11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Sayfa 268 Cevapları (MEB Yayınları)

2. ÜNİTE Alternatif akımın gerilimini yükseltmek ya da alçaltmak için kullanılan elektro­ nik aletlere transformatör denir. Transformatörlerde etrafı yalıtkan zarla kap­ lı birden fazla bobin, demir çekirdeğin farklı kısımlarına sarılır (Görsel 2.32). Demir çekirdekte alternatif akım kaynağına bağlanan ve sarım sayısı Np olan bobine birincil (primer) bobin, bu bobinde oluşan gerilime birincil gerilim (Vp), akıma ise birincil akım (ip) adı verilir. Birincil bobindeki alternatif akımın oluşturduğu değişken manyetik akı, demir çekirdek üzerinden geçerek diğer bobine taşınır. Manyetik akı değişimi sonucu indüksiyon gerilimi oluşan ve sarım sayısı Ns olan bu bobine ikincil (sekonder) bobin, üzerindeki gerilime ikincil gerilim (Vs), akıma ise ikincil akım (is) adı verilir. İkincil bobinde indük­ siyon geriliminin oluşması için taşınan manyetik akının değişken olması ge­ rekir. Birincil bobin doğru akım kaynağına bağlandığında değişken manyetik akı oluşturamayacağından ikincil bobinde indüksiyon gerilimi elde edilemez. Başka bir deyişle transformatörler doğru akım ile çalışmaz. Birincil gerilim ile ikincil gerilim arasındaki ilişki Faraday Yasası ile bulunur. Bu yasaya göre birincil gerilim Vp = - Np . ∆Φ ∆t , ikincil gerilim Vs = - Ns . ∆Φ ∆t olarak ifade edilebilir. Birincil ve ikincil bobindeki akı değişimleri (∆Φ) eşit kabul edilmiştir. İdeal durumda demir çekirdeğin manyetik alan değişimlerini birincil bobinden ikincil bobine kayıpsız olarak ilettiği varsayılır. İki eşitlik taraf tarafa oranlanırsa bobinlerin gerilimleri ve sarım sayıları arasındaki ilişki Vp Vs = Np Ns olarak bulunur. Gerçekte transformatörler çalışırken ısındıkları için enerji kaybı meydana gelir. Bunun yanında demir çekirdeğin değişken manyetik akıyı ikincil bobi­ ne iletmesi sırasında kayıplar oluşabilir. Bunlardan başka durumlar da enerji kaybına sebep olabilir. Tüm bu enerji kayıplarının ihmal edildiği transforma­ törlere ideal transformatörler denir. İdeal olmayan transformatörlerde birin­ cil bobindeki güç (Pp), ikincil bobindeki güçten (Ps) fazladır. İdeal durumda ise birincil bobindeki güç, ikincil bobindekine eşit olarak kabul edilir. Bu durum matematiksel olarak Pp = Ps ile ifade edilir. Güç ifadesi gerilim ve akım cinsi­ den yazılırsa gerilimlerin oranı ile akımların oranı arasındaki ilişki Vp ∙ ip = Vs ∙ is Vp Vs = is ip bulunur. Sarım sayıları da bu ifadeyle birlikte yazıldığında ideal bir transformatör için gerilim, akım ve sarım sayısı arasındaki ilişki matematiksel olarak şu şekilde modellenir: Vp Vs = is ip = Np Ns Transformatörün verimi, Verim = Alınan güç (Ps) Verilen güç (Pp) Verim = Vs . is Vp . ip ifadesi ile bulunur. Bu ifadeden elde edilen sonuç 100 ile çarpılırsa transformatörün verimi yüz­ de (%) olarak hesaplanmış olur. İdeal transformatörlerde verim %100’dür. Görsel 2.32: Transformatör Yükseltici ve Alçaltıcı Transformatör Transformatörde sarım sayıları arasın­ daki ilişki Np < Ns ise Vp < Vs olur. İkincil gerilimin birincil gerilimden büyük olduğu bu tür transformatörlere yükseltici transfor­ matör denir. Transformatörde sarım sayıları arasın­ daki ilişki Np > Ns ise Vp > Vs olur. İkincil gerilimin birincil gerilimden küçük olduğu bu tür transformatörlere alçaltıcı transforma­ tör denir.