YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

KONULAR: 1. Elektriklenme 2. Elektrik Akımı 3. Seri ve Paralel Bağlama

1. Elektriklenme Nötr (Yüksüz) Cisim Bir cismin üzerindeki pozitif (+) yük sayısı, negatif yük sayısına eşit ise, böyle cisme nötr ya da yüksüz cisim denir. Yüksüz denildiği zaman cismin içinde hiç yük yok anlamına gelmez. Yalnızca (+) ve (–) yük miktarının eşit olduğu anlamına gelir. Pozitif Yüklü Cisim Üzerinde (+) yük fazlalığı olan cisimlere pozitif yüklü cisim denir. Cisimleri pozitif yüklü hale getirmek için cisimden elektron alarak (+) yük fazlalığı oluşturmak gerekir. Negatif Yüklü Cisim Üzerinde (–) yük fazlalığı olan cisimlere negatif yüklü cisim denir. Herhangi bir yolla cisme (–) yük verilirse, (–) yük fazlalığı oluşur. Yapılan deneylere göre, aynı işaretli cisimlerin birbirlerini ittiği görülmüştür. Yani aynı cins yüklü cisimler birbirlerine zıt yönlerde kuvvet uygularlar ve birbirlerini iterler. Zıt cins yüklü cisimler birbirlerini çekerler. Bu durumda da cisimler birbirlerine zıt yönde kuvvet uygularlar. Fakat bu kuvvetler çekme yönündedirler.          

DOKUNMA İLE ELEKTRİKLENME Soğuk bir kış günü. Akşam olmuş, eve dönüyorsunuz. Eve ulaşarak kapıdan içeri girdiniz. Son ayarda çalışan ısıtma sistemi evinizi sıcacık yapmış. Odanıza geçip üzerinizdeki yün kazağı aceleyle çıkarmaya çalışıyorsunuz. O da ne? Birbiri ardına oluşan kıvılcımlar ve çıt çıt sesleri... Kulak kepçelerinizde hafif bir karıncalanma... Saçlarınız dimdik... Otomobilinize bindiniz. Bir süre yolculuk yaptınız. Yolculuğunuzun sonunda otomobilinizden inerken parmak uçlarınız kapının metal kısmına değiyor ve siz hissettiğiniz farklı bir acının etkisiyle elinizi otomobilden hızla çekiyorsunuz.

Yün kumaşa sürtülen şişirilmiş bir balon cam ya da duvar tarafından çekilir. Benzer şekilde yün kumaşa sürtülen ebonit çubuk ve ipek kumaşa sürtülen cam çubuk ile asılı durumda bulunan alüminyum folyo arasında bir çekim etkisi gözlenir. Yukarıdaki gibi yün kumaşa sürtülmüş ebonit çubuk, asılı durumda olan yün kumaşa sürtülmüş başka bir ebonit çubuğa yaklaştırılırsa yanda görülen şekildeki gibi birbirlerini iterler.

İpek kumaşa sürtülmüş bir cam çubuğu, yün kumaşa sürtülmüş ve ortasından iple asılmış ebonit çubuğa yaklaştırırsak yanda görülen şekildeki gibi birbirlerini çekerler. Sürtünme ile elektriklenmede birbirine sürtünen cisimlerden biri diğerine elektron verir ve kendisi pozitif (+) yükle yüklenir. Elektron alan cisim üzerinde (–) yük fazlalığı oluşacağı için negatif (–) yükle yüklenir. Alınan yük verilen yüke eşit olduğu için yük miktarı eşittir. Cam çubuk ipek kumaşa sürtülürse, camdan ipeğe elektron geçişi olur. Cam çubuk (+), ipek kumaş ise (–) yükle yüklenir. Plastik çubuk yünlü kumaşa sürtülürse, çubuk yünlü kumaştan elektron alır ve (–) yükle yüklenir. Yünlü kumaş elektron verdiği için (+) yükle yüklenir. Alınan ve verilen yük miktarları eşittir.

SÜRTÜNME İLE ELEKTRİKLENME Yüklü bir cisim nötr bir cisme dokundurulduğunda mevcut yükünü paylaşırlar ve nötr cisimde yüklenir. Bu tür yüklenmeye dokunma ile elektriklenme denir. Şekilde (–) yüklü K küresi nötr L küresine dokundurulduğunda, K den L ye elektron geçişi olur ve sonra dengeye gelirler. Eğer K cismi (+) yüklü olsa idi, nötr L küresinden (–) yükler K küresine geçer ve her ikisi de (+) yüklü olurdu.

