Dirençlerde Güç ve Enerji

Dirençlerde güç ve enerji ilişkisi voltaj ve akımın ürünü olan ısı enerjisi ile doğrudan bağlantılıdır.

Elektrik Gücü, bu gücü ısıya dönüştüren bazı dirençlerle voltaj ve akımın ürünü olduğu için bir direnç tarafından emilir.

Üzerindeki gerilim nedeniyle bir dirençten elektrik akımı geçtiğinde, direnç tarafından ısı şeklinde elektrik enerjisi kaybedilir ve bu akım ne kadar büyük olursa direnç o kadar ısınır. Bu olay, Direnç Güç Derecesi olarak bilinir.

Dirençler, değeri ve esas olarak boyutlarına göre güvenli bir şekilde dağıtabilecekleri watt ( W ) cinsinden verilen elektrik gücü ile derecelendirilir. Her direncin, genel olarak fiziksel boyutuna göre belirlenen bir maksimum güç derecesi vardır, yüzey alanı ne kadar büyük olursa, ortam havasına veya bir soğutucuya bağlıysa güvenli bir şekilde o kadar fazla güç dağıtabilir.

Bir direnç, kendisine herhangi bir zarar vermeden ne kadar gücü ısıya dönüştürebileceğini veya emebileceğini gösteren direnç güç derecesi ile “Yayan Güç Derecelendirmesi” aşılmadığı sürece herhangi bir voltaj (sebep dahilinde) ve akım kombinasyonunda kullanılabilir.

Dirençlerin güç derecesi, boyutuna, yapısına ve ortam çalışma sıcaklığına bağlı olarak bir watt’ın onda birinden daha azından yüzlerce watt’a kadar değişebilir. Çoğu direnç, +70 o C veya altındaki bir ortam sıcaklığı için verilen maksimum direnç gücüne sahiptir.

Elektrik gücü, enerjinin kullanıldığı veya tüketildiği (ısıya dönüştürüldüğü) zaman içindeki orandır. Standart elektrik gücü birimi Watt’tır , W sembolüdür ve bir direnç güç derecesi de Watt olarak verilmiştir. Diğer elektriksel büyüklüklerde olduğu gibi, çok büyük veya çok küçük miktarlarda direnç gücünü ifade ederken “Watt” kelimesine ön ekler eklenir. Bunlardan daha yaygın olanlarından bazıları şunlardır:

Elektrik Güç Üniteleri

BirimSembolDeğerKısaltma
miliwattmW1/1.000 watt10 -3 W
kilovatkW1.000 watt10 3 W
megavatMW1.000.000 watt10 6 W

Direnç Gücü (P)

Ohm Yasasından biliyoruz ki, bir dirençten bir akım geçtiğinde, güç ile ilgili bir ürün üreten bir voltaj düşer.

Başka bir deyişle, bir direnç, bir gerilime maruz kalması halinde, ya da bir akımı iletirse, o zaman her zaman elektrik gücünü tüketir.

Direnç Güç Üçgeni

Dirençlerde Güç ve Enerji
Direnç Güç Üçgeni
Dirençlerde Güç ve Enerji
Direnç Güç Üçgeni

Yukarıdaki güç üçgeni, üzerindeki voltajın değerlerini ve içinden akan akımı biliyorsak, bir dirençte harcanan gücü hesaplamak için harikadır. Ama aynı zamanda Ohm Yasasını kullanarak bir direnç tarafından harcanan gücü de hesaplayabiliriz.

Ohm kanunu, direncin direnç değeri verilen güç kaybını hesaplamamızı sağlar. Ohm Yasasını kullanarak, yalnızca ikisinin, voltaj, akım veya direncin değerlerini aşağıdaki gibi biliyorsak, direnç gücü için yukarıdaki ifadenin iki alternatif varyasyonunu elde etmek mümkündür:

[ P = V x I ] Güç = Volt x Amper

[ P = I 2  x R ] Güç = Akım 2   x Ohm

[ P = V 2  ÷ R ] Güç = Volt 2   ÷ Ohm

Bir DC devresindeki herhangi bir direncin elektriksel güç kaybı, aşağıdaki üç standart formülden biri kullanılarak hesaplanabilir:

Dirençlerde Güç ve Enerji
  • Burada:
  • V   , Volt cinsinden direnç üzerindeki voltajdır
  • I   Amper cinsinden direnç üzerinden akan akımdır
  • R   , Ohm (Ω) cinsinden direncin direncidir.

Dağıtılan direnç güç derecesi fiziksel boyutlarına bağlı olduğundan, 1/4 (0.250)W’lık bir direnç, 1W’lık bir dirençten fiziksel olarak daha küçüktür ve aynı omik değere sahip dirençler de farklı güç veya watt değerlerinde mevcuttur. Örneğin karbon dirençler genellikle 1/8 (0,125)W, 1/4 (0,250)W, 1/2 (0,5)W, 1W ve 2 Watt’lık watt değerlerinde yapılır.

