Gökyüzünü şimşeklerle, odalarımızı ise lambalarla aydınlatan elektriğin kaynağı, atom denilen maddenin temel yapı taşıdır. Atomun alt tanecikleri olan protonlar ve nötronlar atomun çekirdeğinde bulunurken, çekirdeğin çevresinde sürekli büyük bir hızla hareket eden elektronlar bulunur. Atomun elektriksel olarak nötr kısmı olan nötronlar dışında, protonlar pozitif yüklüdür ve elektronlar negatif yüklüdür.Zıt yükler birbirini çektiğinden, elektronlar çekirdeğin etrafında döner, ancak bir atomdan diğerine de hareket edebilirler. Protonlar ve elektronlar arasındaki bu etkileşim elektrik üretir ve “elektron akışı” olarak da adlandırılabilir.
sabit
Statik yük, bir elektronun negatif yüklü bir nesneden pozitif yüklü bir nesneye aktarılmasıdır. Akım yerine yük olarak adlandırılmasının nedeni, elektron akışının olmamasıdır. İletken olmayan malzemeler (plastik, kauçuk, cam) birbirine sürtündüğünde, genellikle bir elektron transferi olur. Bu transfer, iki malzeme arasındaki yükte bir dengesizlik ile sonuçlanır.
Bu, bir balon, küçük bir kağıt parçası ve bir parça yün kumaşla yapılan bir deneyde açıkça görülebilir. Balon yaprakların üzerine geldiğinde gözle görülür bir hareket olmaz. Aynı balon yünlü kumaşa bir süre sürülüp yapraklara yaklaştırıldığında balonun içine kağıt parçaları çekilir ve yapıştırılır. Deneyin başında balon ve kağıt parçaları arasında itme veya çekme hareketi yoktur çünkü balon ve kağıt parçalarına binen yükler dengelidir.
Balon yünlü kumaşa sürtündüğünde, iki yüzey arasındaki sürtünme termal enerji üretir. Balonun içindeki ısıtma, negatif yüklü elektronların daha serbest hareket etmesine neden olur ve bazı elektronlar yünden balona geçtiği için yünün negatif yükü daha az, balonun negatif yükü daha fazladır. Balon tekrar kağıt parçalarına yaklaştığında, negatif yüklü balon ve pozitif yüklü kağıt birbirini çeker.
elektrifikasyon
Yukarıdaki balon örneğinde görüldüğü gibi elektriğe neden olan yükler negatif (-) ve pozitif (+) yükler olup, cisimlerin birbirini itmesi veya çekmesi elektrik ile açıklanır.
Temas elektriği ve etki elektriği olmak üzere iki tür elektrik vardır: temas elektriği sürtünme ve dokunma yoluyla oluşur.
Sürtme elektrifikasyonunda, örneğin, nötr ebonit bir çubuk yünlü bir kumaşa sürtüldüğünde, çubuk yünden negatif bir yük alarak negatif yüklenirken, yün negatif bir yük kaybettiği için pozitif olarak yüklenir. Aynı deney nötr bir cam çubukla yapıldığında, cam çubuktan kumaşa negatif bir yük aktarılır ve cam çubuk pozitif bir yük ile yüklenir. Her iki denemede de nesneler birbirleriyle tekrar temas ettirilirse nötr hale gelirler. Teslim edilen yük, alınan yüke eşittir.
Dokunma ile elektrifikasyonda, elektrik yüklü bir nesne nötr bir nesneye dokunduğunda, yükünün bir kısmını nötr nesneye aktarır ve o nesne elektriksel olarak yüklenir. Nötr cisimle temas halindeki cisim negatif yüklüyse, her ikisi de negatif yüklü olacaktır. Nötr cisimle temas halindeki cisim pozitif yüklüyse, nötr cisimden pozitif yüklü cisme bir miktar negatif yük aktarımı olacak ve her ikisinin de pozitif yüklü olmasına neden olacaktır. Her iki nesne de pozitif ve negatif olarak eşit yüklüyse, her ikisi de nötr olma eğilimindedir. Birbiriyle temas halinde olan cisimler zıt yüklerle yüklenmezler. Hem nötr, hem pozitif hem de negatif olabilir. Negatif yükler her zaman hareket halindedir, pozitif yükler ise hareket etmez.
