AYT Alternatif Akım ve Transformatörler konu anlatımı

Alternatif akım (AC), yönü ve büyüklüğü zamanla periyodik olarak değişen akımdır. Evlerimize gelen şebeke elektriği alternatif akımdır; Türkiye'de etkin gerilimi 220 V, frekansı 50 Hz'dir. Alternatif akım, manyetik alan içinde dönen bir bobinde elektromanyetik indüksiyonla üretilir; bu nedenle konu, manyetizma ve indüksiyonun doğal devamıdır. AYT Fizik testinde bu başlıktan genellikle bir soru gelir ve soruların önemli kısmı transformatörler ile etkin değer hesabı üzerinedir.

1Neden alternatif akım?

İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.

Alternatif akımın en büyük avantajı gerilimin transformatörlerle kolayca yükseltilip düşürülebilmesidir. Doğru akımda gerilim bu kadar basit bir düzenekle değiştirilemez.

2Anlık değer ve etkin değer

Önemli yerleri altını çizer gibi oku.

Alternatif gerilim ve akım zamanla sinüs biçiminde değişir. Bir prizdeki gerilimin her an farklı olduğunu düşün: Hangi değeri "220 V" diye söylüyoruz?

Etkin (efektif) değer, alternatif akımın bir dirençte, aynı değerdeki doğru akımla aynı ısıyı üreten değeridir. Voltmetre ve ampermetreler etkin değeri gösterir. Şebekedeki 220 V etkin değerdir; tepe değeri yaklaşık 311 V'tur.

Anlık değer, etkin değer, güç

Anlık gerilimv = V_max · sin(ω · t)V_max: tepe gerilimi (V)

Anlık akımi = I_max · sin(ω · t)I_max: tepe akımı (A)

Açısal frekansω = 2π · f = 2π / Tω: rad/s, f: Hz, T: s

Etkin gerilimV_e = V_max / √2√2 ≈ 1,41

Etkin akımI_e = I_max / √2birim A

Dirençte ortalama güçP = V_e · I_e = I_e² · R = V_e² / Rbirim W

Tepe değerleriyle güçP = V_max · I_max / 2birim W

Örneğin v = 311 · sin(100π · t) ifadesinde V_max = 311 V ve f = 50 Hz'dir.

Örnek 1: Anlık ifadeden değerler0 / 4 adım

Bir prizdeki gerilim v = 311 · sin(100π · t) volttur. Tepe gerilimi, frekansı, periyodu ve etkin gerilimi bulunuz. (√2 ≈ 1,41)

Örnek 2: Dirençte güç0 / 4 adım

Etkin gerilimi 220 V olan şebekeye 44 Ω'luk bir ısıtıcı bağlanıyor. Etkin akım, tepe akımı ve ortalama güç nedir? (√2 ≈ 1,41)

3Direnç, bobin ve sığaç

Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.

Temel düzeyde üç devre elemanının alternatif akımdaki davranışını bilmen yeterlidir. Kartın önündeki elemanı düşün, frekans artınca ne olacağını tahmin et, sonra çevir.

Konu kartları1 / 4

Seri RLC devresi

EmpedansZ = √R² + (X_L − X_C)²birim Ω

Etkin akımI_e = V_e / Zbirim A

Ortalama güçP = I_e² · Ryalnızca dirençte harcanır

Rezonansω₀ = 1 / √L · CX_L = X_C, Z = R

Örnek 5: Seri RLC0 / 3 adım

R = 30 Ω, X_L = 60 Ω, X_C = 20 Ω olan seri devreye etkin değeri 100 V olan gerilim uygulanıyor. Etkin akım ve ortalama güç nedir?

4Transformatör

Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.

Transformatör, ortak demir çekirdeğe sarılmış birincil (primer) ve ikincil (sekonder) bobinden oluşur; yalnızca alternatif akımla çalışır.

Primer bobine pil bağladığını düşün: Sabit akım sabit akı üretir; akı değişmediği için sekonderde gerilim oluşmaz. Bu yüzden transformatör doğru akımla çalışmaz.

