kullanlrsa daha da drlebilir. Primer tarafndaki sarmlar besleyen ve toroidal ekirdee

mknatslayc akm salayacak olan bir A.C. g kayna balanmaldr. Burada sinyal

kaynann frekans istenilen alma blgesine gre seilir. Sinyal kaynann gerilimi B=10

Gauss olacak ekilde l

INH

. ifadesine gre bir akm uygulayacak bir gerilim uygulanr.

Sekonder tarafna ise primer tarafndan indklenmi olan gerilimi okuyacak bir A.C.

voltmetre balanr.

30

ekil 22. Manyetik Geirgenlik Katsays lm Sistemi

Transformatrn primerinden uygulanan akm ile manyetik ekirdek zerinde bir manyetik

ak oluur ve bu manyetik ak deeri sekonder gerilimine bal olarak

dt

dNsVs

. denklemine gre deiir.

Ayrca oluan bu manyetik ak deeri de transformatr zerindeki manyetik devrede bir

manyetik ak younluu oluturur. Bu manyetik ak younluu manyetik akya bal olarak

FeAB. eklinde yazlabilir.

Uygulanan gerilim sinzoidal olduu iin oluacak olan manyetik ak da sinzoidal olacaktr.

Dolaysyla,

).(.. tSinBA mFe ifadesi yazlabilir.

fade diferansiyel formda yazlrsa,

d dttCosBA mFe )..(...

Bu diferansiyel formdaki ifade dt

dNsVs

. de yerine konursa

).(....).(. tCosBANtSinV mFeSSm elde edilir.

Yukarda bulunan fazr gsterimden kurtulmak iin bir periyot altnda integrali alnr ve en

byk deerli gsterimden etkin deerli ifadeye geilirse,

31

dttCosBANdttSinV mFe

T

S

T

Sm )..(....)..(.00

.. SS NV

Sekonderde oluan gerilimin deeri, manyetik akya bal olarak yani primerden akan akmn

bir fonksiyonu olarak bulunmu olur.

ekil 23. Manyetik geirgenlik katsays llen transformatrn ekli.

INH

. , FeAB. ,

H

B ve r .0 bantlarndan

PP

Fe

Fe

rNIAH

B

..

11

00

elde edilir. Bu ifadede yerine

S

S

NW

V

. yazlrsa

fadesinin yerine Denklem 2.26 daki ifade yazlrsa,

PP

Fe

FeS

S

VN

R

AN

V

.

..

...

1

0

fade dzenlenirse,

0

1.

..

..

.

SPFe

Fe

P

S

NNA

R

V

V

eklini alr. Denklem bu son ifade de 0 deeri kullanlacak olan birimlere gre deiiklik

gstermektedir ve hesaplamalarda buna dikkat edilmesi gerekmektedir.

Buraya kadar anlatlan teorik yaklamlarn ardndan pratik olarak bu lm

gerekletirilmek istenirse elde edilen son denkleme geri dnmek gerekir. Bu denklemde iki

tip temel deiken mevcuttur. Bunlar:

32

Mekanik Deikenler: Kullanlan transformatrn ekli ile ilgili deikenlerdir. Bunlar

mekanik olarak llerek veya reticinin verdii deerler baz alnarak hesaplamalarda

kullanlabilir.

lFe: Manyetik alan izgilerinin manyetik devrede takip ettikleri ortalama yol ekil 23te

gsterildii gibi, bu yol bizim kullandmz sistemde daireseldir ve yle hesaplanabilir.

2.2 baFel

AFe: Manyetik aknn olutuu kesit alan. Bu kesit alan dkm olmayan transformatrde

(plaka saclarn st ste konulmasyla elde edilen) doluluk oranna baldr. Doluluk oran

plakalar aras boluun toplam alandan karlmas ile bulunur. Doluluk orannn bilgisi

retici firma tarafndan verilir, K ile gsterilir ve boyutsuzdur. AFe kesit alan A ve K

cinsinden

KAAFe denklemi ile hesap edilir. Burada A geometrik olarak hesap edilen alandr.

Np ve Ns : Primer ve sekondere sarlan kablonun sarm saysdr. Bu sarm says herhangi bir

deer seilebilir. Ancak pratik olarak sarmlarn sk sarlmas iki sarm arasnda oluabilecek

kayp manyetik aky azaltacandan tercih edilmelidir.

Elektriksel deikenler: Transformatrn primerine ve sekonderine sarlan sarmlara

uygulanan gerilimler ve transformatrn giri tarafna balanan ve akm snrlamak iin

kullanlan direntir.

Vp : Transformatrn primerinden uygulanan gerilim.

