İçeriğe atla

Güç (elektrik)

Güç
Yaygın sembol(ler):℘ veya P
temel SI birimlerinden türetimi:kgm2s−3
SI nicelik boyutu:wikidata
SI birimi:watt (W)
Diğer niceliklerden türetimi:
Elektrik enerjisi, bunun gibi havai hatlar ve ayrıca yer altı yüksek gerilim kabloları aracılığıyla iletilir.

Elektriksel güç, elektrik enerjisinde elektrik devresi tarafından taşınan güç olarak tanımlanır. Gücün SI birimi watt'tır. Elektrikli cihazların birim zamanda harcadığı enerji miktarı olarak da bilinir. 1 saniyede 1 joule enerji harcayan elektrikli alet 1 watt gücündedir.

Elektrik gücü çelik direkler vasıtasıyla havai hatlar ile taşınır.

Yeraltı iletimi için yüksek gerilim kablolarına bakın.

Bir devrede elektrik akımı aktığında, mekaniksel veya termodinamik iş enerjiye dönüştürülebilir. Aygıtlar elektrik enerjisini, ısı, ışık (ampuller), devinim (hareket) (elektrik motorları), ses (hoparlör) veya kimyasal dönüşümler gibi birçok kullanışlı biçime dönüştürür. Elektrik, kimyasal olarak pillere depolanabilir.

Tanım

Elektrik gücü, mekanik güç gibi, watt cinsinden ölçülen ve P harfiyle gösterilen iş yapma hızıdır. Watt terimi halk dilinde "watt cinsinden elektrik gücü" anlamında kullanılır. V değerinde bir elektrik potansiyeli (voltaj) farkından her t saniyede bir Q coulomb yükünden oluşan bir elektrik akımı I tarafından üretilen watt cinsinden elektrik gücü:

burada:

  • W joule cinsinden iş,
  • t saniye cinsinden zaman,
  • Q coulomb cinsinden elektrik yükü,
  • V volt cinsinden elektrik potansiyeli veya voltaj,
  • I amper cinsinden elektrik akımıdır

yani,

watt = volt çarpı amper.

Açıklama

Güç kaynağını gösteren animasyon

Elektrik devrelerindeki elektrik bileşenlerinde oluşan elektrik potansiyel farkı (voltaj) boyunca elektrik yükleri hareket ettiğinde elektrik gücü diğer enerji türlerine dönüşür. Elektrik gücü açısından bakıldığında, bir elektrik devresindeki bileşenler iki kategoriye ayrılabilir:

Elektrik yükünü gösteren animasyon

Aktif cihazlar (güç kaynakları)

Elektrik akımı cihazdan alçak elektrik potansiyelinden yüksek elektrik potansiyeline doğru akmaya zorlanırsa, pozitif yükler negatif terminalden pozitif terminale doğru hareket eder, yükler üzerinde iş yapılır ve enerji, mekanik enerji veya kimyasal enerji gibi başka bir enerji türünden elektrik potansiyel enerjisine dönüştürülür. Bunun meydana geldiği cihazlara aktif cihazlar veya Elektrik jeneratörleri ve piller gibi güç kaynakları denir. Bazı cihazlar, içinden geçen voltaj ve akıma bağlı olarak kaynak veya yük olabilir. Örneğin, şarj edilebilir pil, bir devreye güç sağladığında kaynak görevi yapar ancak bir pil şarj cihazına bağlandığında ve yeniden şarj edilirken yük görevi yapar

Pasif cihazlar (yükler)

Geleneksel akım cihazdan yüksek potansiyelden (voltaj) düşük potansiyele doğru akarsa, pozitif yük pozitif (+) terminalden negatif (-) terminale doğru hareket ederse, cihaz üzerindeki yükler tarafından iş yapılır. Terminaller arasındaki gerilimden dolayı yüklerin potansiyel enerjisi cihazda kinetik enerjiye dönüştürülür. Bu cihazlara pasif bileşenler veya yükler denir; devreden elektrik gücünü 'tüketirler' ve bunu mekanik iş, ısı, ışık vb. gibi diğer enerji türlerine dönüştürürler. Örnekler arasında ampuller, elektrik motorları ve elektrikli ısıtıcılar gibi elektrikli cihazlar bulunur. Alternatif akım (AC) devrelerinde voltajın yönü periyodik olarak tersine döner, ancak akım her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyel tarafına doğru akar.

