reaktans

• elektrikle ilgili derin bilgi sahibi olmayan birine reaktansın ne olduğunu anlatmaya çalışmak, insanın kendi kavrayışını ve sabrını test etmede kullanabileceği yetkin bir süreçtir.
  
  reaktansı başarı ile anlatabilmekte anahtar faktör, kapasitans, faz kayması, fazör gibi kamuya malolmamış kelimeleri en azından ilk aşamada kullanmaktan kaçınmak ve anlayıcının konuyu kavrayabileceğine ilişkin ümitsizliğini mümkün olduğunca minimumda tutmaya çalışmaktır. zaten sıkıntı da bahsi geçen kavramları anmadan reaktansın ne olduğunu anlatabilmenin zorluğunda, daha doğrusu reaktansı sadece yukarda anılan kavramlar cinsinden tanıyan anlatıcıların kavrayış eksikliğinde yatar.
  
  şimdi bak:
  
  direnç, bir maddenin içerisinden geçen elektrik akımına gösterdiği direnimi anlatır. hepimizin gayet iyi bildiği sürtünme direncin mekanik analoğu olarak düşünülebilir. aynı sürtünmenin hareket eden cismin enerjisinin bir kısmını ısıya çevirmesi gibi direnç de akmakta olan elektrik akımının taşıdığı enerjinin bir miktarının ısıya dönüşmesine neden olur.
  
  öte yandan bir cisim içerisinden akmakta olan elektrik akımından enerji çeken tek büyüklük direnç değildir. her akım, çevresinde kendi büyüklüğü ile orantılı bir manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alanı oluşturmak için gerekli enerjiyi de bizzat yine o akımın kendisi sağlar. mamafih direncin aksine manyetik alan sürekli enerji ihtiyacı içerisinde değildir; bir kere oluştuktan sonra kendisini meydana getiren akımda bir değişiklik olmadığı sürece varlığını aynı şekilde muhafaza eder. bu durumun mekanik analoğu olarak hareket eden bir cismin taşıdığı momentumu düşünebilirsiniz. bir nesneyi belirli bir sürate ulaştırmak için ilk anda o nesneye bir miktar enerji vermeniz gerekir. fakat sabit kütleli bu cismin hızını değiştirmeye çalışmadığınız sürece momentumunu korumak için ekstra bir enerji ihtiyacı olmayacaktır; sürtünmenin ısıya çevirdiği enerjiye denk bir enerji vererek sabit sürati koruyabilirsiniz.
  
  bir cismi bir kere hızlandırıp sonra da aynı hızı korumaya çalışırsanız o cisimle ilgili hız, enerji gibi büyüklükleri kolayca hesap edebilirsiniz. fakat ne zaman ki aynı cismi bir sağa bir sola sallamaya başlarsınız o zaman cismin kütlesi kaynaklı momentumun etkisi hesaplarda sorun olmaya başlar zira artık sürtünme dışında sürekli yön değiştirdiğiniz için değişen momentumun ihtiyaç duyduğı enerjiyi de karşılamanız gerekmektedir.
  
  aynı durum elektrik akımı için de geçerlidir. bir tele bir gerilim uygular ve bir akım akmasına sebep olursanız sorun yoktur; akım, gerilim kolayca hesaplanabilir. fakat ne zaman ki siz bu akımın yönünü ve büyüklüğünü sürekli değiştirmeye kalkarsınız o zaman sürekli oluşan ve yok olan ve sonra tekrar diğer yönde oluşan manyetik alanı da hesaba katmanız zaruri olur.
  
  işte reaktans da tam olarak budur. daha doğrusu endüktif reaktans budur. endüktif reaktans, yönü ve/veya büyüklüğü sürekli değişen akım dolayısıyla oluşan ve yok olan ve tekrar oluşan manyetik alanın devre parametlerine etkisinin adıdır. bir akımın oluşturduğu manyetik alan yoğunluğunun (akı) akımın değerine oranına endüktans denir. kapasitans ise gerilimin oluşturduğu elektrik alanla ilgilidir ve birim gerilim başına depo edilen elektrik yükü olarak tanımlanır. bu büyüklükler endüktif yahut kapasitif elemanların yapısal nitelikleridir. bu yapısal niteliklerin bir elektrik devresi içerisinde yarattıkları etki ise sırayla endüktif reaktans ve kapasitif reaktans olarak adlandırılır.
  
