Elektrik Devrelerinde Güç

Gerilim ve akıma ek olarak, elektrik devreleriyle ilgili bir başka önemli parametre daha vardır: güç . İlk olarak, herhangi bir devrede onu analiz etmeden önce gücün ne olduğunu anlamamız gerekir.

Güç Nedir ve Nasıl Ölçülür?

Güç, belirli bir süre içinde ne kadar iş yapılabileceğinin bir ölçüsüdür. İş genellikle bir ağırlığın yerçekimi çekmesine karşı kaldırılması olarak tanımlanır. 

Ağırlık ne kadar ağırsa ve / veya ne kadar yüksek kaldırılırsa, o kadar çok iş yapılmıştır. Güç , standart miktarda işin ne kadar hızlı yapıldığının bir ölçüsüdür.

Amerikan otomobilleri için motor gücü, başlangıçta buhar motoru üreticilerinin makinelerinin çalışma kabiliyetini günlerinin en yaygın güç kaynağı olan atlar açısından ölçmelerinin bir yolu olarak icat edilen “beygir gücü” adı verilen bir birimde derecelendirilir.

Bir beygir gücü, İngiliz birimlerinde saniyede 550 ft-lbs çalışma olarak tanımlanır. Bir arabanın motorunun gücü, bir tepenin ne kadar yüksekliğine tırmanabileceğini veya ne kadar ağırlık çekebileceğini göstermez, ancak belirli bir tepeye ne kadar hızlı tırmanabileceğini veya belirli bir ağırlığı çekebileceğini gösterir .

Mekanik bir motorun gücü, hem motorun hızının hem de çıkış milinde sağlanan torkunun bir fonksiyonudur. 

Bir motorun çıkış milinin hızı, dakikadaki devir sayısı veya RPM olarak ölçülür.

Tork, motor tarafından üretilen bükülme kuvveti miktarıdır ve genellikle pound-feet veya lb-ft cinsinden ölçülür (çalışma birimi olan foot-pound veya ft-lbs ile karıştırılmamalıdır). 

Ne hız ne de tork tek başına bir motorun gücünün bir ölçüsü değildir.

100 beygir gücünde bir dizel traktör motoru nispeten yavaş dönecek, ancak büyük miktarda tork sağlayacaktır. 

100 beygir gücündeki bir motosiklet motoru çok hızlı dönecek, ancak nispeten az tork sağlayacaktır. 

Her ikisi de 100 beygir gücü üretecek, ancak farklı hızlarda ve farklı torklarda. Şaft beygir gücü denklemi basittir.

Şaft Beygir Gücü Denklemi
Şaft Beygir Gücü Denklemi

Denklemin sağ tarafında sadece iki değişken terim olduğuna dikkat edin, S ve T. O taraftaki diğer tüm terimler sabittir: 2, pi ve 33,000’in tümü sabittir (değerde değişmezler). Beygir gücü sadece hız ve torktaki değişikliklerle değişir, başka hiçbir şeyle değil. Bu ilişkiyi göstermek için denklemi yeniden yazabiliriz.

Güç

“Beygir gücü” birimi, dakika başına devir cinsinden hızın pound-feet cinsinden tork ile çarpımı ile tam olarak çakışmadığından, beygir gücünün ST’ye eşit olduğunu söyleyemeyiz . Ancak birbirleriyle orantılıdırlar . ST’nin matematiksel çarpımı değiştikçe, beygir gücü değeri de aynı oranda değişecektir.


Gerilim ve Akımın Bir Fonksiyonu Olarak Güç

Elektrik devrelerinde güç, hem voltajın hem de akımın bir fonksiyonudur. Beklendiği gibi, bu ilişki yukarıdaki “orantılı” beygir gücü formülüne çarpıcı bir benzerlik gösteriyor.

