[Fizik] Elektrik Nedir? | Elektriğin Tarihçesi – Temel Kavramlar – Elektrik Akımı – Devresi – Elektrik Çeşitleri – Elektrik Ölçü Biriml..

Elektrik

Eski Yunanlı düşünür Miletli Thales İÖ yaklaşık 600 yılında, bir kürk parçasına sürtülen kehribarın saman çöpü. kuş tüyü gibi hafif cisimleri çektiğini bulmuştu. (Bir dolmakalemi kumaş ya da ipek parçasına sürterek siz de aynı deneyi yapabilirsiniz; dolmakalem küçük kâğıt parçalarını çekecektir.) Bu nedenle, birçok dile yerleşmiş olan elektrik terimi “amber” anlamındaki Yunanca elektron sözcüğünden türetilmiştir.

Sürtünmeyle Elektriklenme

Kehribarı ya da dolmakalemi kumaşa sürttüğümüzde bu cisimlere elektrik yüklemiş oluruz. Sürtünmeyle elektriklenen bu cisimler çok hafif nesneleri çeker; ama aynı yöntemle elektrik yüklenmiş iki cisim birbirini iter. Elektrik yükünün ölçülmesinde kullanılan elektroskopun yapımında da bu olgudan yararlanılmıştır. Bir cisim sürtünmeyle çok fazla elektrik yüklenmişse, cisimden çevreye doğru elektrik yüklü çok küçük parçacıklar yayılır. Elektrik çarpmasının ve sıçrayan kıvılcımların nedeni de elektron denen bu parçacıklardır. Gerçekten de elektrik yüklü cisimden sıçrayan milyonlarca elektronun havada çizdiği yolu kıvılcım dediğimiz ışıltılı bir çizgi olarak görürüz.

Bu elektrik yükü boşalmasının kıvılcım ve elektrik çarpması biçiminde gözlemlenen etkilerine doğadaki elektrik olaylarında da rastlanır. Örneğin şimşek dev bir kıvılcımdan başka bir şey değildir ve bilindiği kadarıyla, fırtına bulutlarındaki güçlü hava akımlarının etkisiyle sürüklenerek çarpışan küçük buz tanecikleri ile su damlacıklarının birbirine sürtünmesinden ileri gelir.
Şimşek olağanüstü enerji yüklüdür ama bu enerjiden yararlanmanın yolu henüz bulunamamıştır. Üstelik, şimşeğin ve sürtünmeyle elektrik üreten makinelerin en önemli eksikliği, elektrikli alet ya da makineleri çalıştırmak için gerekli olan kesintisiz ve düzenli elektrik akımını sağlayamamalandır. Gerçekten de, elektrikten bu amaçla yararlanabilmek için, elektronların kıvılcımda olduğu gibi düzensiz sıçramalarla değil, bir borudan akan su gibi kesintisiz bir elektrik akımı halinde akması gerekir.

İletkenler ve Yalıtkanlar

Elektrik akımı bazı maddelerin içinden daha kolay akar. Elektrik akımının geçişine fazla direnç göstermeyen ya da tam terimiyle direnci düşük olan bu tür maddelere iletken denir. Metallerin birçoğu ve tuzlu su iletken maddelerdir. Elektrik akımının kolayca akmadığı, direnci yüksek maddelere de yalıtkan denir; lastik, cam, plastik maddelerin çoğu ve kuru hava yalıtkandır. Musluklara gelen su nasıl borularla taşınıyorsa, elektrik akımı da dışı plastikle yalıtılmış bakır tel ya da kablolarla kullanım yerine iletilir (bak. kablo). Kalın bir borudan daha bol su akması gibi kalın bir kablodan da daha çok elektrik akımı geçer; oysa direnci yüksek olan ince bir tel elektrik akımını daha az iletir.

Elektriğin Kullanımı ve Etkileri

Elektrik, aydınlatmadan ısıtmaya, alet ve makinelerin çalıştırılmasından elektrikli taşıtlar ve bütün elektronik donanımlar için gerekli enerjinin sağlanmasına kadar yaşantımızda son derece önemli bir rol oynar. Bunun dışında elektriğin günlük yaşamda pek farkına varılmayan çok önemli etkileri vardır.Bunlardan biri de elektroliz denen kimyasal etkidir. İletken bir sıvıdan, örneğin tuzlu sudan elektrik akımı geçirildiğinde, bu akım suyu ayrıştırarak hidrojen ve oksijen gazlarını açığa çıkarır.