Vs : Transformatrn sekonderinden llen gerilim.

R : Transformatrn primer tarafna balanan diren.

ekil 22 deki devrede giri tarafna balanacak olan diren zerindeki gerilim deerinden

akm bilgisi elde edileceinden, bu diren, doruluu ve kararll iyi olan metal film

trnden seilmelidir. Bu sistemde manyetik geirgenlik alma frekans blgesinde

yaplmaldr. Ayrca manyetik geirgenlik deeri uygulanacak olan manyetik alan kuvveti ile

de deitiinden genel olarak manyetik geirgenlik lmlerinde manyetik alan kuvveti 0,4

A/m olarak alnmaktadr. Bu yzden uygulanacak giri gerilimi de giri akmna bal olarak

33

INH

. denklemi kullanlarak bulunabilir. Yukarda belirtilen artlar altnda elde edilen

veriler 0

1

..

.

.

SPFe

Fe

P

S

rNNA

Rl

WV

V denkleminde yerine konulursa r deeri bulunmu olur. r

deerini hesaplarken kullanlacak birimlere gre aada verilen veriler dikkate alnmaldr.

Gaussxm

Weber

cm

sV

m

sVTeslaB 4

22

4

2101

..10.1

cm

Aveya

m

AH ..

2

7

0 10.4m

Farad

A

cmTeslax

.10256637061.1 40

2.2.2.3. Alternatif akmda g

Alternatif akmda aktif ve reaktif g olarak iki cins g vardr ve bu gler efektif deerlerle

verilir.

Aktif g (etkin g : Vatl g): yapan g olup

CosIUP .. ile verilir.

Burada U gerilimin (tketicinin ular arasndaki gerilim) ve I akmn (tketici iinden geen

akm) efektif deerleridir. akm ve gerilim vektrleri arasndaki a olup, Cos g

vektr olarak isimlendirilir. Elektrik reticisine paras denmesi gereken g bu gtr.

Reaktif g (tepkin g : Vatsz g): i yapmayan g olup,

SinIUQ .. ile verilir.

Bu g sadece kayba neden olur, i yapmaz.

Burada U.IS deerine de zahiri g ad verilir.

34

Zahiri g, aktif ve reaktif gler vektrel olarak ekil 24 teki gibi gsterilebilirler. Buradaki

as yine akm ve gerilim vektrleri arasndaki adr.

ekil 24. Alternatif akmda aktif, reaktif ve zahiri gcn vektrel gsterilii

Elektrik devrelerinde (retici ve tketicilerde) daha ziyade bobin (indktif diren) vardr.

Kapasitif diren ok azdr. Devrelerde bobinlerin (indktif diren) fazla olmas akm ve

gerilim vektrleri arasndaki asn bytr, Cos yi kltr ve aktif gc (P) kltr,

reaktif gc bytr.

2.2.2.4. Alternatif Akmda Reaktif G Kompenzasyonu

Tketicilerde aktif gcn byk, reaktif gcn kk (sfra yakn) olmas istenir. Zira reaktif

g i yapmaz, sadece kayba neden olur, bu nedenle reticiler i yapmad halde bu gten

de cret alrlar. Tketicilerde devreye kondansatr balanarak kltlp, Cos bytlr

ve Sin kltlr. Bu sayede aktif g (P) bytlp, reaktif g (Q) kltlm olur. Buna

pratikte reaktif g kompenzasyonu denir. Zira kondansatrler bobinlere ters alr. Yani

kondansatrlerdeki gerilimler, bobinlerdekinin zt ynndedir.

2.2.2.4.1. Seri bir devrede reaktif g kompenzasyonu

ekil 25te omik (R), indktif (L) dirence sahip bir devreye reaktif g kompenzasyonu iin

balanm bir kapasitif direncin (C) seri bal olduu bir elektrik devresinde gerilim, akm

vektrleri devredeki elemanlara ait kompleks gerilim (vektr) toplamlar eitliine gre

izilmi olup, burada bir elektrik devresinde gerilim vektrlerinin asn nasl etkiledii

grlmektedir. Dier bir deyile, devredeki bobinin (bobin geriliminin UL) byltt

asn reaktif g kompenzasyonu iin devreye balanan kondansatrn (kondansatr

geriliminin UC) nasl kltt grlmektedir.