Öte yandan, gerçekte elektriğin (etkisi) örneğin, negatif yüklü bir A nesnesi nötr bir B nesnesine yaklaştırıldığında, benzer yükler birbirini iter ve A nesnesindeki elektronlar B nesnesindeki elektronların toplanmasına neden olur. B’nin diğer tarafı Böylece, B’nin A’ya bakan tarafında fazla pozitif yük vardır. Sonuç olarak, B’nin A’ya bakan tarafı pozitif, diğer taraf ise negatif yüklüdür. Bu durumda C nesnesi, B’nin negatif yüklü tarafına temas ederse, B’den C’ye elektron akışı başlar. B ve C, A nesnesini çıkarmadan yalıtkan çubuklarla birbirinden ayrılırsa, B nesnesi pozitif yüklü olacak ve C nesnesi olumsuz yüklenmek A nesnesi pozitif bir yüke sahipse, elektronları çeker, bu nedenle bu kez A’ya bakan B tarafı negatif, A’ya bakan diğer taraf ise pozitif yüklü olacaktır. Bu durumda, C’den B’ye elektron transferi olacak, B gövdesi negatif yüklü olacak ve C gövdesi pozitif yüklü olacaktır.
elektrik akımı
Bir elektrik akımı, akıştaki elektron sayısına bakılmaksızın belirli bir yönde hareket eden elektronlardır. Bu yön veya “yol” bakır, gümüş veya alüminyum gibi bir iletken olabilir. Serbest elektronlar iletkenin bir bölgesinden başka bir bölgesine hareket eder.
akım yoğunluğu
Akım yoğunluğu, elektrik yükünün bir iletkende akma hızıdır. Başka bir deyişle, belirli bir noktadan bir saniyede geçen elektron sayısıdır. Bu, bir noktadan daha fazla elektron geçerse akımın daha büyük olacağı anlamına gelir.
Sembolü “I” harfidir ve Fransızca “neredeyse” anlamına gelen kelimeden türetilmiştir. Genellikle kısaca akım olarak adlandırılan akımın yoğunluğu “amper” olarak ölçülür.
gerilim (gerilim)
Voltaj, bir devredeki iki nokta arasındaki elektrik enerjisi farkını ifade eder. Voltaj volt olarak ölçülür ve “V” harfi ile gösterilir. Elektrik potansiyeli, elektrik potansiyeli farkı, elektrik basıncı veya elektropotansiyel (∆V veya ∆U olarak adlandırılır, ancak genellikle V veya U ile gösterilir) iki nokta arasındaki elektrik potansiyeli farkıdır. Etkileri altındaki elektrostatik alanın kuvvetine karşı elektronları hareket ettirir. Noktalar arasındaki voltaj farklılıkları, statik elektrik alanlarından, manyetik alandaki elektrik akımından, değişen manyetik alanlardan veya bu alanların kombinasyonlarından kaynaklanabilir. Bir sistemdeki iki nokta arasındaki voltajı (veya potansiyel farkı) ölçmek için bir voltmetre kullanılır.
Tüpe bağlı büyük bir su deposu ile elektrik yükünü, akımını ve gerilimini örneklediğimizde, depodaki su elektrik yükünü temsil eder. Daha fazla su, daha fazla hamilelik demektir. Çaba “baskı” gibidir. Tankta ne kadar çok su varsa, borunun ucundaki basınç (voltaj) o kadar yüksek olur. Suyu bir tüpten geçirmek için bir pompa kullandığınız gibi, bir pil, yani bir harici enerji kaynağı (elektromotor kuvveti), iletkenlerdeki serbest elektronları bir “yol” boyunca bir yerden başka bir yere akıtmak için kullanılabilir. Akımın bir yöndeki hareketine doğru akım denir. Atomlardaki elektronlar düz bir yönde hareket etmezler. Yakındaki atomlarda diğer elektronlarla sık çarpışmalar meydana gelir. Bu çarpışmalarda serbest elektronlar iletkenin pozitif ucuna doğru hareket eder.
direnç
Direnç iki şekilde anlaşılabilir:
Elektronların akışı açısından direnç, elektronların bir iletkenden (tel) geçerken karşılaştıkları zorluktur. Örneğin, ince bir telin elektron akışı için “dar bir yolu” vardır, yani elektronlar birbirlerine çarparlar, bu nedenle akış yeterince “pürüzsüz” değildir. Yani ince bir telde daha fazla direnç vardır. Öte yandan, daha kalın bir telde daha az çarpışma ve dolayısıyla daha az direnç vardır çünkü elektronların kat etmesi için daha geniş bir ‘yol’ vardır.
Bir elektrik devresinde direnç, elektrik yolundaki bir ampul veya zil gibi bir şeydir. Elektrik kullanan bu dirençler olmadan kısa devre meydana gelebilir.
konektörler
İletken, elektriğin kolayca geçmesini sağlayan bir malzemedir. İletkenlerin atomlarında daha fazla sayıda serbest elektron bulunur ve atomdan atoma hareket etmekte serbesttirler. Yani, elektrik yükleri bir noktadan diğerine hareket etmekte serbesttir ve elektronların hareketine karşı daha az direnç vardır. Alüminyum, bakır, altın, su ve insanlar iletkenlere örnektir. Elektrik jeneratörleri, üretim tesislerinden tüketicilere güç iletmek için bakır ve alüminyum teller kullanır. Bu malzeme “yüksek iletkenliğe” sahiptir. İletkenler ayrıca termal enerjinin kolayca geçmesine izin verir.
izolatörler
İzolatörler (izolatörler), elektriğin kolayca geçişine izin vermeyen malzemelerdir. Yalıtkanların atomlarındaki elektronlar atomdan atoma serbestçe hareket etmez. Yani elektrik yükleri bir noktadan diğerine serbestçe hareket etmez. Elektronların hareketine karşı daha fazla direnç vardır. Kauçuk, plastik, ahşap ve kağıt mükemmel yalıtkanlara örnektir. Bu malzemeler ayrıca termal enerjinin kolayca geçmesine izin vermez.