Elektrik akımının bir başka etkisi de içinden geçtiği metal telleri ısıtmasıdır. Gerçekten de, direnci yeterince yüksek olan metal bir tel (bu tür tellere “direnç” ya da “rezistans” denir) içinden geçen elektrik akımının etkisiyle ısınarak kızıl kor duruma gelir ve çevresine ısı yayar. Elektriğin bu ısıtma etki-v/’nden elektrikli fırınlarda, sobalarda, ütülerde ve ısıtıcılarda yararlanılır. Elektrik ampullerinin çalışma ilkesi de aynıdır; ampulün içinde bulunan incecik bir tel (filaman) içinden elektrik akımı geçtiğinde akkor hale gelerek ışık yayar. Bu tür olaylarda, akımın şiddeti ne kadar fazla ve metalin akıma karşı direnci ne kadar büyükse, açığa çıkan ısı da o kadar fazladır.

Elektrik akımının üçüncü etkisi, Danimarkalı fizikçi Hans Christian Örsted’in \820’de bir rastlantı sonucunda bulduğu magnetik etki’dir. Bilindiği gibi bir pusulanın mıknatıslanmış iğnesi her zaman kuzey-güney doğrultusunu gösterir.Örsted, içinden elektrik akımı geçen bir teli bir pusulaya yaklaştırdığında iğnenin bu doğrultudan saptığını gözlemlemişti. Fransız bilim adamı Andre-Marie Ampere, Örsted’in bu gözlemini duyduktan çok kısa bir süre sonra elektrik ile magnetizma arasındaki ilişkinin yasalarını ortaya koydu.

Bir kalemin çevresine tel sarılarak hazırlanan bir bobinden (tel sargısından) elektrik akımı geçirildiğinde bu bobin mıknatıs özelliği kazanır. Bobinin ortasına demir bir çubuk yerleştirildiğinde mıknatıslık özelliği daha da artar. Bu ilkeye dayanan elektromıknatıslar sanayide ağır çelik parçaların kaldırılmasında ve telefon alıcılarının kulaklığında kullanılır. Ama elektromıknatısların belki de en önemli kullanım alanı transformatörlerin, elektrik motorlarının ve dinamoların yapımıdır.

Elektrik Üretimi

Kesintisiz ve düzenli elektrik akımı elde etmeyi başaran ilk bilim adamı, 1800’de elektrik pilini bulan Alessandro Volta’dır. En basit biçimiyle bir pil, aralarında tuzlu bir sıvı ya da bir asit bulunan iki metal levhadan oluşur. İki değişik metalden yapılan bu levhalar bir telle birbirine bağlandığında telden elektrik akımı akmaya başlar Birbirine bağlanmış birkaç pilden oluşan elektrik bataryaları kapı zillerinde, el fenerlerinde, el radyolarında ve fazla akım tüketmeyen birçok alette elektrik kaynağı olarak kullanılır.

Bir başka elektrik kaynağı da akümülatör-lerdir. Ne var ki, akümülatörler elektrik üretmez; yalnızca kimyasal enerji biçiminde depolamış olduğu elektriği akım halinde geri verebilir. En önemli elektrik üreteçlerinden biri de dinamolardır. Örsted, mıknatıslanmış bir iğnenin, hemen yakınındaki bir telden geçen elektrik akımının etkisiyle saptığını göstermişti. 1831’de İngiliz bilim adamı Mic-hael Faraday bu olayın tersinin de geçerli olduğunu ortaya koydu; bir bobinin yakınında hareket ettirilen bir mıknatıs bobinde bir elektrik akımı yaratıyordu.