Transformatör bağıntıları

Gerilim oranıV_p / V_s = N_p / N_sN_s > N_p ise yükseltici, N_s < N_p ise düşürücü

İdeal transformatörV_p · I_p = V_s · I_sgüç korunur

Akım oranıI_p / I_s = N_s / N_pgerilimi yükselten, akımı aynı oranda düşürür

Verimη = P_s / P_p = (V_s · I_s) / (V_p · I_p)kayıp güç P_p − P_s ısıya dönüşür

Örnek 3: İdeal transformatör0 / 3 adım

Primer sarım sayısı 400, sekonder sarım sayısı 40 olan ideal transformatörün primerine 220 V uygulanıyor. Sekonderden 2 A akım çekiliyor. Sekonder gerilimi ve primer akımı nedir?

Örnek 4: Verimli transformatör0 / 3 adım

Primerine 1000 W güç verilen bir transformatörün verimi %90'dır. Sekonder gerilimi 30 V ise sekonder akımı kaç A'dir?

Hesapla bakalımBir şık seç

İdeal bir transformatörün primer bobininde 1200, sekonder bobininde 60 sarım vardır. Primer bobine etkin değeri 220 V olan alternatif gerilim uygulanıyor.

Sekonder bobinin uçları arasındaki etkin gerilim kaç volttur?

5Enerji iletimi

Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 3 bölüm kaldı.

İletilen güç P = V · I ise hattaki kayıp akıma bağlıdır:

P_kayıp = I² · R_hat = (P / V)² · R_hat

Aynı güç iletilirken gerilim n katına çıkarılırsa kayıp n² kat azalır.

Örnek 6: Enerji iletimi0 / 3 adım

100 kW'lık güç, toplam direnci 10 Ω olan bir hatla iletilecektir. İletim 10 kV ve 100 kV ile yapıldığında hattaki kayıplar nedir?

İletim gerilimi	Hat akımı	Hat kaybı
10 kV	10 A	1000 W
100 kV	1 A	10 W

6Sık yapılan hatalar

Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.

Doğru mu, yanlış mı?

Ölçü aletleri tepe değerini gösterir.
sin(100π · t) ifadesinde frekans 100 Hz'dir.
Transformatörde akım, sarım sayısıyla doğru orantılıdır.
Transformatör doğru akımla da çalışır.
Sekonder gücü, verim ile primer gücünün çarpımıdır.
Hattaki iletim kaybı V² / R ile hesaplanır.
Empedans, R, X_L ve X_C'nin toplamıdır.

7ÖSYM'de nasıl soruluyor

Önemli yerleri altını çizer gibi oku.

Transformatör oranları: Sarım sayıları verilerek sekonder gerilimi ya da akımı; ardışık iki transformatörle çıkış gerilimi sorulur.
Verim ve güç: Primer ve sekonder değerlerinden verim, ısıya dönüşen güç ya da gereken primer akımı hesaplanır.
Etkin değer ve anlık değer: Gerilim–zaman ifadesinden frekans, periyot ve etkin değer; belirli bir andaki anlık gerilim.
Enerji iletimi: Yüksek gerilimle iletimin neden tercih edildiği ve gerilim değişince kaybın nasıl değiştiği.
Kavramsal öncüllü sorular: Bobin ve sığacın frekansla davranışı, rezonans koşulu, transformatörün doğru akımda çalışmaması.

Bu kalıplardan birini hemen dene:

Hesapla bakalımBir şık seç

Bir alternatif gerilim kaynağının anlık gerilimi v = 200 · sin(80π · t) ifadesiyle veriliyor (v volt, t saniye cinsindendir).

Gerilimin frekansı kaç Hz'dir?

8Kısa tekrar

Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.

Hatırla0 / 12

v = V_max · sin(ω · t); ω = . V_e = ; I_e = I_max / √2; ölçü aletleri gösterir. Dirençte P = V_e · I_e = . X_L = ; X_C = ; Z = √(R² + (X_L − X_C)²); rezonansta . Transformatör: V_p / V_s = ; ideal durumda V_p · I_p = . Verim η = . Hat kaybı ; gerilim n katına çıkınca kayıp azalır.