Gücün bir elektrik devresi aracılığıyla aktarımı

Pasif işaret kuralı

Elektrik gücü bir bileşenin içine veya dışına akabildiğinden, yönün pozitif güç akışını temsil ettiği bir kurala ihtiyaç vardır. Bir devrenin dışarı bir bileşenin içine akan elektrik gücü keyfi olarak pozitif bir işarete sahip olacak şekilde tanımlanırken, bir bileşenden bir devreye içeriye akan güç negatif bir işarete sahip olacak şekilde tanımlanır. Bu nedenle pasif bileşenler pozitif güç tüketimine sahipken, güç kaynakları negatif güç tüketimine sahiptir. Buna pasif işaret kuralı denir.

Direnç devreleri

Dirençli (Ohmik veya doğrusal) yükler durumunda, harcanan güç miktarı için alternatif ifadeler üretmek için güç formülü (P = I·V) ve Joule'ün birinci yasası (P = I^2·R), Ohm kanunuyla (V = I·R) birleştirilebilir:

burada R, elektrik direncidir.

Harmoniksiz alternatif akım

Alternatif akım devrelerinde indüktans ve kapasitans gibi enerji depolama elemanları, enerji akış yönünün periyodik olarak tersine çevrilmesine neden olabilir.

AC dalga formunun tam bir döngüsü boyunca ortalaması alınan enerji akışının (güç) bir yönde net enerji aktarımıyla sonuçlanan kısmına, gerçek güç denir (aynı zamanda aktif güç olarak da adlandırılır).[1]

Enerji akışının (güç), net enerji aktarımıyla sonuçlanmayan, bunun yerine depolanan enerji nedeniyle her döngüde kaynak ve yük arasında salınım yapan kısmının genliğine, reaktif gücün mutlak değeri denir.[1][2][3]

Gerilim dalgasının RMS değeri ile akım dalgasının RMS değerinin çarpımına görünür güç denir.

Bir cihazın tükettiği watt cinsinden gerçek güç P, şu formülden hesaplanır:

burada

  • Vp volt cinsinden tepe voltajı
  • Ip amper cinsinden tepe akımı
  • Vrms volt cinsinden voltajın karekök ortalaması
  • Irms amper cinsinden akımın karekök ortalaması
  • θ = θvθi gerilim sinüs dalgasının akım sinüs dalgasına öncülük ettiği faz açısı veya eşdeğer olarak akım sinüs dalgasının gerilim sinüs dalgasını geride bıraktığı faz açısıdır
Güç üçgeni: AC gücünün bileşenleri

Gerçek güç, reaktif güç ve görünür güç arasındaki ilişki, büyüklüklerin vektörler halinde temsil edilmesiyle ifade edilebilir. Gerçek güç yatay bir vektörle, reaktif güç ise dikey bir vektörle temsil edilir. Görünen güç vektörü, gerçek ve reaktif güç vektörlerinin birleştirilmesiyle oluşturulan bir dik üçgenin hipotenüsüdür. Bu temsile genellikle güç üçgeni denir. Pisagor teoremini kullanarak gerçek, reaktif ve görünen güç arasındaki ilişki şu şekildedir:

Gerçek ve reaktif güçler, akım ve voltajın her ikisi de sinüsoidler olduğunda ve aralarında bilinen bir θ faz açısı olduğunda doğrudan görünen güçten hesaplanabilir:

Gerçek gücün görünen güce oranı güç faktörü olarak adlandırılır ve her zaman -1 ile 1 arasında bir sayıdır. Akımların ve gerilimlerin sinüzoidal olmayan formlara sahip olduğu durumlarda, güç faktörü distorsiyonun etkilerini içerecek şekilde genelleştirilir.