35

ekil 25. Seri bal omik (R) ve indktif (L) dirence sahip bir elektrik devresine reaktif g

kompenzasyonu iin seri balanan kapasitif bir direncin (C) oluturduklar elektrik

devresi ve bu devreye ait akm ve gerilim vektr diyagramlar

a) Seri bal omik, indktif ve kapasitif direnlerden oluan elektrik devresi

b) Seri bal omik, indktif ve kapasitif direnlerden oluan elektrik devresine ait

vektr diyagram

U1, 1: Kompenzasyondan nceki toplam gerilim ve gerilim-akm vektrleri

arasndaki a

U, : Kompenzasyondan sonraki toplam gerilim ve gerilim-akm vektrleri

arasndaki a

Alternatif akm devrelerinde vektr diyagram iziminde devre elemanlarndaki (R, L ve C

deki) ortak byklk vektr daima faz balangc (as sfr) olarak alnr. Dolaysyla seri

devrelerde ortak byklk akm olduundan seri devrelerde akm vektr faz balangc

olarak alnrken, paralel devrelerde ortak byklk gerilim olduundan paralel devrelerde de

faz balangc olarak gerilim vektr alnr. Vektr diyagramnda 1U reaktif g

kompenzasyonu yaplmam durumdaki toplam gerilim vektr ve 1 kompenzasyondan

nceki akm ve gerilim vektrleri arasndaki adr, U ve ise kompenzasyondan sonraki

toplam gerilim vektr ve akm-gerilim vektrleri arasndaki adr. Burada kompenzasyon

iin balanan kondansatrn (kondansatr geriliminin) akmgerilim vektrleri arasndaki

ay nasl kltt ak olarak grlmektedir. Sonu olarak ta bu durum, Cos ile verilen

g faktrnn bymesini, aktif gcn byyp, reaktif gcn klmesini salamaktadr.

36

2.2.2.4.2. Paralel bal bir devrede reaktif g kompenzasyonu

ekil 26 da paralel bal omik (R) ve indktif (L) direnlerden oluan bir elektrik devresine

reaktif g kompenzasyonu iin paralel balanan bir kondansatrden oluan elektrik devresi

ve bu devreye ait vektr diyagram verilmitir. Seri bal devredeki gerilimler denklemine

benzer ekilde, burada da akmlar denklemi yazlrsa LCR IIII elde edilir.

L

JUCJU

R

U

LJ

U

CJ

U

R

U

X

U

X

U

R

UI

IIII

LC

LCR

1

Burada da paralel dirente (R, L, C) ortak byklk olan gerilim vektr (U ) faz

balangc alnarak ekil 26b deki vektr diyagram elde edilir ki, buradan kompenzasyon iin

balanan kondansatrn asn nasl kltt grlmektedir.

ekil 21. Paralel bal omik (R) ve indktif (L) direnlerden oluan bir elektrik devresine,

reaktif g kompenzasyonu iin paralel balanan bir kondansatrn oluturduklar

elektrik devresi ve bu devreye ait akm, gerilim g vektr diyagramlar

a) Paralel bal omik, indktif ve kapasitif direnlerden oluan elektrik devresi

b) Paralel bal omik, indktif ve kapasitif direnlerden oluan devrenin akm ve

gerilim vektr diyagram

c) Kompenzasyondan nce ve sonraki glerin vektr diyagram

37

I1 ve 1: kompenzasyondan nceki toplam akm ve akm gerilim vektrleri

arasndaki a

I ve : kompenzasyondan sonraki toplam akm ve akm gerilim vektrleri

arasndaki a

P1, Q1 ve N1 : kompenzasyondan nceki aktif, reaktif ve zahiri g

P, Q ve N : kompenzasyondan sonraki aktif, reaktif ve zahiri g

Seri ve paralel vektr diyagramlarndan grlecei gibi UC (seri devrede) ve IC (paralel

devrede) byrse (devreye kondansatr balanrsa) klr, dolaysyla P byr, Q klr

/5/. Bobinlerin indktif reaktansnda (XL) ve kondansatrlerin kapasitif reaktanslarnda (XC)

reaktif g harcanrken, omik direnlerde aktif g harcanr. Reaktif g kompenzasyonu ile

reaktif gcn tamam sfrlanmaz, az bir miktar braklr. Zira reaktif gcn tamam yok

edilirse, alternatif akm motorlarnda moment olumaz, alternatif akm motorlar almaz.

Reaktif g kompenzasyonu yapmayan iletmeler, harcamadklar elektriin parasn (reaktif

gcn parasn) derler. Yani harcadklar enerjiden ok daha fazla para derler. Kaynak

makinalarnda da reaktif g kompenzasyonu yaplarak, daha az elektrik paras deme imkan

vardr ve kaynak makinalarnda da reaktif g kompenzasyonu yaplr.

2.2.2.4.3. Reaktif g kompenzasyonunda k