Elektrik yüklü nesneleri itin ve çekin
Nesneler yükleme durumlarına göre üçe ayrılır. Nötr cisimlerde pozitif ve negatif yükler eşittir. Pozitif (+) yüklü cisimlerde pozitif yük negatif yükten büyüktür. Eksi yüklü (-) cisimlerde, eksi yük artı yükten fazladır. Elektron nötr cisimler birbirlerini elektriksel olarak etkilemezler ve birbirlerini çekmezler veya itmezler. Aynı yüke sahip cisimler birbirini iter, zıt yüke sahip cisimler ise birbirini çeker.
elektroskop
Elektroskop, bir nesnede elektrik yükünün varlığını ve ona yüklenen elektrik yükünün türünü tespit etmek için kullanılan bilimsel bir araçtır. İlk elektroskop, 17. yüzyılda William Gilbert tarafından icat edilen “versorium” adı verilen dönen bir iğneydi. İngiliz fizikçi Abraham Bennett tarafından 1787 yılında geliştirilen statik elektroskop ve altın varak elektroskop, elektrostatiğin ilkelerini kanıtlamak için halen fizik eğitiminde kullanılan iki tür klasik elektroskoptur.
Elektroskop, bir cam kubbe, iletken levhaların tutturulduğu metal bir çubuk ve üstte metal bir topuzdan oluşur. Nötr elektroskop yaprakları kapalı, yüklü elektroskop yaprakları ise açıktır. Yüklü bir elektroskopta, yaprakların daha az açık olması yükün az olduğunu, yaprakların açıklığının yüksek olması yükün bol olduğunu ve sap ve yaprakların aynı türde yük ile yüklendiğini gösterir.
C gövdesi negatif yüklü elektroskobun sapının yanına yerleştirildiğinde, yapraklar hafifçe açılır ve C gövdesi ve elektroskop aynı türde yük ile yüklenir ve yaprakların küçük bir şekilde kapanması, gövdenin ve elektroskobun olduğunu gösterir. karşıt suçlamalarla ücretlendirilir. Pozitif yüklü bir C nesnesi nötr bir elektroskoba yaklaştırıldığında, sap negatif, yapraklar ise pozitif yüklüdür. Elektroskobun nötr noktasının yakınına negatif yüklü bir C nesnesi yerleştirilirse, top pozitif, yapraklar ise negatif yüklü olacaktır.
Yüklü bir cisim nötr bir elektroskoba değdiğinde, elektroskop ve cisim aynı yük ile yüklenir ve yapraklar hafifçe açılır. Elektroskoba zıt yüklü bir C cismi dokunursa, yük miktarları eşit ise yapraklar tamamen kapanır, cismin yük miktarı fazla ise yapraklar kapanır ve açılır, elektroskopun yük miktarı eşitse elektroskop yüksektir, yapraklar hafifçe kapanır. Aynı tür yüke sahip C yüklü bir cisim, yüklü bir elektroskoba dokunduğunda, cisim yüksek bir yüke sahipse, yapraklar hafifçe açılır ve elektroskobun yükü yüksekse, yapraklar hafifçe kapanır.
topraklama
Yüklü bir nesne iletken bir tel ile toprağa bağlanırsa, toprak ile nesne arasında bir yük alışverişi olur ve nesne nötr hale gelir. Nesne negatif yüklüyse, fazla negatif yük toprağa akar ve nesne nötr hale gelir. Eğer cisim pozitif yüklüyse, pozitif yük hareketsiz olduğu için bu sefer Dünya’dan negatif bir yük gelir ve vücut nötr hale gelir. Karaya oturmanın en ünlü örneği akaryakıt tankerlerinin sırtlarındaki topraklanmış zincirlerdir. Konveyörlerin elektrifikasyonundan kaynaklanan aşırı yükleri yere boşaltan bu zincirler, araç yangınlarını önler. Yine yüksek binaların çatılarına konan paratonerler, yıldırımın boşalttığı bulutlardaki elektrik yükünü yere aktarır. Evlerdeki topraklı prizler de fazla akımı toprağa ileterek cihazları korur.
kaynak:
— Stan Gibelescu, “Electricity Demystified”, McGraw-Hill Education, 2. baskı.
yazar: Juni Saraoğlu’nu aç
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]