En basit anlatımıyla, maddeyi oluşturan eksi yüklü elektron ve artı yüklü proton gibi parçacıkların hareketi ile oluşan enerji çeşidine elektrik denir. Bu enerjinin oluştuğu yerdeki parçacık hareketine ise elektrik akımı denmektedir. Elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketi olarak da tanımlanmaktadır.
Parçacıkların hareketi, sabit olabileceği gibi değişken nitelikte de olabilmektedir. Elektron parçacıklarının iletken bir tel üzerinde sabit bir şekilde ilerlemesine doğru akımı oluştururken, değişken olması alternatif akımı ortaya çıkarmaktadır.
[renkbox baslik="Yer Çekimi Nedir? Nasıl Oluşur?" link="https://bilgihanem.com/yer-cekimi-nedir/" resim="https://bilgihanem.com/wp-content/uploads/2016/03/yercekimi-nedir-nasil-olusur.jpg" renk="mor" yenisekme="evet"][/renkbox]
Elektrik akımı ile ilgili bilinmesi gereken bir diğer temel konu ise elektrik kaynaklarının pozitif (anot) ve negatif (katot) olarak iki ucunun bulunmasıdır. Bir elektrik devresi kurulduğu zaman, elektronlar negatif yüklü oldukları için eksi uçtan artı uca doğru bir hareket gerçekleşmektedir.
Elektrik Akımı Nedir?
Dış bir etken ile iletkenin bir tarafındaki elektronların fazlalığı ve diğer taraftaki elektron sayısının eksikliği oluşursa; bulunan serbest elektronlar iki çeşit kuvvete maruz kalabilirler. Bu kuvvetler, çekme kuvveti ve itme kuvvetidir. Yani bir uçtan diğer uca bir elektron hareketi vardır. Bu elektron hareketine de elektrik akımı adı verilir.
Alternatif akımda elektrik yüklerinin hareketi periyodik olarak yön değiştirirken, doğru akımda değişmez. Akımının büyüklüğünü tarif etmek gerekirse; belli bir zamanda belli bir iletken içinden akan tüm akımın ortalaması olan negatif elektrik yükü sayısıdır. Elektrik akımının şiddeti amper ile ifade edilir. 1 amper, 1 saniyede 1018 elektronun akışına eşittir.
Bir iletkenin akıma karşı gösterdiği tepkiye ise direnç adı verilmektedir. Direncin birimi ohm’dur (Ω).
İletken maddelerin atomlarının son yörüngelerinde 4’ten az elektron vardır. Atomlar bu elektronları 8’e tamamlayamaz ve bu nedenle serbest bırakırlar. Buna bağlı olarak bir iletken maddede milyonlarca serbest elektron bulunmaktadır. Bu maddeye elektrik uygulandığında ise elektronlar negatiften pozitif yöne doğru hareket etmeye başlarlar. İşte buna elektrik akımı denmektedir.
Elektrik akımı, elektron akışının tersi yönde, pozitiften negatife doğru hareket etmektedir. Elektronlar arasında gerçekleşen bu enerji aktarımına akım adı verilmektedir. Birimi ise Amper olarak ifade edilmektedir.
Akım fiziksel, temel ve skaler bir büyüklüktür; yani ölçülebilirdir. Elektrik akımı i harfiyle gösterilir ve birimi Amper’dir (A).
Elektrik akımın şiddeti ise şu formül ile hesaplanmaktadır:
i = q / t
Elektrik akımı i ile gösterilirken; bir iletkenin kesitinden t sürede geçen yük miktarı q olarak tanımlanır. Zaman (t) birimi, saniye iken, yük miktarının (q) birimi, Coulomb’dur.
Bu bağlantıya göre; 1 Amper, 1 Coulomb/saniye birimine eşittir. 1 Amper’in binde biri ise Miliamper’dir.
Elektrik Akımı Çeşitleri Nelerdir?
Elektrik akımında çeşitli türler vardır. Bunlar elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketinin sabit veya değişken olmasından kaynaklanmaktadır. Sabit bir şekilde ilerleyen parçacıklar, doğru akımı oluşturmaktadır. Değişken hareket edenler ise alternatif akımı yaratmaktadır.
Doğru akım (DA veya DC) ve alternatif akım (AA veya AC) olarak ikiye ayrılan elektrik akımı çeşitliliği, elektriğin birçok alanda kullanılmasını sağlamıştır.
Doğru Akım
Elektrik alanının en temel kavramı olan doğru akım, zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişmeyen akım türüdür. En ideal doğru akım kaynağı sabit bir çıkış verebilmelidir. Bu nedenle yeryüzündeki en ideal doğru akım kaynağı, pillerdir.
Direct current kelimelerinin kısaltması olan DC ile gösterilen doğru akım için diğer örnekler; şarj aletleri ve güneş panellerdir.
Alternatif Akım
Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişen akım türüne alternatif akım denmektedir. Genel olarak yüksek güç ile çalışan elektrik devrelerinin kumandasında ve elektrik motorlarını sürmek için kullanılır.
Alternating current kelimelerinin kısaltması olan AC harfleriyle gösterilen alternatif akım, ev tesisatı için çekilen elektrik kaynağında da kullanılmaktadır. Çünkü alternatif akım, doğru akıma göre iletken yardımı ile çok daha rahat ve kayıpsız şekilde çalışmaktadır.
Bu prensibe rağmen evlerde kullanılan buzdolabı, çamaşır makinesi gibi ev aletleri doğrudan alternatif akım ile çalışmaktadır. Televizyon, bilgisayar gibi elektronik cihazlarda ise prizden gelen alternatif akımlı kaynak, güç ünitelerinde doğru akıma dönüştürülerek çalışmaktadır. Buna ise regüle işlemi denmektedir.
Alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesi için yapılan regüle devreleri, doğrultmaç devreleri ismiyle de bilinmektedir. 3 farklı yöntem ile AC’den DC’ye dönüşüm sağlanmaktadır. Bu yöntemler; yarım dalga, tam dalga ve köprü tipi doğrultmadır.
Akım Şiddetinin ve Potansiyel Farkının Ölçülmesi
Elektrik akım şiddeti, ampermetre ile ölçülürken, iki nokta arasındaki potansiyel fark voltmetre ile ölçülmektedir. İki uç arasındaki potansiyel farkı ve üzerinden geçen akım şiddeti bilinen bir devre elemanının direnci ise Ohm Kanunu’na göre bulunmaktadır. Bir devre direnci de Ohmmetre denen cihaz ile ölçülmektedir.
Ölçüm sırasında ampermetre devreye seri bağlanır ve devre akımını etkilememesi için ampermetrenin direncinin çok küçük olması gerekir. Bu yüzden ampermetrenin direnci genellikle ihmal edilebilir.
Ampermetre, elektrik akımı 1A ve üstü değerleri ölçmek için kullanılmaktadır. Daha küçük akım şiddetlerini ölçmek için miliampermetre (mA = 10-3 A) ve mikroampermetre (µA = 10-6 A) adı verilen cihazlar kullanılmaktadır.
Analog ve dijital ampermetreler, devreye bağlanması gerekmeyen temassız niteliğe sahiplerdir. Multimetre denilen cihazlarla da elektrik akımının ölçümü mümkündür.
Voltmetre ile ölçümde ise potansiyel farkı ölçülecek noktalar arasına paralel bir bağlama söz konusudur. Üzerinden akım geçmemesi için direncinin çok büyük olması gerekmektedir.
Gerilim ve Voltaj
Elektronların hareketleri sabit şekilde olacağı gibi değişken değerlerde de olabilir. Bir elektrik devresinde iki tane uç vardır. Bu uçlardan biri negatif, diğeri pozitif uçlardır. Bu sistem elektrik kaynakları için de geçerlidir.
Elektrik devresinin kurulumu yapıldıktan sonra elektronlar (–) yüklü olurlar. Elektrik negatif uçtan kullanıcılarına ulaşır ve oradan da pozitif uca doğru hareket etme işlevine sahiptir. Yani itme çekme kuvveti ile açıklamak gerekirse; negatif uçtan itilir ve pozitif uca çekilirler. Bu hareketi sağlayan güce elektromotor kuvveti ya da halk arasında bilinen adıyla gerilim adı verilir.
Yine halk arasında bilinen volt terimi, gerilimin birimini ifade eder. Pili ilk kez keşfeden Volti’nin isminden gelen volt kelimesi elektrik terimi olarak V harfi ile sembolize edilir.
Bir elektrik devresinin sorunsuz işleyebilmesi için (–) uçtan gelen elektriğin tüketiciye ulaşması oradan da (+) uca ulaşması gerekir. Bu sebeple bilim adamları akımın ilerleyişini hesaplarken pozitif yönden, negatif yöne doğru kabul etmeyi tercih etmişlerdir.
Elektrik Üzerine İlk Çalışmalar
Elektrik ilk defa Yunanlı bilgin Thales tarafından deneylenmiştir. Bu deneye göre sürtünmenin sonrasında kıl ve toz gibi materyalleri kendisine çektiği görülmüştür. M.Ö. 640-546 yıllarında yapılan bu çalışmada Thales, bu çekimin yalnızca kehribar ile mümkün olduğunu düşünerek elektron adını kullanmayı tercih etmiştir.
Elektron Yunanca kehribar anlamına gelir. Çok uzun zaman sonrasında elektriğin kanunları ortaya atılmıştır. Kanunlar sonrasında; İtalyan bilgin Volta, sürtünme ile oluşan statik elektrikten başka bir akan elektrik olduğunu tespit etmiştir. Volta, ilk elektrik pili ve bu pilden de ilk elektrik akımının keşfini yapmıştır. Elektriğin ne olduğu yönündeki sorular 1800’lü yıllarda bile sorulmaya devam edilmiştir.
[renkbox baslik="Yenilenemez (Yenilenemeyen) Enerji Nedir? Kaynakları ve Kullanım Nelerdir?" link="https://bilgihanem.com/yenilenemez-enerji-nedir/" resim="https://bilgihanem.com/wp-content/uploads/2017/04/yenilenemez-enerji-kaynaklari.jpg" renk="turuncu" yenisekme="hayir"][/renkbox]
Farklı teorilerden faydalanarak açıklanmaya çalışılan elektrik, neticede modern atom teorisinin öne sürülmesinden sonra günümüzdeki anlamında anlatılabilmiştir. Rutherford ve Bohr atom modellerinin açıklanmasından sonra bu atom modeline göre belirlenen açıklama şöyledir:
Atom (+) yüklü protonlar, yüksüz nötronlardan oluşan bir çekirdek ve çekirdeğin etrafında dönen (–) yüklü elektronlardan ibarettir. Atomlar normal durumlarda yüksüz olarak tabir edilir. Çünkü proton ve elektron sayıları birbirine eşittir.
Elektrik akımını yapılan bu çalışmalar ve günümüze kadar elde edilmiş bilgilere göre açıklamak gerekirse; iletken denen maddeler, atomların dıştaki yörüngelerinde bulunan elektronlar, bir atomdan diğer atoma serbest olarak hareket ederler. İletken maddelerde serbest dolaşan elektron sayısı çok fazladır. Dışarıdan gelen bir etki olmadığı sürece bir yönde hareket ettikleri kabul edilir.
