Rezistansların verimi

[DonKişot]

Mekanik ve elektronik sistemlerde ısı kayıplarından ötürü verimin %100 olmyacağını biliyoruz.
Peki asıl işi ısı kaybetmek olan rezistansların verimi bu durumda %100 olmuyor mu?
Bu düşüncede bir mantıksızlık var ama nedir?

 

[Gokrtl]

Mekanik ve elektronik sistemlerde çıkan ısıya ihtiyacımız yok ama rezistanslardan tam olarak ısı bekleriz. Dolayısıyla birinde bekletimiz farklı iken diğerinde tam zıt yönde bekletimiz var.
Ayrıca mekanik ve elektronik sistemlerden kastınız nedir? Bu sisremlerdeki entegre, transistör vs. lerden 100% ısı kaybı beklemek yanlış olur. Zira bu sistemler ısı kaybına karşı soğutucularla desteklenmiştir. Ama bahsettiğiniz sistemden kastınız rezistans kullanan bir cihaz ise ondan da zaten 100% ısı kaybı bekleriz.
Anladığım kadarıyla yorum yaptım ama tamda kafamda oturtamadım sorunuzu.

 

[taydin]

Verim kavramı giren ve çıkan enerji türü aynı olduğunda mantıklıdır. Mesela SMPS'e elektrik enerjisi veriyoruz ve elektrik enerjisi alıyoruz. Senin örnek için verim hesabının yapılabilmesi için rezistansa ısı veriyor olmamız gerekirdi. O zaman X kadar ısı veriyoruz, Y kadar ısı alıyoruz, ve verim de şu kadar diyebiliriz. Rezistansa uygulanan elektrik enerjisinin gerçekten da %100 ü ısıya dönüşecek. Çok büyük bir bölümü rezistansın direncinden dolayı ısıya dönüşecek, çok az bir bölümü de manyetik, mekanik ve dielektrik kayıplar olacak ama bunlar da eninde sonunda ısı olarak kaybolacak. Ama burada verim hesabı mantıklı değil, çünkü giren elektrik enerjisi, çıkan ısı enerjisi.

Bu bakış açısı ile baktığın zaman çok daha abzürt sonuçlarla karşılaşırsın. Bir bardak benzin koyuyorsun arabaya, 80 kW enerji alıyorsun. O zaman benzin acayip verimli birşey. Veya atom bombasının verimi de gene çok fazla. 1 kg plutonyum koyuyorsun, koca şehri yerle bir ediyor.

 

[taydin]

Özetle, enerji çeşitlerinin birbirine dönüşümü zaten kayıpsız (%100) olmak zorunda, çünkü termodinamikte enerjinin korunumu kanunu var. Evrende belli bir enerji var ve bu ne artar ne azalır. Ama birbirlerine dönüşebilir.

Kayıpsız bir enerji dönüşümüne bir örnek:

Dünyaya 1000 km mesafede 10 kg lık bir bilya dünya'ya göre hareketsiz olarak bırakılıyor. O anda belli bir potansiyel enerjisi ve sıfır da kinetik enerjisi var. Sonra yer çekiminin etkisiyle dünya'ya doğru düşmeye başlıyor. Bu süreçte de potansiyel enerjisi azalıyor kinetik enerjisi artıyor. Ama toplam enerji değişmiyor, sadece enerji dönüşümü var. Bu kütle atmosferin içinde olsaydı da gene durum benzer olacaktı. Ama potansiyel enerji hem kinetik enerjiye dönüşecek hem de sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşecek. Toplam enerji gene değişmeyecek.

 

[yesilu]

bence verim dönüştürülmek istenen enerji biçimine dönüşebilen miktardır, motorda da elk.ği mekanik enerjiye dönüştürüyoruz, verimden bahsedebiliyoruz. bence rezistansların verimi %100 dür de denebilir, ısı enerjisine dönüştürme amaçlı aletler için verimden bahsedilmesi anlamsızdır da diyebiliriz, ikisi de doğru gibi duruyor.