Elektromanyetik alanlar

Elektrik enerjisi, elektrik ve manyetik alanların bir arada bulunduğu her yere akar ve aynı yerde dalgalanır. Bunu en basit örneği, önceki bölümdeki elektrik devresinde gösterilmiştir. Ancak genel durumda, basit P = IV denkleminin yerini daha karmaşık bir hesaplama alabilir.

Elektrik alan şiddet ve manyetik alan şiddet vektörlerinin çapraz çarpımının kapalı yüzey integrali, hacimden çıkan toplam anlık gücü (watt cinsinden) verir:[4]

Sonuç skalerdir çünkü Poynting vektörünün yüzey integrali''dir.

Alternatif Akım

Alternatif akım devrelerinde bobin ve kapasitans gibi enerji depolayan elemanlar, enerji akışının yönüne ters, periyodik sonuç verebilirler. AC (Alternatif akım) dalga formunun tam bir çevrimindeki ortalama güç akışı, aktif güç (gerçek güç) olarak güç yönünde net enerji taşınmasına neden olur. Depolanan enerjiden dolayı güç akışının bu kısmı her bir çevrimde kaynağa geri döner. Bu durum reaktif güç olarak bilinir.

Güç üçgeninde AC güç

Yukarıdaki aktif güç ve güç üçgeni teoremi, sadece hem akımın hem de gerilimin tam sinüzoidal olduğunda geçerlidir. Bu yüzden akımın normal olarak bozuk olduğu alçak gerilim aktarma uygulamalarında çok az kullanılır.

Sinüsoidal Kaynakta Anlık Güç

Bir devrede bir elemanın anlık gücünü belli bir anında uçları arasındaki gerilim ve o anda üzerinden geçen akımın çarpımıyla elde edebiliriz. Gerilimi , akımı da birimlerinden alırsak, anlık gücün birimini olarak buluruz. Anlık gücün genel ifadesini aşağıdaki gibi yazabiliriz.

Gerilim ve akımın anlık değerlerini bildiğimize göre ifademizi açıp genişletebiliriz. Gerilim fazörünün açı değeri , akım fazörünün açı değeri ise kabul edilecektir. Akımı referans olarak alıp, akım fazına dersek gerilim fazı olur. Bu genel bir yaklaşımdır. Bulduğumuz anlık güç ifadesini hem kapasitif, hem endüktif hem de resistif yükler için kullanabiliriz. Elimizde olması gereken bilgi faz farkının değeridir. Hesaplamamıza başlayalım...

Yukarıdaki ifadede bulunan çarpımını çarpımına benzetip trigonometrik dönüşüm yaparsak aşağıdaki formülasyonu elde ederiz.

Bu trigonometrik dönüşümlerin ardından anlık güç formulasyonunu tekrar yazalım...

Anlık güç formülasyonunda bulunan ifadesini trigonometrik dönüşümüne göre açarsak, anlık gücün aşağıdaki ifadesini elde ederiz.

Bu trigonometrik eşitliğin sonrasında anlık güç aşağıdaki şekilde ifade edilebilir.

Son çıkan anlık güç ifadesinde bir şey dikkatimizi çekmektedir. Bu da faz farkının ve fonksiyonlarının içinde gelmesidir. Bundan sonra içinde bulunan ifade Aktif Güç (P), olan ifade Reaktif Güç (Q) olarak tanımlanacaktır. Bu tanımdan sonra formülasyonu basitleştirirsek anlık güç aşağıdaki şekle dönüşür.