Elektrik Devreleri

Elektrik akımı ancak kesintisiz bir yol ya da hat üzerinden sürekli olarak akabilir; bu yolun da elektriği kolayca ileten bir maddeden yapılmış olması gerekir. Elektrik akımının sürekli akıp gittiği bu yola devre denir. Devre herhangi bir yerinden kopar ya da bir noktada kesintiye uğrarsa elektrik akımının akışı da kesilir. Elektriğin akışını istendiği zaman durdurup, istendiği zaman yeniden başlatmanın en basit yolu, teli bir yerden keserek o noktaya bir anahtar yerleştirmektir. (Gene suyun borudaki akışına benzetecek olursak, devredeki bu anahtar muslukla aynı işlevi görür.) Bir elektrik devresinin tamamlanması için, devrenin pil ya da dinamo gibi bir üreteçten başlayıp gene o üreteçte sonlan-ması gerekir. Bunun için pillerde, devrenin birinden başlayıp öbüründe sona erdiği iki ayrı kutup, dinamolarda da iki ayrı uç vardır. Çizimde gösterilen en basit devrede akım pilin bir kutbundan çıkar, bütün devreyi dolaşarak araya yerleştirilmiş olan lambayı yakar ve pilin öbür kutbuna döner.

Bir an için pili, devreye akım basan bir pompaya benzetelim; pompa ne kadar güçlüyse devreden de o kadar çok akım geçecektir. Bir başka deyişle, devredeki akım miktarı bu akıma uygulanan itme kuvvetine ya da basınca bağlıdır. Alman bilim adamı Georg Ohm’un 1827’de saptadığı yasaya göre, pilin basıncının devrenin direncine bölünmesi o devreden geçen akımı verir. Bu yasa öylesine basitti ki yıllarca kimse bunun doğru olabileceğine inanmadı. Elektrik basıncına elektrik gerilimi ya da voltaj denir. Ölçü birimi volt olan gerilimin bir adı da elektromotor kuvvettir (EMK); çünkü yukarıda da gördüğümüz gibi bu basınç ya da gerilim, akımı devre boyunca iten kuvvetten doğar. Evlerde kullanılan elektriğin gerilimi ülkeden ülkeye değişir; örneğin birçok Avrupa ülkesinde ve ABD’de genellikle 110 volt, Türkiye’de ise 220 volttur. Atölye ve fabrikalarda daha yüksek gerilimli elektrik akımı kullanılır. Oysa radyo, fotoğraf makinesi, flaş ve el feneri gibi aygıtlarda kullanılan pillerin elektrik gerilimi ancak 1,5 ile 4,5 volt ara’sındadır. Elektrik akımının bir devredeki akış hızı, daha doğrusu devreden birim zamanda geçen akım miktarı amper cinsinden, devrenin bu akıma karşı gösterdiği direnç ise ohm (om) cinsinden ölçülür. Elektrik gerilimini V, akımı I, devrenin direncini de R harfleriyle gösterirsek, bu değerler arasındaki bağıntıyı veren Ohm yasasını şöyle yazabiliriz:

1= ya da V=IxR. R ‘

Sigortalar

Evimizde 220 voltluk elektrik akımıyla beslenen 1.000 ohm direncinde bir elektrik ampulünün olduğunu varsayalım; bu durumda ampule gelen tellerden geçen elektrik akımı 220/1.000, yani 0,22 amper değerinde olacaktır. Eğer birisi ampulü duyundan çıkarıp onun yerine çok iletken bir maddeden, örneğin bir bakır ve çinko alaşımı olan pirinçten yapılmış küçük bir çubuk yerleştirirse (aslında bu çok tehlikeli bir harekettir ve insan elektrik çarpmasından ölebilir), devrenin direnci 1 ohm’a, hatta belki daha da altına düşecek ve böylece akım 220 ampere yükselecektir. Ampulün duyuna ulaşan incecik teller bu kadar çok akımı taşıyamayacağı için iyice ısınarak kızacak, belki de yangın tehlikesi yaratacaktır. Böyle bir tehlikeyi önlemek için, eve elektrik taşıyan ana kablo ile odalara dağılan ince

kabloların arasına birer sigorta yerleştirilir. Sigortaların içinde, ısı karşısında hemen eriyen bir metalden yapılmış kısa bir tel vardır. Yukarıdaki gibi bir tehlike söz konusu olduğunda, yani elektrik akımı kısa devre yaptığında sigorta teli hemen eriyerek kopar ve ampule giden tellerin kızmasına zaman bırakmadan akımı keser. Bugün konutlarda ve işyerlerinde daha çok otomatik sigortalar kullanılır: bunlar, akım miktarı belirli bir değerin üstüne çıktığında devreden geçen akımı otomatik olarak kesen birer devre anahtarı gibidir.

