Alternatif Akımın Elde Edilmesi
O´ ekseni etrafında, mıknatıslar arasında dönebilen bir KLMN iletkenini (sarım) sabit bir hızla döndürelim.Çerçevenin uçları, eksen etrafında dönen birer metal bileziğe bağlanmıştır. Bileziklerden her biri F1 ve F2 fırçalarından birine sürekli olarak dokunur. Bu basit üretecin çıkış uçları olan fırçalar, elde edilecek olan akımın değişimini incelemek için bir ölçü aletine bağlanmaktadır. İletken çerçeve N-S kutupları arasında dairesel bir hareketle döndürülürken, çerçevenin açısal pozisyon değişimine bağlı olarak KL ve MN iletkenlerini kesen manyetik akı sürekli değişir. Böylece, “değişken bir manyetik akı tarafından kesilen iletkende gerilim indüklenir” prensibine göre iletken çerçevede bir indüksiyon EMK’i meydana gelir. İlk ve ikinci 90º lik dönmelerde NMLK yönünde indüksiyon akımları meydana gelir (Doğru akım esasları Elektromanyetizma konusuna bakınız). Bu akımlar dış devreye F1 fırçasından çıkar. Üçüncü ve dördüncü 90º’ lik dönmelerde ise çerçevede ters yönde indüksiyon akımları meydana gelir. Bu sefer akımlar dış devreye F2 fırçasından çıkarlar. Böylece zamanla yönü ve şiddeti değişen bir akım elde edilmiş olur.
Bilindiği gibi DC akım/gerilim değeri sabittir. Örneğin 1 V DC dediğimizde DC gerilimin 1 V olduğu anlaşılmaktadır. Fakat AC’de akım/ve gerilim değerleri sürekli değişmektedir. Bu yüzden AC’yi ifade etmek için çeşitli değerler kullanılmaktadır. Bunlar ani değer, maksimum (tepe )değer, tepeden tepeye değer, ortalama değer ve etkin değerdir.
Alternatif Akımın Vektörleri ile Gösterilmesi
Sinüssel şekilde değişen akım veya gerilimin herhangi bir andaki değeri, yarı çapı uzunluğunda dönen bir vektörün düşey (dik) eksen izdüşümü ile bulunabilir. Bu dönen vektörün dönüş yönü, saat ibresinin dönüş yönünün ters istikametindedir.
Alternatif akımın ısıtma ve aydınlatma alanlarında doğru akım yerine kullanılmasında hiçbir sakınca yoktur. Alternatif akım geçen R dirençli bir tel ısınır. Alternatif akımın şiddeti durmadan değiştiği için ısınında değişmesi gerekir. Alternatif akımın şebeke frekansı 50 Hertz olduğu için 1 saniyelik zaman içerisinde akımın geçtiği iletkenden yayılan ısı 100 defa maksimum, 100 defa sıfır olur. Isının bu kadar çabuk değişmesi kullanma alanlarının hiç birisinde bir sakınca oluşturmaz. Elektrikli ısıtıcılar elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürür.
Alternatif akım devresine bağlanmış olan elektrotlar nöbetleşerek anot ve katot olur. Sudaki eriyik 1 yarım periyotta bir elektrotta toplanırsa, diğer yarım periyotta öteki elektrot üzerinde birikir. Bu yüzden elektroliz sonunda elektrotlardan herhangi biri eriyik bakımından zenginleşemez. Sonuç olarak alternatif akım ile elektroliz yapılamaz ve aküler doldurulamaz.
Alternatif akımın etrafında değişken manyetik alanlar meydana gelir. Sabit bir manyetik alan içinde bulunan bir telden, alternatif akım geçirildiğinde tele etki eden elektromanyetik kuvvetler de alternatif olur. Yönü ve şiddeti değişen bu kuvvetin etkisi ile tel titreşim yapar. Bu sebeple alternatif akımlar, dönen mıknatıslı veya dönen makaralı ölçü aletlerine etki yapmaz ve bu aletler ile ölçülemez.