  aynı analojiyi devam ettirerek endüktans ve kapasitansın devreyi nasıl etkilediği de basitçe anlaşılabilir. misalen 10km/s hızla gitmekte olan bir araç olduğunu düşünün. bu aracı 100km/s hıza çıkartmak için şüphesiz bir net kuvvet uygulamanız gerekecektir. fakat siz kuvveti uygular uygulamaz cismin hızı 100km/s'a çıkmaz zira bu hızda oluşan sürtünme enerjilerinin yanında cismin bu hızda sahip olacağı momentumu da sağlamanız gerekmektedir. siz gerekli kuvveti uygular uygulamaz cisim itenilen hıza çıkmayacak, uygulanan kuvvetle cismin kazandığı hız arasında bir zaman farkı oluşacaktır. aynı durum elektrik için de geçerlidir. bir iletkenden akmakta olan akımı 10a'den 100a'e çıkartmak isterseniz, sadece direncin gerektirdiği enerjiyi değil fakat 100a'lik akımın oluşturacağı manyetik alanda depo edilecek enerjiyi de sağlamanız gerekir. manyetik alanın ilk anda meydana gelirken çektiği bu enerji, uygulanan gerilim ile akan akım arasında bir zaman farkı oluşmasına neden olur ki elektrikle muhatap insanlar bu zaman farkına faz farkı derler.
  
  son olarak reaktif güc'ün ne olduğuna ve aktif güçten farkına da değinerek bu uzun girişi noktalandırmak istiyorum. ilk başta da söylediğim gibi bir cismin direnci o cismin içerisinden akan akımın enerjisinin bir kısmını ısı enerjisine dönüştürmektedir. akımın oluşturduğu manyetik alan da ilk anda akımdan bir miktar enerji çekmektedir fakat bu enerji - başka işlerde kullanılmadığı sürece - tamamen geri alınabilir bir enerjidir. aynı durum enerjinin elektrik alanda depolandığı durumlar için de doğrudur. manyetik alan, kendisini oluşturan akım ortadan kalkınca depoladığı enerjiyi geri vererek yok olur. yani ilk başka manyetik alan oluşturmak için çekilen enerji sonradan manyetik alan içerisinde herhangi kayıp yaşamadan sisteme geri verilir. alınan ve tekrar geri verilen bu enerjiye reaktif enerji, reaktif enerjinin birim zamana bölümüne de reaktif güç adı verilir.
  
  unutmayalım, elektrik hepimizindir. elektriği koruyalım, korumayanları uyaralım.
• alternatif akımda bir tür direnç/rezistans olarak düşünülebilir. fakat tam da öyle değildir zira rezistans enerjiyi tüketen bir elemandır. fakat reaktans ile betimlediğimiz elektromanyetik karakterler (bobin ve kondansatör) elektrik enerjsini tüketmez. elektrik enerjisini geçici olarak depolarlar (bobin manyetik alanda, kondansatör elektrik alanda.).
  
  endüktif ve kapasitif reaktanslar matematiksel olarak şöyle tanımlanır:
  
  (t: zaman)
  
  1- endüktif reaktans
  ideal bobin üzerindeki gerilim düşümü (v);
  
  v=l*(di/dt)
  
  l: endüktans
  i: akım
  
  f alternatif akımın frekansı olmak üzere ve "w=2*pi*f" için bobin üzerinden akan akımın i=imax*sin(wt) gibi (imax sinüs fonksiyonunun tepe değeri olacaktır.) bir alternatif akım olduğunu düşünelim. bu durumda;
  
  v=imax*w*l*cos(wt)
  
  olur. (endüktif) reaktans ise xl=v/i (tıpkı direnç gibi) yani bobin üzerindeki gerilimin bobin üzerinden akan akıma oranı şeklinde tanımlanır. burada v'yi ve i'yi fazör^** olarak tanımlarsak;
  
  v=imax*w*l*(e^j90)
  i=imax*(e^j0)
  
  e: e sayısı
  j: karekök(-1)
  90: doksan derece
  0: sıfır derece
  
  olur. reaktans ise v/i ifadesinden;
  
  xl=w*l*(e^j90)=j*w*l
  
  olarak bulunur.
  
  2- kapasitif reaktans
  e, j, 90, 0, w ifadeleri bir önceki başlıkla aynı şekilde tanımlanmış olmak üzere, ideal bir kondansatör üzerinden akan akım (i);
  
  i=c*(dv/dt)
  
  c: kapasite
  v: gerilim
  
  benzer şekilde, kondansatör üzerindeki gerilimi (vmax tepe değer olmak üzere) v=vmax*cos(wt) gibi bir alternatif gerilim olarak düşünürsek;
  
  i=-vmax*w*c*sin(wt)
  
  olur. fazör dönüşümü tekrar kullanılırsa bu durumda kapasitif reaktans v/i'den;
  
  xc=-(1/(w*c))*e^j90=-j/(w*c)
  
  olarak bulunur.
• bunun ne olduğunu 4 yıllık fakülteyi bitirip hala tam olarak anlamamış çok ciddi sayıda elektrik mühendisi vardır. öğrenip test edecek sorular sorarsanız çoğunun sıçtığını görürsünüz. insan nasıl 4 yıl boyunca tespih gibi 4 işleme, matrise soktuğu büyüklüğü anlamaz? bence mükemmelliği burda anlamadan da kullanıp işinizi çok rahat halledebilirsiniz. zaten amacı da zor olan bir cebir faliyetini kompleks düzleme çekip kolaylaştırmak.
  
  ilk entryde çok güzel anlatılmış aslında fakat ben de anlatmayı denemek isterim.
  