 

[BetülCan]

Piyasada satılan rezistanslar arasında ısıtma açısından bir fark yok mudur yani? Pahalısı da var ucuzu da.

 

[taydin]

Piyasada satılan rezistanslar arasında ısıtma açısından bir fark yok mudur yani? Pahalısı da var ucuzu da.

Rezistanslı ısıtıcıların tamamı şebekeden çektikleri enerjinin %100 ünü ısıya çevirecektir. Yani iki markanın 2200W lık ısıtıcısını al, ikisi de 2200W elektrik enerjisini ısıya dönüştürecektir. Aradaki fark, elde edilen ısının ortama yayılma şekli (ışıma ile mi yayılıyor bir fan kullanarak mı yayılıyor), komfor özellikleri (uzaktan kumanda, zamanlayıcı, endüstriyel tasarım vs) ve kullanım ömrü.

Burada şu ayrımı yapmak lazım yalnız. Kuvars cam içinde rezistans telinden yapılan ısıtıcılar var. Bunların avantajı, infrarad ışıma sayesinde ısının çok hızlı bir şekilde hedefe ulaşması ve dolayısıyla hızlıca komfor sağlaması. Ama rezistansın ürettiği ısının sadece bir kısmı bu şekilde infrared olarak yayılıyor, o yüzden böyle rezistanslarda bir verimden bahsediliyor. Örneğin %60 veya neyse. Buradaki verim, ısının ne kadarlık bir yüzdesinin infrared ışıma olduğudur ve markalar/teknolojiye göre değişir. Ama şebekeden çekilen elektrik enerjisinin TAMAMI mutlaka ısıya dönüşecektir.

 

[ckocagil]

Elimizde tam 5 ohm olmak üzere 5 adet taş direncimiz var.
Dirençlerimiz sırasıyla 5W 10W 15W 20W ve 25W. Hepsi de birbiri ile seri bağlı.
Bu dirençlerin üzerinden tam 1A akım akıtıyoruz.
Hangi direnç daha fazla ısı üretir.?

Dirençlerin watt değeri harcayacakları gücü göstermez, erimeden harcayabilecekleri gücü gösterir. Harcayacakları gücü P = V²/R veya P = I².R formülü verir. Her iki formül için de direncin kaç ohm olduğunu bilmemiz gerekir. Akımın 1A olduğunu biliyoruz, direncimiz de 15 ohm diyelim, ikinci formülü uygularsak P = 1².15 = 15 Watt ısı yayacaktır. Seri dirençlerin her biri için bu formül uygulanabilir.

Düzeltme: Soruda 5 ohm dendiğini görmemişim. Cevap: her biri 1².5 = 5 Watt ısı yayar, hiçbiri erimez.

 

[DonKişot]

Elimizde tam 5 ohm olmak üzere 5 adet taş direncimiz var.
Dirençlerimiz sırasıyla 5W 10W 15W 20W ve 25W. Hepsi de birbiri ile seri bağlı.
Bu dirençlerin üzerinden tam 1A akım akıtıyoruz.
Hangi direnç daha fazla ısı üretir.?

Tüm elektrik enerjisi ısı enerjsine dönüşeçeğine göre, güç de aynı olduğuna göre hepsinde aynı ısı enerjisi açığa çıkar.
Fakat dirençlerin sıcaklığı ve ısı iletimi ayrı ayrı konular diye biliyorum.

 

[taydin]

Evet hepsinde aynı ısı enerjisi oluşur. Ama fiziksek yapı olarak 5W lık direnç daha küçük olacak ve dolayısıyla hava ile temas yüzeyi az olacak. Aynı şekilde 25W lık direnç fiziksel olarak büyük olacak ve dolayısıyla have ile temas yüzeyi fazla olacak. Bu nedenle 5W lık direnç üzerindeki ısıyı atmakta zorlanacak ve en fazla sıcaklığa, 25W lık direnç ise üzerindeki ısıyı daha kolay atabilecek ve en az sıcaklığa sahip olacaktır.