Doğru Akım ve Alternatif Akım

Hep aynı yönde akan elektrik akımına doğru akım denir. Piller birer doğru akım üretecidir; ağır iş makinelerinin elektrik motorları da doğru akımla çalışır. Buna karşılık evlerde ve işyerlerinde kullandığımız elektrik akımı alternatif ya da değişken akıniûu. Düzenli aralıklarla yönünü değiştirerek önce bir yöne, sonra ters yöne akan bu akımın sürekli kırpışan bir ışık vereceği düşünülebilir. Ama akış yönündeki değişiklikler o kadar hızlıdır ki (saniyede 100 kez) bu kırpışmalar fark edilmez bile. Alternatif akımın en büyük üstünlüğü çok uzak mesafelere çok az bir kayıpla iletilebilmesidir.

DİKKAT! Elektrik son derece tehlikelidir. Çevrenizdeki küçük çocukları elektrik telleriyle, prizleriyle ve elektrikli aletlerle oynamamaları için her zaman uyarmalısınız.

Elektrik Enerjisi

Elektrik enerjisinin kullanıldığı alanlar neredeyse sayılamayacak kadar çoktur. Evlerimizi aydınlatmak, televizyon, elektrikli süpürge, çamaşır makinesi gibi ev aletlerini çalıştırmak, hatta yemek pişirmek ve odalarımızı ısıtmak için elektrik enerjisinden yararlanırız. Fabrika ve işyerlerindeki makineler ile bilgisayarlar da elektrikle çalışır. Telefon, radyo ve televizyon yayınları gibi iletişim sistemleri için gerekli olan enerji gene elektrikten sağlanır. Motorlu ta-şıtlardaki ateşleme sistemini ve marş motorunu besleyen enerji kaynağı da akümülatörde depolanmış olan elektriktir. Öte yandan elektrikli trenler ve elektrikli otomobiller gibi bazı taşıtlar tümüyle elektrik enerjisiyle yol alır.

Kısacası çağdaş yaşamın en yaygın enerji kaynaklarından biri olan elektrik, üreteç ya da jeneratör denen çeşitli makinelerle üretilir. Toplu yerleşme yerlerinden uzaktaki bazı kır ya da çiftlik evlerinde, yalnızca o evii; elektrik gereksinimini karşılayabilen ve benzin ya da dizel motoruyla çalışan küçük üreteçler bulunur. Köy ve kasaba gibi bazı küçük yerleşmelerin elektriği de bu tip üreteçlerle sağlanır. Ama sanayileşmiş ülkelerin çoğunda konutların, işyerlerinin ve sanayinin inanılmaz boyutlardaki enerji gereksinimini karşılamak üzere çok büyük elektrik santralları kurulmuştur. Bu santrallarda, alternatif akım üreten dev üreteçleri ya da alternatörleri çalıştırabilmek için bir motora ya da bir türbine gerek vardır. Bu motor ya da türbinler de gene bir enerji kaynağından beslenir.

Örneğin türbinler buharla, su enerjisiyle ya da uçak motorlarında olduğu gibi sıcak gazlarla çalıştırılır. Buhar türbinleri için gerekli buharı üretmek üzere, buhar kazanlarında genellikle kömür, akaryakıt ya da doğal gaz yakılır; bazen de bir nükleer reaktörden gelen sıcak gazlar kazanıniçinden geçirilerek gerekli ısı sağlanır. Elektrik akımı evlerimizdeki lambalara, ısıtıcılara ya da elektrikle çalışan çeşitli alet ve makinelere ulaşıncaya kadar çeşitli aşamalardan geçer. Bu aşamaların ilk adımı, doğal kaynaklardan sağlanan bir enerji biçimini elektrik enerjisine dönüştürmek, yani elektrik üretmektir. İkinci adım, elektriğin akışını denetleyen ve gerektiğinde akımı kesebilen bir şalterden geçirerek elektriği bir transformatöre göndermektir .