Sinüsoidal Kaynakta Anlık Güç

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ a b Thomas, Roland E.; Rosa, Albert J.; Toussaint, Gregory J. (2016). The Analysis and Design of Linear Circuits (8 bas.). Wiley. ss. 812-813. ISBN 978-1-119-23538-5. 
  2. ^ Fraile Mora, Jesús (2012). Circuitos eléctricos (İspanyolca). Pearson. ss. 193-196. ISBN 978-8-48-322795-4. 
  3. ^ IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. IEEE. 2010. s. 4. doi:10.1109/IEEESTD.2010.5439063. ISBN 978-0-7381-6058-0. 
  4. ^ Hayt, William H.; Buck, John A. (2012). Engineering Electromagnetics (8 bas.). McGraw-Hill. s. 385. ISBN 978-0-07-338066-7. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Kondansatör</span> Ani yük boşalması amacıyla kullanılan devre elemanı

Kondansatör ya da sığaç veya yoğunlaç, elektronların kutuplanıp elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanı. Piyasada kapasite, kapasitör, sığaç gibi isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik-elektronik dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılır ve tüm entegre elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanıdır. Kondansatörlerin karakteristikleri olarak;

<span class="mw-page-title-main">Küresel koordinat sistemi</span>

Küresel koordinat sistemi, üç boyutlu uzayda nokta belirtmenin bir yoludur.

<span class="mw-page-title-main">Öz empedans</span>

Öz direnç (Empedans), maddenin kimyasal özelliğinden dolayı direncinin artması ya da azalmasına neden olan her maddeye özgü ayırt edici bir özelliktir. Farklı maddelerin empedansları aynı olabilir ama öz dirençleri aynı olamaz. R= Lq/Q dur. (Rezistif Direnç= Uzunluk*öz direnç/kesit, Alternatif akım'a karşı koyan zorluk olarak adlandırılır. İçinde kondansatör ve endüktans gibi zamanla değişen değerlere sahip olan elemanlar olan devrelerde direnç yerine öz direnç kullanılmaktadır. Öz direnç gerilim ve akımın sadece görünür genliğini açıklamakla kalmaz, ayrıca görünür fazını da açıklar. DA devrelerinde öz direnç ile direnç arasında hiçbir fark yoktur. Direnç sıfır faz açısına sahip öz direnç olarak adlandırılabilir.

<span class="mw-page-title-main">İş (fizik)</span>

Fizikte, bir kuvvet bir cisim üzerine etki ettiğinde ve kuvvetin uygulama yönünde konum değişikliği olduğunda iş yaptığı söylenir. Örneğin, bir valizi yerden kaldırdığınızda, valiz üzerine yapılan iş kaldırıldığı yükseklik süresince ağırlığını kaldırmak için aldığı kuvvettir.

Fazör, sinüzoidal bir ifadenin genlik ve faz açısı bileşenleri kullanılarak oluşturulmuş formülasyonudur.

Fizikte, birim zamanda aktarılan veya dönüştürülen enerjiye ya da yapılan işe güç denir, P simgesiyle gösterilir. Uluslararası Birim Sistemi'nde güç birimi, saniyedeki bir joule'e eşit olan watt'tır kısacası J/s. Eski çalışmalarda güç bazen iş olarak adlandırılırmıştır. Güç türetilmiş bir nicelik ve skaler bir büyüklüktür.

Elektriksel gücün tanımı aşağıdaki gibidir.

<span class="mw-page-title-main">Alternatif akım</span>

Alternatif akım, genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. En çok kullanılan dalga türü sinüs dalgasıdır. Farklı uygulamalarda üçgen ve kare gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Bütün dalgalar birbirlerine elektronik devreler aracılığı ile çevrilebilir. Devrede kondansatör, diyotlar, röleler ile bu çevrim yapılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Laplace denklemi</span>

Matematikte Laplace denklemi, özellikleri ilk defa Pierre-Simon Laplace tarafından çalışılmış bir kısmi diferansiyel denklemdir. Laplace denkleminin çözümleri, elektromanyetizma, astronomi ve akışkanlar dinamiği gibi birçok bilim alanında önemlidir çünkü çözümler bilhassa elektrik ve yerçekim potansiyeli ile akışkan potansiyelinin davranışını açıklar. Laplace denkleminin çözümlerinin genel teorisi aynı zamanda potansiyel teorisi olarak da bilinmektedir.

Genlik, periyodik harekette maksimum düzey olarak tanımlanabilir. Genlik, bir dalganın tepesinden çukuruna kadar olan düşey uzaklığın yarısıdır. Genlik kavramı ışık, elektrik, radyo dalgaları gibi konuları da kapsayan fen bilimleri alanında kullanılır.