 

[ckocagil]

Direncin 5W ısı üretmesi bu ısıyı aynı hızla odaya iletmesi anlamına gelmez. Direnç önce kendini ısıtır, sonra da @taydin'ın dediği gibi yüzey alanı ile orantılı olarak odayı ısıtır. Malzemelerin ısıyı havaya iletmesine dissipation denir ve transistör datasheetlerinde yazar (o yazmıyorsa termal direnç mutlaka yazar). Eğer amacımız oda ısıtmaksa dirence bir heatsink takarak bu işlemi hızlandırabiliriz.

 

[taydin]

Direncin 5W ısı üretmesi bu ısıyı aynı hızla odaya iletmesi anlamına gelmez. Direnç önce kendini ısıtır, sonra da @taydin'ın dediği gibi yüzey alanı ile orantılı olarak odayı ısıtır. Malzemelerin ısıyı havaya iletmesine dissipation denir ve transistör datasheetlerinde yazar (o yazmıyorsa termal direnç mutlaka yazar). Eğer amacımız oda ısıtmaksa dirence bir heatsink takarak bu işlemi hızlandırabiliriz.

Aynen. Eğer 5W dirence büyük soğutucu, 25W dirence küçük soğutucu bağlarsak sıcaklıklarının aynı olmasını sağlayabiliriz.

Birçok kişi sıcaklık ile ısıyı birbirine karıştırıyor, bunlar farklı kavramlar.

 

[ckocagil]

5W lık direncin bölmesinde 10'C lik ısı artışı oluyorsa, 25Wlık direncin bulunduğu tecritli odada da aynı sıcaklık değerine ulaşılması gerekmektedir.

Odada 2 şey var: hava ve direnç. Eğer ikisinin ortalama sıcaklığından bahsediyorsak doğru. Hava sıcaklığından bahsediyorsak yanlış.

Bu durumda şu direnç şu kadar verimle çalışıyor, şu direncin verimi şu kadar denilemez.

Verimi biz bu konuda "dirençler aldıkları enerjinin ne kadarını ısı enerjisine dönüştürüyor" diye tanımlamıştık (benim çıkarımım). Bu tanıma göre cevap %100 olmalı.

Verilen örnekte 5W lık direnç 1A akım altında tecritli bölme içerisinde 50'C ye kadar ısınıyorsa, 10W lık direnç sıcaklığı belki de 40'C olacak nihayetinde 25W lık direnç ortam sıcaklığında kalacaktır.

Mantık doğru. Eğer biz verimi "etrafı ısıtma miktarı" şeklinde tanımlasaydık bu doğru bir itiraz olurdu. Burada tanım önemli.

Bir diğer husus ise sıcaklığın belli bir seviyeye gelmesi ile rezistansın ışık yaymaya başlamasıdır.
Az ya da çok bir rezistans ışık yayıyorsa verilen enerjinin hepsinin (%100 ünün) ısıya dönüştüğü iddia edilemez.

Doğru. Direnç açıktaysa çok çok küçük bir kısmı ışıma yapacaktır. Ama tecritli kutu örneğinde kutunun çeperlerine çarpıp yine ısıya dönüşecek.

Bu tartışma termodinamiğin olasılıksal oluşu ve kuantum seviyede enerjinin korunumuna kadar gidecek gibi hissediyorum

 

[serkan_48]

Tum dirençler ayni isiyi verecektir. Omaj belli gecen akim belli. Olusan isi belli. Direnclerin wattlari bunu etkilemez.

Kapali bir ortamda izole bir alana bu direncleri koydugumuzda ortam sicakliklarida hepsi ayni olsun. Mesela 10°C bu direnclere enerji verelim hepsine belirli bir sure verelim. Sure sonucunda hepsininde ulaşacağı son sicaklik esit olacaktir.

Bu veriler zaten test edilmis ve kabul gormus verilerdir.

Rezistanslarin verimi konusu ise giren elektrik enerjisi oldugu gibi isi enerjisine cevrilir. Cunku enerjilerin donup dolasip son bulacagi enerji turu isi enerjisidir. Yani rezistanslar %100 verimle elektrik enerjisini isi enerjisine donusturur.