Bu düzenek, elektriğin basıncını, yani gerilimini (voltajını) yükselterek enerji iletim hatlarıyla çok uzak mesafelere taşınabilmesini sağlar. Enerji iletim hatlarını ya da yüksek gerilim hatlarını oluşturan oldukça ince kablolarla büyük miktarda elektriğin çok uzak mesafelere taşınabilmesi ancak yüksek gerilim altında olanaklıdır. Bu iletim hatları, genellikle daha dayanıklı olması için çelik bir telin çevresine halat gibi sarılmış alüminyum iletkenlerden yapılır ve belirli aralıklarla dikilmiş çelik kulelerin (pilonların) arasına gerilir. Elektriğin toprağa akarak boşa gitmesini ya da yakından geçenleri çarpmasını önlemek için, kablolar porselenden yapılmış yalıtkan başlıkların (izolatör) üzerinden geçirilerek pitonlara oturtulur. Bu iletim hatları ile pilonlar, bir ülkenin dört bir yanına dağılan enerji ağının temelidir.

Çok yüksek gerilimli (bazı hatlarda 400.000 volta kadar) elektrik taşıyan bu pilonların yüksekliği bazen 50 metreyi bulduğu için, birçok kişi doğanın ya da kentlerin görüntüsünü çirkinleştirdiği gerekçesiyle havai iletim hatlarına ve çelik kulelere karşıdır. Aslında aynı miktarda enerji yeraltına döşenen yüksek gerilim kablolarıyla da taşınabilir; ama bu kabloların döşenmesi son derece masraflıdır ve yatırım-bakım giderleri havai hatlardaki-nin belki 16 katını bulur.
Gerilimi yükseltilen elektrik kolayca taşınabilir, ama bu gerilimle kullanılması olanaksızdır. Bu nedenle, enerjinin kullanılacağı bölgenin yakınında bu kez gerilimi düşürmek için ikinci bir transformatör ya da kısaca trafo istasyonu kurmak gerekir. Bu istasyonda transformatörlerden başka şalterler ve tüketicilere verilecek enerjiyi ölçmeye yarayan sayaçlar bulunur. Gerilimi örneğin 11.000 volta düşürülerek bu istasyondan çıkan elektrik kırsal kesimde gene havai hatlarla, kentlerde ise yeraltına döşenen yalıtılmış kablolarla tüketicilere dağıtılır. Evlere, işyerlerine, dükkân ve mağazalara verilmeden önce, geriliminin uygun bir düzeye düşürülebilmesi ve gerektiğinde kesilebilmesi için elektriğin son bir trafo-şalter biriminden daha geçirilmesi gerekir. Bu tür kullanım yerleri için saptanan gerilimin değeri birçok Avrupa ülkesinde ve ABD’de 110 volt, Türkiye’de 220 volttur. Elektrik bağlanan her yapının girişinde bir ana şalter, kaç birim elektrik tüketildiğini gösteren bir sayaç ve elektrik tellerinin taşıyamayacağı kadar büyük akım geçtiği anda elektriği kesen sigortalar bulunur.

Elektrik Santralları

İki tip elektrik santralı vardır: Elektrik üretmek için ısı enerjisinde yararlanan termik santrallar ile su enerjisinden yararlanan hidroelektrik santrallar. Başka bir deyişle, termik santrallarda ısı, hidroelektrik santrallarda ise su enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Büyük termik santrallardaki üreteçleri çalıştırmak için genellikle buhar türbinleri kullanılır. Ama bazı küçük santrallarda ve buhar türbinlerini soğutmaya yetecek kadar bol su bulunmayan yerlerde, buhar türbini yerine dizel motorları ya da fazla su gerektirmeyen gaz türbinleri kullanılabilir.