Güç
Güç = Akım x Gerilim

Bununla birlikte, bu durumda, güç (P), sadece IE ile orantılı olmaktan ziyade, akım (I) ile voltaj (E) çarpılan tam olarak eşittir. Bu formülü kullanırken, güç için ölçü birimidir watt harfi “W.” ile kısaltılan,

Ne voltajın ne de akımın kendi başına güç oluşturmadığı anlaşılmalıdır. Bunun yerine, güç hem gerilim kombinasyonu ve bir devrede akım. Voltajın birim yük başına spesifik iş (veya potansiyel enerji) olduğunu, akımın ise elektrik yüklerinin bir iletkenden geçme hızı olduğunu unutmayın.

Gerilim (özel iş), yerçekimi kuvvetine karşı bir ağırlığı kaldırmada yapılan işe benzer. Akım (oran), bu ağırlığın kaldırıldığı hıza benzer. Bir ürün (çarpma) olarak birlikte, gerilim (iş) ve akım (oran) gücü oluşturur.

Tıpkı dizel traktör motorunda ve motosiklet motorunda olduğu gibi, yüksek voltajlı ve düşük akımlı bir devre, düşük voltajlı ve yüksek akımlı bir devre ile aynı miktarda gücü dağıtabilir. 

Ne tek başına voltaj miktarı ne de tek başına akım miktarı bir elektrik devresindeki güç miktarını göstermez.


Açık / Kısa Devrede Güç

Kaynağın terminalleri arasında voltajın olduğu ve sıfır akımın olduğu açık bir devrede, voltaj ne kadar büyük olursa olsun , sıfır güç harcanır.

 P = IE ve I = 0 olduğundan ve sıfırla çarpılan herhangi bir şey sıfır olduğundan, herhangi bir açık devrede harcanan güç sıfır olmalıdır.

Benzer şekilde, bir süper iletken tel döngüsünden (kesinlikle sıfır direnç) yapılmış bir kısa devreye sahip olsaydık, sıfır voltajlı döngüde bir akım durumuna sahip olabilirdik ve benzer şekilde, hiçbir güç dağıtılamazdı. 

P = IE ve E = 0 olduğundan ve sıfırla çarpılan herhangi bir şey sıfır olduğundan, süper iletken bir döngüde harcanan güç sıfır olmalıdır. (Daha sonraki bir bölümde süperiletkenlik konusunu inceleyeceğiz).


Beygir Gücü Watt ile Nasıl Alakalı?

Gücü “beygir gücü” birimi veya “watt” birimi cinsinden ölçsek de, yine de aynı şeyden bahsediyoruz: belirli bir sürede ne kadar iş yapılabilir. 

İki birim sayısal olarak eşit değildir, ancak aynı tür şeyleri ifade ederler.

Aslında, Avrupalı ​​otomobil üreticileri tipik olarak motor güçlerinin beygir gücü yerine kilovat (kW) veya binlerce watt cinsinden reklamını yapıyorlar! Bu iki güç birimi, basit bir dönüştürme formülü ile birbirleriyle ilişkilidir.

Yani 100 beygir gücündeki dizel ve motosiklet motorlarımız da “74570 watt” motor olarak veya daha doğrusu “74.57 kilowatt” motor olarak değerlendirilebilir. 

Avrupa mühendislik şartnamelerinde, bu derecelendirme istisna olmaktan çok norm olacaktır.


Özetle;

  • Güç, belirli bir süre içinde ne kadar iş yapılabileceğinin ölçüsüdür.
  • Mekanik güç genellikle (Amerika’da) “beygir gücü” ile ölçülür.
  • Elektrik gücü neredeyse her zaman “watt” olarak ölçülür ve P = IE formülüyle hesaplanabilir.
  • Elektrik voltajının hem bir ürünüdür ve ayrı ayrı değil ya bir akım.
  • Beygir gücü ve watt, aynı tür fiziksel ölçümü açıklamak için yalnızca iki farklı birimdir ve 1 beygir gücü 745,7 watt’a eşittir.