BİR DİRENÇTE YİTİRİLEN ENERJİ

Bir R direncinden I akımı geçtiğinde dönüşen enerjiyi göz önüne alalım. Akım a’dan b’ye akmakta olup, dirençteki potansiyel farkı V = V_a- V_b’dir. Bir dt zaman aralığında a noktasından b noktasına dq yük girer ve b noktasından dq yük çıkar. Hareket eden dq kadar yükün potansiyel farkı azalır ve bu nedenle elektriksel potansiyel enerjisi;

dU  = V_bdq - V_adq = - (V_a-V_b)dq =- Vdq

kadar azalır. Potansiyel akım yönünde azaldığından dU niceliği negatiftir. Enerjinin korunumu prensibi a’dan b’ye elektriksel potansiyeldeki azalmanın başka bir enerji türüne dönüşmesi zorunluluğunu gerektirir. Yük taşıyıcılarının zamanla potansiyel enerji kaybetme hızı - dU/dt olup, buna dirençte yitirilen güç (P_R) denir.  Bu gücü;

V = IR  eşitliğini kullanarak, P_R gücü R direnci cinsinden ifade edilebilir :

ya da

Bir emk kaynağının verdiği güç ise ;

olarak ifade edilir. Güç birimi Watt (W)’tır.

Bir dirençteki yük taşıyıcıların yitirdikleri enerji iç termal enerjiye gider ve direncin sıcaklığının yükselmesine neden olur. Direncin sıcaklığı ortamın sıcaklığından daha yüksek olduğu için dirençten çevreye ısı aktarılır. Kısaca elektrik enerjisi ısı olarak yitirilir. Bu etki Joule ısınması olarak adlandırılır. Bir aküde ya da pil gibi bir kaynakta yitirilen enerji ise kimyasal enerjiye aktarılır.

ÖRNEK : Bir elektrik ısıtıcısı toplam direnci 8 Ohm olan bir nikrom tele 120V potansiyel farkı uygulanarak yapılmıştır. Tel vasıtasıyla taşınan akımı ve ısıtıcının harcadığı gücü bulunuz.

V = IR olduğundan,  I = V/I = 120V/8 Ohm = 15A

Elde edilir. P = I²R eşitliği kullanılarak harcanan güç,

P = I²R = (15A)² x 8 W = 1.8 kW

ÖRNEK : Evlerin aydınlatmasında kullanılan elektrik ampulleri, üzerlerindeki potansiyel farkı 220V olduğunda harcadıkları P_R gücü ile nitelenirler (Yitirilen enerjinin bir kısmı görünür ışık olarak ortaya çıkar).  A) 220V’luk bir potansiyel farkında çalışan 75Watt’lık bir ampüldeki akım ne kadardır ? B) 220V’ta çalışan bu ampülün direnci ne kadardır ? C) Eğer bu ampül 24 saat sürekli yanarsa kW-saat cinsinde harcadığı enerji ne kadardır ?

A)  ise I = P_R/V = 75W/220V = 0.34A

B)  denkleminden R = V²/P_R = (220V)²/75W = 645W

C) P_R gücü zaman içinde sabit olduğundan bir t zaman aralığında harcanan güç; P_Rt olarak verilir :

P_Rt = (75W)(24sa) = 0.0075kWx24sa = 1.8kW.sa

kW.saat ücreti biliniyorsa bulunan değerle çarpılarak tutar hesaplanır.