Termik santralların çoğunda, türbinleri çalıştırmak için gerekli olan buhar, kömür, akaryakıt, turba kömürü, doğal gaz, hatta odun gibi yakıtların ya da katı artıkların yakılmasıyla üretilir. Bu santrallarda yakıtın depolanması ve kazanlara beslenmesi, ayrıca odun ve kömürlü buhar kazanlarında biriken küllerin boşaltılması için çok büyük yapılara ve makinelere gerek vardır; üstelik buharı yoğunlaştırmak için çok bol miktarda su gerekir. Denize, büyük bir ırmağa, bir akarsuyun ağzına ya da büyük bir göle yakın olmayan santrallarda kullanılacak suyu soğutmak için genellikle betondan büyük soğutma kuleleri yapılır. Kömürle, petrol türevi akaryakıtlarla ya da doğal gazla buhar üreten en modern termik santrallarda bile yakıtın sağladığı bütün ısı enerjisinden yararlanma olanağı yoktur; bu enerjinin ancak üçte biri ya da biraz fazlası elektrik enerjisine dönüştürülebilir.

Nükleer enerji santrallarında ise, bir reaktörün içinden geçirilerek çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılan gazlar buradan buhar kazanlarına gönderilir ve türbinler için gerekli olan buhar üretilir. Bu tip santralların “yakıtı” uranyumdur, ama uygulanan yöntem kuşkusuz kömür yakmaktan çok farklıdır. Ayrıca dünyanın birkaç yerinde, yeraltından çıkan doğal buharla çalışan elektrik santralları kurulmuştur

Hidroelektrik santrallardaki su türbinleri, hızlı akışlı büyük akarsuların ya da dağların tepesindeki göllerin suyunu çok geniş borularla yüksekten akıtarak çalıştırılır. Suyun bedava olmasına karşılık hidroelektrik santralların yapımı son derece pahalıdır; çünkü türbinleri çalıştırabilmek için suyu bir gölette toplamak, bunun için de göllerin ya da akarsuların önüne baraj kurmak gerekir. Hidroelektrik santralların başka bir güçlüğü de barajı su akışının en uygun olduğu yere kurma zorunluluğudur; bu noktanın yerleşme yerlerinden çok uzakta olması doğal olarak elektrik üretiminin giderlerini artırır. Fransa, denizlerdeki gelgit olaylarından yararlanarak hidroelektrik enerji üreten ender ülkelerden biridir.

Elektrik üreteçlerini çalıştırmak için rüzgâr enerjisinden de yararlanılabilir. Ama, kabaca yeldeğirmenlerine benzeyen bu santraHar hem az miktarda elektrik üretebilir, hem de rüzgârın sürekli esmesi gibi bir güvence söz konusu olamaz. Buna karşılık güneş enerjisi, çağımızda elektrik enerjisinin temel kaynaklarından biri olarak günlük yaşamdaki yerini almıştır .
Günlük kullanımda, elektrik enerjisi birimi kilovvatt/saattir; bu birim, 1 kilovvatt gücündeki bir aygıtın bir saatte tükettiği elektrik miktarı olarak tanımlanır. Örneğin 100 watt gücündeki bir elektrik ampulü 10 saat sürekli yandığında 1 birim (1 kilowatt/saat), 1 kilovvatt gücündeki bir ısıtıcı ise aynı süre içinde 10 birim (10 kilovvatt/saat) enerji tüketir. SI kısaltmasıyla bilinen Uluslararası Birimler Sistemi’nde ise enerji birimi “joule”dür ve 1 kilovvatt/saat 3,6 megajoule’e eşittir.

Elektrik Akımı Nedir ? – Elektrik Devresi ve Gerilim – Pilin Çalışması konusu için lütfen aşağıdaki linki tıklayınız.

Elektrik Akımı Nedir ? – Elektrik Devresi ve Gerilim – Pilin Çalışması

Kaynak: Kadim Dostlar ™ Forum

Bu içerik 09.02.2010 tarihinde Hale tarafından, Fizik - Kimya - Biyoloji Konu Anlatımları bölümünde paylaşılmıştır ve 2000 kez okunmuştur. Bu içeriğin devamında incelemek isteyebileceğiniz 3 adet mesaj daha bulunmaktadır.

[Fizik] Elektrik Nedir? | Elektriğin Tarihçesi - Temel Kavramlar - Elektrik Akımı – Devresi – Elektrik Çeşitleri – Elektrik Ölçü Birimleri – Elektrik Enerjisi – Üretimi - Devreleri orjinal içeriğine ulaşmak için tıklayın ...