Bir trafo verimi hesaplanirken manyetik kacaklar ve isil verimden bahsediliyor burada elektrik enerjisinin donustugu yan enerjilerden bahsediyoruz.

O zaman şu soruyu sorayim bir rezistansta yan enerji olarak hangi enerji cikiyor? Ki rezistansin verimi dusuk ciksin?

 

[taydin]

Sure sonucunda hepsininde ulaşacağı son sicaklik esit olacaktir.

Hepsinde aynı ısı enerjisinin açığa çıkacağı doğru ama son sıcaklık aynı olamaz.

Eğer aynı olursa o zaman 4W dirençte, 3W, 2W, 1W da da sıcaklık aynı olması lazım. Bu durumda yüksek waltı direnci kullanmaya gerek yok.

 

[serkan_48]

Abi aciga cikan enerji ayni yuzey sicakligi elbette farkli olacak cunku alanlari farkli.

Sonucta bizim 5 watt dedigimiz birim nedir 5 watt/saattir. Bu ne demek oluyor o direnc uzerinden 1 amper akinca 5 watt saatte enerji aciga cikiyor demek degilmi ve bu sure 1 saatte. Direncin DAYANABILECEGI maksimum guc watt cinsinden verilmesi aciga cikan enerjiyi degistirmezki?

Q birimi watt degil watt/saat tir. Bjnun alani ister 100 m2 olsun ister 1 cm2 olsun aciga cikan enerji sabittir o yuzden son sicaklik ta ( izole bir sistemden bahsediyorum) aynidir.

 

[serkan_48]

P=VxI degilmi?

Guc esittir voltaj carpi amper.

Eger dediginiz gibi olsaydi yani direncin wattinin yuksek olmasi uzerinden atılacak isiyi degistirseydi bu formulde watt inda etkisi olacakti. Ama formulde neden watt yok. Voltajla akim var?

 

[taydin]

Oluşacak ısı enerjisi tüm dirençlerde aynıdır ve elektriksel gücün bir sonucu, o konuda aynı şeyi söylüyoruz.

Ama 5W lık direncin üzerindeki bu ısı enerjisini atma yeteneği ile 25W lık direncin atma yeteneği aynı değil. O yüzden 5W lık direnç daha fazla ısınacaktır. Aşağıda Vishay'ın aluminyum güç dirençlerinin bir datasheet'i var:

Burada AH075 modeli için iki tane güç değeri verilmiş. Standart soğutucu takılı iken 75W. Soğutucu takılı değil iken 45W.

Bu ne demek? Soğutucu yokken 45V 1A akım verebiliyorsun. Eğer ısı değişmese, 75V 1A de verebilmen lazım. Ama veremiyorsun. 75V 1A vermek için SOĞUTUCU takman lazım, çünkü daha fazla ısınacak.

 

[taydin]

Yani aslında bir direncin gücü, üzerindeki ısı enerjisini atma yeteneği ile birebir bağlantılı. Yukarıdaki AH075 direncine çok daha büyük soğutucu bağla, 100W lık da olur. Hem büyük soğutucu hem de fanla soğutma yap, güç daha da artar. Ama o direnci soğutmanın belli bir pratik limiti olacaktır ve güç de belli bir değerin ötesine pratikte geçemeyecek, hangi tür soğutma teknolojisi kullanırsan kullan.

 

[serkan_48]

Cebri sogutma yapmak yada bir sogutucu metalle uzerinden atilan isiyi degistirmek direnc uzerinden atilan isiyi degistirmez yada direncin verimini degistirmez.

Benim dedigim bu.

Ayni seyi soyluyorum.

Kapali bir sisteme 5 wattlik 5 ohm bir direnc , bir digerine 100 wattlik 5 ohm vir direnc koyup ikisindende sabit 5 volt 1 amper akitiyoruz.

Sonuc ikiside ayni isiyi disari verir. Kapali sistemlerin giris sicakliklari esit ise cikis sicakliklarida esittir. DEGISMEZ.

Burada degisen tek sey alanin fqrkindan dolayi direnclerin yuzey sicakliklari degisir.