Sadece R direnci bulunan bir devreye şekil 2.1’deki gibi bir alternatif akım uygulayalım. Bu durumda direncin iki ucu arasındaki potansiyel farkı V V Sin t m = ve dirençten geçen alternatif akım şiddeti i i Sin t m = olur. Bu durumda akım ile gerilimin zamana bağlı grafikleri çizildiğinde, her ikisinin de aynı anda maksimum değerleri aldıkları ve aynı anda sıfır oldukları görülür. Şekil 2.2’deki grafik yorumlanacak olursa akım ve gerilimin aynı fazda oldukları sonucuna varılır.
Direnci ihmal edilebilen bir bobine Şekil 2.4’teki gibi bir alternatif akım uygulanacak olursa bobinde, akımın değişmesinden dolayı bir özindüksiyon emk’sı meydana gelir. Akım gerilimden 90o veya 2 kadar geridedir. Akım ve gerilimin zamana bağlı değişimi şekil 2.6’da görülmektedir. Bobinden geçen akımın zamana bağlı olarak değiştiği ve maksimum akım şiddeti L V i m m = olduğu görülmektedir. Bobinden geçen akımın şiddeti olarak yazılabilir. Bobinden geçen akımın etkin değeri ise L i Ve e = dir. e e I V ?L = yazılırsa L nin biriminin Volt/Amper veya Ohm olduğu görülür. L bobinin alternatif akıma karşı göstermiş olduğu dirençtir. Buna bobinin endüktif reaktansı denir. XL ile ifade edilir.
Sadece Kondansatörlü Devre (C)
Bir kondansatörlü devreye doğru akım kaynağı bağlandığında belli bir süreden sonra akım geçmezken, alternatif akım uygulandığında devreden yönü ve şiddeti değişen bir akım geçtiği görülür. Şekil 2.7’deki gibi, bir kondansatöre alternatif akım uygulandığında gerilim artarken akım azalmakta ve gerilim maksimum değerini aldığında akım sıfır değerine inmektedir. Bu durumda kondansatör yüklenmesini tamamlamıştır. Gerilim azaldıkça kondansatör devreye akım vererek boşalmaya başlar. Devreye uygulanan gerilim sıfır olduğunda akım en büyük değerini alır. O halde akım ile gerilim arasında 90o veya /2 radyanlık faz farkı vardır. Bu faz farkı kadar akım gerilimden öndedir.
Dirençli ve Bobinli Devre (R-L)
Şekil 2.10’daki bir direnç ve bobinden oluşan devreye V1 geriliminde doğru akım uygulandığında geçen akım şiddeti I1 olsun. Bu devreye aynı V1 gerilimini sağlayan alternatif akım uygulandığında devreden geçen akım şiddetinin daha küçük olduğu görülür. Devreye alternatif gerilim uygulandığında akımın küçülmesi, devrenin direncinin artması ile açıklanabilir.Bu dirence R-L devresinin empedansı denir ve Z ile gösterilir. XL ve R yi birbirine dik vektörlere benzetirsek Z bunların bileşkesi olur. Akım ile gerilim arasındaki faz farkı , Z ile R arasındaki açıdır.
Direnç ve Kondansatörlü Devre (R-C)
Şekil 2.13’teki gibi seri bağlı direnç ve kondansatörlü bir devrede etkin akım ile etkin gerilim arasında 2 2 e e V = i · R + Xc bağıntısı vardır. Buradaki Xc kondansatörün alternatif akıma karşı gösterdiği dirençtir. RC devresinin alternatif akıma karşı gösterdiği direnç empedanstır. Z ile gösterilir.Xc ile R yi birbirine dik vektörlere benzetirsek Z bunların bileşkesi olur. Akım ile gerilim arasındaki faz açısı , Z ile R arasındaki açıdır.
Direnç Bobin ve Kondansatörlü Devre (R-L-C)
Birbirine seri bağlanmış RLC elemanlarından oluşan devreye alternatif gerilim uygulanmış olsun. Bu devrenin etkin akım ve gerilimi arasında aşağıdaki bağıntı bulunur.Bir RLC devresinin empedansı, devre elemanlarının dirençlerinin şekil 2.17’de görüldüğü gibi vektörel toplamı düşünülerek hesaplanır. Devredeki bobin ve kondansatörden meydana gelen faz farkları birbirine zıt yöndedir. Akım ile gerilim arasındaki faz farkıdır.Bir RLC devresinde XL = XC olduğunda Z=R olur. Bu duruma devrenin rezonans hali denir