  öncelikle fazör analizi nedir tam olarak anlamak gerekir.
  
  konuya şuradan gireyim. doğru akım dediğiniz şey adı gibi dosdoğru bir büyüklük. hesabı kitabı çok kolay. bilmem ne den geçen akım kaç amper dediğiniz de uçlarındaki potansiyel farkı biliyorsanız dirence böldüğünüzde akımı bulur çıkarsınız.
  
  fakat konu ac olduğunda işler değişiyor. çünkü her an değişen bir gerilim var. akım kaç amper dendiğinde siz ne zaman diye sormak zorundasınız. zira 50 hertz için saniyenin 50 de biri sürede 0 dan başlayıp bir değere kadar çıkıyor ve sonra tekrar 0 a inip aynı parabolü ters yönde çiziyor. o halde 0.001. saniyede farklı 1.37. saniyede farklı bir gerilim ve akımımız var.
  
  fakat bildiğimiz bir şey var: akım ve gerilim arasındaki kayma( bu kaymanın sebebi ilk entry de çok da güzel anlatılmış başka bir analoji yapmaycağım) örneğin 50 hertz frekansta gerilim 0 dan başlayıp 0.01 saniye sonra tekrar 0 a düşerken akım aynı noktaya 0.012. saniye de ulaşıyor. başlarken de biterken de 0.002 saniyelik bir gecikmesi var. bu fark devrede bir şey değişmezse değişmiyor. işte bizim aklımıza burada zeki bir fikir geliyor. biz akımı dönen bir vektör olarak ifade edersek gerilim de dönen bir vektör olarak ifade edilebilir. ve aralarındaki açı hiç bozulmadığı için biz onlar duruyormuş gibi aritmetik hesap yapabiliriz.
  
  vmax.sinwt şeklinde ki bir gerilim dalgasını xy düzlemine (fazör düzlemi) uzunluğu (genliği) vmax kadar olacak şekilde 0 derece açıyla çizelim ve orijin ekseninde dönmeye başlasın. ucunun y eksenin de ki izdüşümü 0 dan başlar 90 derecede v max a ulaşır, 180 derecede tekrar 0 olur 270 derece de -vmax olur 360 derece de yeniden 0. bu değerler arka arkaya işaretlenirse sinüs dalgasını çizecektir. akımımız 180 derece açıya 0.002 saniye sonra geliyor. bu bilgiyle aralarındaki açıyı pekala hesaplayabiliriz. 0.01 saniye 180 dereceyse 0.002 saniye 36 derecedir. akımımız gerilim 0 derece açıda olduğu an -36 dereceymiş yani başka bir deyişle 324 derece.
  
  işte zamanla değişen iki periyodik fonksiyonu iki vektöre çevirdiniz. şimdi bu iki vektörü birbirine bölün çarpın ve yeni vektörler elde edin. mesela gerilim vektörünü akım vektörüne bölün. elde edeceğiniz yeni vektör sizin empedans vektörünüzdür. bu örnekte vmax 100 volt imax da 20 a olsun. bölersek empedansımız 5 ohm ve gerilime göre açısı da +36 derece olacaktır. işte bu vekörün y eksenindeki izdüşümü reaktans olacaktır. o da tabi olarak 5.sin36 olacaktır. eğer bir t anındaki değer istenirse t anının hangi açıya denk geldiğine bakılarak kolayca değer elde edilebilir. sıkıldım yazmaktan. ez cümle ac devre analiz ederken ezberlediğiniz formüller aslında bu fazör dönüşümünden elde edilmiş kompleks sayı işlemleridir. tabi burada söylemeden geçmemek lazım burada lineer devre elemanları söz konusu. nonlineer devre elamanları işin içine girdiğinde akımla gerilim arasındaki fark da sürekli ve periyodik olarak değişiyor. ama onu da akım ve gerilim vektörünün ucuna kendi frekansında dönen birer vektör ekleyerek fazör diyagramına alabiliyoruz. (bkz: harmonikler)
  
  (bkz: fourier)
  (bkz: charles proteus steinmetz)
  
  not:hesaplarda yanlışlık olabilir entryi yazarken kafadan yazdım. manyağa bağlayıp hesaplayıp hatasını bulan olursa yazsın düzelteyim. kendim hayatta geri dönüp kontrol etmem.