1. Her ikiside (+) yükle yüklenebilir. Yüklü cisimler birbirine dokundurulduktan sonra son yükleri, kürelerin kapasitelerine bağlıdır. Kürelerin kapasiteleri yarıçapla orantılı olduğundan toplam yükü yarıçapları oranında paylaşırlar. Eğer küreler özdeş ise, yani yarıçapları eşit ise, toplam yükü eşit olarak paylaşırlar. Şekilde r1 ve r2, yarı çaplı yüklü küreler iletken telle birleştirilip anahtar kapatılırsa yük alış verişi yaparlar ve son yükleri değişebilir YÜKLÜ İKİ CİSİM BİRBİRİNE DOKUNDURULDUĞUNDA YÜKLERİNİN İŞARETİ İLE İLGİLİ ÜÇ DURUM VARDIR. 1. Her ikiside (+) yükle yüklenebilir. 2. Her ikisi de (–) yükle yüklenebilir. 3. Her ikisi de nötr olabilir. Birisinin yükünün (+) diğerininki ise (–) olma ihtimali yoktur.

ETKİ İLE ELEKTRİKLENME Yüksüz K ve L cisimleri birbirine temas halinde iken (+) yüklü bir M çubuğu yaklaştırılıyor. M çubuğundaki (+) yükler K küresinden L küresine (–) yükleri çeker. K küresinin çubuğa uzak olan kısmı (+) yükle yüklenir. Daha sonra küreler yalıtkan ayaklarından tutulup ayrılır ve M çubuğu uzaklaştırılırsa, K küresi (+), L küresi de (–) yükle yüklenmiş olur. M çubuğu dokundurulmadan K ve L küreleri yüklenmiş olur. Böyle yüklemeye etki ile elektriklenme denir. Etki ile elektriklenmede K ve L nin yarıçapları ne olursa olsun yük miktarları eşittir. Ayrıca çekilen ya da itilen yükler mümkün olan en uzaktan çekilir ya da mümkün olan en uzağa itilir.

Şekildeki gibi (+) yüklü K cismi, nötr L cismine yaklaştırıldığında onu etki ile elektrikler. L nin K tarafında (–) yükler, diğer tarafında ise (+) yükler toplanır. K cismi L deki (–) yükleri çeker, (+) yükleri ise iter. Fakat d1 < d2 olduğu için, F > Fi olur ve cisim K ye doğru çekilir. K tarafından çekilen nötr L cismi K ye dokunursa, L de (+) yükle yüklenir ve bu durumda da L küresi düşey konumun diğer tarafına doğru itilir.

ELEKTROSKOP Elektroskop, cisimler üzerinde elektrik yükü olup olmadığını, varsa cinsini bulmak için kullanılır. Bir tüp içerisine yerleştirilmiş basit iki küre veya levhadan oluşur. Kullanıldığı ortamda eğer elektrik yükü varsa bu küre veya levhalar birbirini iter veya çeker. Elektroskoplar dokunma ve etki ile elektriklenebilirler.

2. ELEKTRİK AKIMI Pil, direnç, anahtar ve bağlantı kablolarından oluşan bir elektrik devresini, aşağıdaki şekilde görülen su tesisatına benzetebiliriz. Böylece bir elektrik devresinde neler olduğunu anlamamız kolaylaşır. Su tesisatı içindeki su, vananın açılmasıyla pompa tarafından itilir ve borular içinde ilerler. Kıvrımlı boruya gelen suyun buradan geçmesi zorlaşır. Kıvrımlı borudan geçen su, borular içinde ilerleyerek pompaya geri döner. Suyun tesisat içindeki devri bu şekilde devam eder. Yukarıda verilen şekildeki elektrik devresinde de buna benzer bir durum vardır. Su tesisatındaki suyu, elektrik devresindeki negatif yüklere benzetebiliriz. Pil, pompaya benzer bir görevle elektrik yüklerine elektriksel bir kuvvet uygular. Bu kuvvet etkisi ile elektrik yükleri elektrik enerjisi kazanır ve bu enerji tel boyunca iletilir. Bu durum iletkendeki yükler arasında enerji aktarımına sebep olur. Yüklerin hareketinden kaynaklanan bu enerji aktarımına elektrik akımı denir.

ELEKTRİK AKIMININ YÖNÜ Devredeki elektrik enerjisi kaynakları (pil, akü vb.) elektrik akımına neden olur. Ampul gibi devre elemanları, elektrik yüklerinin taşıdığı elektrik enerjisinin tamamını kullanır. Elektrik akımının kendisi kullanılıp tüketilmez. Peki, acaba bir elektrik devresinden geçen akımı nasıl ölçebiliriz?