Karesel genlik modülasyonu iletişim teknolojisinde aynı zamanda iki farklı bilgiyi iletmek amacıyla kullanılan bir modülasyon türüdür..

Periyodik fonksiyon, matematikte belli zaman aralığıyla kendini tekrar eden olguları ifade eden fonksiyonlara verilen isimdir. Tekrar etme süresi "periyot" olarak bilinir. Trigonometrik fonksiyonlar en tipik periyodik fonksiyonlardır. Bununla birlikte, diğer periyodik fonksiyonlar da trigonometrik fonksiyonların toplamı olarak ifade edilebilirler.

Admittans elektrik mühendisliğinde karmaşık iletkenlik anlamına gelir. Admittans ile empedans çarpımı 1 dir. Admittans Y ile gösterilir. Birimi MKS sisteminde siemens (S)'dir. Kimi eski kitaplarda S yerine mho birimi de kullanılır.

Açısal hız, bir objenin birim zamandaki açısal olarak yer değiştirme miktarına verilen isimdir. Açısal hız vektörel olup bir cismin bir eksen üzerindeki dönüş yönünü ve hızını verir. Açısal hızın SI birimi radyan/saniyedir, ancak başka birimlerde de ölçülebilir. Açısal hız genellikle omega sembolü ile gösterilir. Açısal hızın yönü genellikle dönüş düzlemine diktir ve sağ el kuralı ile bulunabilir.

Elektromanyetik dalga denklemi, elektromanyetik dalgaların bir ortam boyunca ya da bir vakum ortamı içerisinde yayılmasını açıklayan, ikinci dereceden bir kısmi diferansiyel denklemdir. Denklemin, ya elektrik alanı E ya da manyetik alan B cinsinden yazılan homojen formu şöyledir:

Bu bir Küresel harmonikler ortonormalize tablosudur ve Bu Condon-Shortley fazı l = 10 dereceye kadar sağlanır.Bazen bu formüllerin "Kartezyen" yorumu verilir.Bu varsayım x, y, z ve r Kartezyen-e-küresel koordinat dönüşümü yoluyla ve ye ilişkindir:

Pound-Drever-Hall tekniği, optik kovuk'a veya buhar hücresine kilitleme yapılarak lazer frekansı sabitleme yöntemlerinden biridir. İnterferometresel gravitasyonel dalga ölçerlerin temel teknolojisini oluşturur. Bunun yanında atom fiziği ve zaman ölçüm standartlarında oldukça sık rastlanır. Pound-Drever-Hall tekniğinin (PDH) kavramsal temelleri frekans modülasyonu ile yakından alakalıdır. Birini anladığınız zaman diğerini halletmek kolay olur. PDH tekniğinin basit arka planı prensipte şudur: Lazer frekansı Fabry-Perot interferometresi yardımıyla ölçülür ardından bu ölçüm lazeri besleyerek frekans dalgalanmasını bastırır.

<span class="mw-page-title-main">Var (birim)</span>

Var elektrik devrelerinde reaktif güç birimidir. Reaktif güce devrede bulunan indüktör ve kapasitör gibi reaktif elemanlar yol açar. var birimi volt-amper-reaktif kelimelerinin baş harflerinden oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Volt-amper</span>

Volt-amper elektrik devrelerinde aktif güç ve reaktif gücü bir arada ifade eden bir birimdir. Devredeki gerilim ile akımın çarpımıdır. Reziztif devrelerde güç devrenin iki ucu arasındaki gerilim ile devreden geçen akımın çarpımı suretiyle bulunur. Ancak devrede indüktif veya kapasitif yük varsa bu durumda gerilim ile akım arasında faz farkı oluşabilir ve gerilim ile akımın çarpımı devrede kullanılan gerçek güçten fazla olabilir. Bu sebepten güc aktif güç ve reaktif olarak belirtilir.

<span class="mw-page-title-main">Trifaze elektrik</span>

Üç Fazlı Elektirik, yüksek güçlerde kullanılan bir elektrik besleme sistemidir.