Ana içeriğe geç

Faz farkı

Öğretim programları: Sek II

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Kondansatörde akım ile gerilim arasındaki faz farkını görmek.

Düzenek

Kaynak: sinüs, genlik 5 V, 100 Hz. Seri bağlı 10 µF'lık bir kondansatör ve 10 Ω'luk bir şönt; şönt üzerindeki gerilim akımla orantılıdır. Osiloskop: CH1 — kaynak (2 V/bölme), CH2 — şönt (0,1 V/bölme), DUAL modu, 2 ms/bölme.

İşlem basamakları

  1. İki sinüs dalgasının maksimumlarının konumlarını karşılaştırın.
  2. Zaman kaymasını ölçün ve dereceye çevirin: \(360^\circ \cdot \Delta t / T\).
  3. Osiloskop ekranındaki menüden X-Y modunu seçin.
Beklenen sonuç

Periyot 10 ms'dir — 5 bölme. Akım (CH2) gerilimden neredeyse çeyrek periyot öndedir — yaklaşık 2,4 ms, yani neredeyse 90°: devrede kapasitenin yanı sıra şönt ve kaynağın iç direnci de vardır. Şönt üzerindeki genlik yaklaşık 0,31 V'tur. X-Y modunda eksenleri neredeyse ızgara çizgileri doğrultusunda olan bir elips elde edersiniz.

Sorular

  1. Kondansatörde akım neden gerilimden öndedir?
  2. Kondansatörün yerine bir direnç konursa X-Y eğrisi nasıl görünür?
  3. Kondansatör yerine bir bobin kullanılırsa faz farkı nasıl değişir?
Cevaplar
  1. Akım, yükün levhalara akma hızıdır; gerilim ise yükle orantılıdır, \(U = Q / C\). Bu yüzden akım, gerilim en hızlı değiştiğinde, yani sıfırdan geçerken en büyüktür; gerilim tepe değerindeyken ve bir an için değişmeyi bıraktığında ise sıfırdır; dolayısıyla akım tepe değerine çeyrek periyot önce ulaşır: 100 Hz'de 2,5 ms. Düzenekte bu süre 2,4 ms'dir, çünkü \(X_C\) ≈ 159 Ω, 10 Ω'luk şönt ve kaynağın 0,5 Ω'luk iç direnciyle seri bağlıdır.
  2. Dirençte akım ve gerilim aynı fazdadır, bu yüzden elips daralarak merkezden geçen ve sağa doğru yükselen bir doğruya dönüşür. Doğrunun eğimi dirence ve kanalların ölçeklerine bağlıdır.
  3. Akım gerilimden geride kalırdı: CH2 maksimumları CH1 maksimumlarından çeyrek periyottan biraz daha kısa bir süre, yani neredeyse 90° sonra gelirdi. Bobinde öz indüksiyon EMK'si akımın değişimine karşı koyar, bu yüzden akım tepe değerine ancak gerilim kendi tepe değerini geçtikten sonra ulaşır; sargı direnci, şönt ve iç direnç açıyı 90°'nin altında tutar.