ELEKTRİK AKIMI NASIL ÖLÇÜLÜR? Fotoğrafta bir ampermetre ve ampermetrenin devre içindeki gösteriminde kullanılan sembol görülmektedir. Elektrik akımının birimi amper olarak ifade edilir ve kısaca “A” ile gösterilir. Yandaki tabloda, günlük hayatımızda kullandığımız bazı araçların çalışmaları için gerekli yaklaşık akım şiddetleri verilmiştir. R1 = Direnç

GERİLİM Elektrik devrelerindeki elektrik enerjisi kaynağının işleyişini su pompasının işleyişine benzetmiştik. Şekildeki su akışı, su seviyesinin yüksek olduğu koldan düşük olduğu kola doğru olur. Su akışı, su seviyeleri her iki kolda da eşit oluncaya kadar devam eder ve su seviyeleri eşitlenince durur. Su seviyeleri arasında fark olduğu sürece su akışı devam eder. Şekildeki gibi uygun bir pompa kullanarak bu akışın sürekli olarak devam etmesi sağlanabilir. Suyun akışı elektrik devrelerindeki elektrik akımına benzer. Elektrik akımı da, devrenin iki ucu arasındaki yüklerin enerjileri arasında fark olduğu sürece olur. Bu enerji farkı gerilime sebep olur. Sonuç olarak gerilim enerji farkının bir göstergesidir. Su tesisatında suyun akışının devam etmesini sağlayan bir pompa bulunduğu gibi, elektrik devrelerinde de elektrik akımının devamlı olmasını sağlayan elektrik enerjisi kaynakları yer alır.

Yani piller bir elektrik devresinde gerilim sağlayarak elektrik akımına neden olurlar. Devredeki elektrik akımını, ampermetre kullanarak ölçmüştük. Bir devredeki gerilimi de voltmetre adı verilen araçla ölçeriz. Gerilimin birimini ise volt olarak ifade ederiz ve kısaca “V” ile gösteririz. Fotoğrafta, bir voltmetre ve voltmetrenin devre içindeki gösteriminde kullanılan sembol görülmektedir.

Etkinliğimizde bir devre elemanının (ampulün) uçları arasındaki gerilimin, üzerinden geçen akıma olan oranının her durumda sabit kaldığını gözlemledik. Bu sabit oran devre elemanının (ampulün) direncidir. Gerilim/akım oranının birimleri volt/amper olarak yazılır. Bu değer direncin birimi olan ohm ile eş değerdir. Yani direncin birimini volt/amper olarak da ifade edebiliriz. Bu oranı George Simon Ohm (Geork Simon Om) adındaki bir bilim insanı bulduğundan direnç birimi için genellikle volt/amper yerine ohm kullanılır. Aşağıdaki resimde elektrik akımı ve gerilim ile ilgili olarak çalışmalar yapan bilim insanları görülmektedir.

3. SERİ ve PARALEL BAĞLAMA a. Seri Bağlama Dirençlerin uç uca bağlanmasiyla elde edilen bağlanma sekline seri bağlama denir. 1. Üreteçten çekilen akim kollara ayrilmaz ve bütün dirençlerin üzerinden eşit şiddette akim geçer.     iT = i1 = i2 = i3

3. Dirençlerin toplamı toplam dirence eşittir. 2. Her bir direncin uçları arasındaki potansiyel farkının toplamı, üretecin uçları arasındaki potansiyel farkına eşittir.     V = V1 + V2 + V3 + ...   3. Dirençlerin toplamı toplam dirence eşittir.     Res = R1 + R2 + R3 + ...

b. Paralel Bağlama Birer uçları bir noktada, diğer uçları da başka bir noktada olacak şekilde yapılan bağlama sekline paralel bağlama denir. 1. Paralel bağlamada üreteçten çekilen toplam akim K noktasında kollara ayrilir, sonra tekrar L noktasında birleşir ve üretece gelir.     iT = i1 + i2 + i3 olur.

2. Dirençlerin hepsi K ve L noktalarına bağlı olduğu için, K – L noktaları arasındaki potansiyel farkı ne ise, bütün dirençlerin uçları arasındaki de o kadardır. Ayrıca üreteç K ve L noktalarına paralel bağlı olduğundan,   V = V1 = V2 = V3 dür. 3. Devrenin esdeger direncinin tersi, dirençlerin terslerinin toplamına esittir.