Genel olarak konuşursak, fiziksel boyutları ne kadar büyük olursa, watt değeri de o kadar yüksek olur. Ancak, hesaplanan gücün iki veya daha fazla katını dağıtabilen belirli boyutta bir direnç seçmek her zaman daha iyidir. Daha yüksek watt değerine sahip dirençler gerektiğinde, aşırı ısıyı dağıtmak için genellikle tel sargılı dirençler kullanılır.

TipGüç derecesiİstikrar
Metal film3 Watt’ın altında çok düşükYüksek %1
Karbon5 Watt’ın altında düşükDüşük %20
Wirewound(Taş Direnç)500 Watt’a kadar yüksekYüksek %1

Güç Dirençleri

Wirewound(taş) güç dirençleri, daha önce gördüğümüz gibi standart daha küçük dirençlere benzemez. Soğutucu bir alüminyum gövde ile kaplı olan taş dirençler ihtiyaca göre, alüminyum, porselen gibi farklı tasarımlarda karşımıza gelebilir.

Dirençlerde Güç ve Enerji
Wirewound (Taş) Direnç

Taş dirençlerin direnç değeri, karbon veya metal film türlerine kıyasla çok düşüktür (düşük omik değerler). Bir güç direncinin direnç aralığı, 1Ω’den (R005) yalnızca 100kΩ’a kadar değişir, çünkü daha büyük direnç değerleri, kolayca arızalanabilecek ince ölçülü tel gerektirir.

Düşük omik, düşük güç değerli dirençler genellikle akım algılama uygulamaları için kullanılır, ohm kanunu kullanılarak direnç üzerinden akan akım, üzerinde bir voltaj düşüşüne neden olur.

Bu voltaj, devrede akan akımın değerini belirlemek için ölçülebilir. Bu tip direnç, test ölçüm ekipmanlarında ve kontrollü güç kaynaklarında kullanılır.

Daha büyük taş dirençler, bir porselen veya seramik çekirdek tipi şekillendirici üzerine sarılmış korozyona dayanıklı telden yapılır ve genellikle motor kontrolü, elektromıknatıs veya asansör/vinç kontrolü ve motor fren devrelerinde yüksek ani akımları dağıtmak için kullanılır.

Genellikle bu tip dirençler, 500 Watt’a kadar standart güç derecelerine sahiptir ve genellikle “direnç bankaları” olarak adlandırılan yapıları oluşturmak için birbirine bağlanır.

Wirewound güç dirençlerinin bir başka kullanışlı özelliği de elektrikli tost makinesi, ütüler vb. için ısıtma elemanları olarak kullanılmasıdır. Bu tip uygulamada, direncin watt değeri ısı üretmek için kullanılır ve alaşımlı direnç telinin türü kullanılır. Genellikle 1200 o C’ye kadar sıcaklıklara izin veren Nikel-Krom’dan (Nikrom) yapılır.

Karbon, metal film veya taş dirençler, maksimum güç (watt) değerlerini hesaplarken Ohm Yasasına uyar. Ayrıca, iki direnç paralel bağlandığında toplam güç oranlarının arttığını da belirtmekte fayda var. Her iki direnç de aynı değerde ve aynı güç değerindeyse, toplam güç değeri iki katına çıkar.

Dirençlerde Güç ve Enerji Soru Örneği 1

Terminalleri arasında 12 volt gerilim ve içinden 50 miliamper akım geçen sabit bir direncin watt cinsinden maksimum güç derecesi nedir?

Yukarıdaki voltaj ve akımın değerlerini bildiğimize göre, bu değerleri aşağıdaki denklemde değiştirebiliriz: P = V*I .

Dirençlerde Güç ve Enerji

Dirençlerde Güç ve Enerji Soru Örneği 2

0,5 Watt değerinde 1.8KΩ dirençten geçebilecek maksimum güvenli akımı hesaplayın.

Dirençlerde Güç ve Enerji

Tüm dirençler, kendisine zarar vermeden güvenle dağıtabilecekleri maksimum güç miktarı olan maksimum dağıtılan güç derecesine sahiptir. Maksimum güç derecelerini aşan dirençler, genellikle oldukça hızlı bir şekilde yanar ve bağlı oldukları devreye zarar verme eğilimindedir. Maksimum güç değerine yakın bir direnç kullanılacaksa, bir tür soğutucu veya soğutma gereklidir.

Direnç güç derecesi, belirli bir uygulama için bir direnç seçerken dikkate alınması gereken önemli bir parametredir. Bir direncin görevi, bir devreden geçen akım akışına direnmektir ve bunu istenmeyen gücü ısı olarak dağıtarak yapar. Yüksek güç kaybı beklendiğinde küçük bir watt değeri direncinin seçilmesi, direncin aşırı ısınmasına neden olarak hem direnci hem de devreyi tahrip eder.

Şimdiye kadar sabit bir DC kaynağına bağlı dirençleri düşündük, ancak Dirençler hakkında bir sonraki öğreticide, sinüzoidal bir AC kaynağına bağlı dirençlerin davranışına bakacağız ve voltajın, akımın ve dolayısıyla tüketilen gücün olduğunu göstereceğiz.