Ohm Yasası nedir? Elektrik yasalarının en temeli kabul edilen ve hemen hemen her türlü elektrik olayının açıklamasında yer alan Ohm Kanunu
Ohm Yasası
Gökgürültülü bir fırtınanın içinde uçan bir uçağın yolcuları neden aslında tehlikede değildir? Paratonerler binaları nasıl korur? Evinizdeki ampullerin ışığı neden bir yenisi açıldığında zayıflamaz? Tüm bu soruların yanıtı Ohm yasasındadır.
Ohm Yasası
Elektrik, elektrik yüklerinin hareketiyle oluşur. Elektrik yükü atomatlı parçacıkların temel bir özelliğidir ve onların elektromanyetik alanlarla nasıl etkileşeceğini belirler. Bu alanlar kuvvetler yaratarak elektrik yüklü parçacıkları hareket ettirir. Yük, tıpkı enerji gibi korunur; yani yok edilemez ve yaratılamaz.
Ohm Grafiği
Elektrik yükü artı ya da eksi olur. Zıt yüklü parçacıklar birbirlerini çeker; aynı yüklü parçacıklar birbirlerini iter. 1909’da Robert Millikan’ın ölçtüğü elektronlar eksi, protonlar artı yüklüdür. Ama tüm atomaltı parçacıklar yüklü değildir. Adlarından da anlaşılacağı üzere nötronların yükü yoktur; yani “nötr”dürler.
Durgun elektrik
Elektrik, yüklerin sabit bir dağılımı şeklinde durgun kalabildiği gibi, elektrik akımı şeklinde akabilir de. Yüklü parçacıkların hareketi, durgun elektriğin birikmesine yol açar. Zıt yükler farklı yerlerde birikir. Örneğin plastik bir tarağı elbisenizin koluna sürterseniz elektrikle yüklenir ve çevredeki küçük kağıt parçaları gibi küçük nesneleri kendisine çekip yapıştırır.
Durgun Elektrik
Yıldırımlar da benzer bir şekilde oluşur. Fırtına bulutlarında birbirine sürtünen moleküller elektriğin birikmesine neden olur. Biriken bu elektrik de yıldırım düşmesiyle bir anda boşalır. Yıldırımların boyu birkaç kilometreyi bulabilir ve sıcaklıkları da binlerce derece olur.
Hareket halinde
Elektrik akımı, evde kullanıldığı şekliyle bir yük akışıdır. Elektrik metal kablolarla iletilir, çünkü metallerdeki elektronlar belli atom çekirdeklerine bağlı değildir ve kolaylıkla harekete geçirilebilirler. Metaller elektrik iletkenidir. Elektronlar bir metal kablo boyunca tıpkı bir borunun içinden akan su gibi ilerler. Artı yükler de bazı başka malzemelerin içinde hareket edebilir. Kimyasal maddeler suda çözündüğünde hem elektronlar hem de artı yüklü çekirdekler (iyonlar) serbestçe yüzer. Metaller gibi iletken malzemeler, yüklerin kendi içlerinden kolayca akmasına izin verir. Seramikler ve plastikler gibi içlerinden elektriğin kolayca akamadığı maddelere yalıtkan denir. Elektriği yalnızca belli bazı durumlarda ileten malzemelere ise yarı iletken denir.
Nehrin aşağı doğru akması, yükseklikteki farktan kaynaklanır. İki yükseklik arasında kütleçekim potansiyeli farkı vardır denir. Aynı şekilde iletken bir malzemenin iki ucu arasındaki elektriksel potansiyel farkı da telden elektrik yüklerinin akmasına yol açar. Bu “potansiyel farkı”, diğer adıyla “gerilim” (voltaj), akımın akmasına neden olur ve aynı zamanda yüklere enerji kazandırır.
Ohm Formülleri
Direnç
Yıldırım düştüğünde boşalan elektrik, iyonize olan hava boyunca çok hızlı bir şekilde yere akar. Bu şekilde kendi oluşumuna neden olan potansiyel farkını ortadan kaldırır. Yıldırımlar çok büyük akımlar taşır. Vücudunuzdan geçtiği takdirde sizi öldürebilecek olan şey gerilim değil, bu çok büyük akımdır. Normalde yükler çoğu malzemenin içinde böyle yüksek hızlarla ilerleyemez, çünkü belli bir dirençle karşılaşırlar. Direnç, elektrik enerjisini ısı olarak dağıtarak geçen akımın büyüklüğünü sınırlar. Yıldırım tarafından öldürülmemek için kauçuk bir mat gibi çok yüksek direnci olan, yalıtkan bir cismin üzerinde durabilirsiniz.
Bir başka seçenek de metal bir kafese girmektir. Yıldırım, bedenimizden değil, metal çubuklardan akmayı tercih edecektir, çünkü büyük bölümü su olan bedenimiz iyi bir iletken değildir. Bu yapıya, 1836’da kendisi de bir tane yapan Michael Faraday’in adından, Faraday kafesi denir. Faraday kafesi gibi içi boş bir iletkende, kafesin içi tamamen nötr kalırken bütün yük kafesin dışından taşınır. Faraday kafesleri 19. yüzyılda yapay yıldırım gösterileri yapan biliminsanları için kullanışlı güvenlik araçlarıydı. Günümüzde hâlâ elektronik aygıtların korunmasında kullanılırlar. Metal bir uçakla fırtınanın içinden geçerseniz, yıldırım çarpsa bile güvende olmanızın nedeni de Faraday kafesidir. Aynı fırtınada metal bir otomobilin içindeyseniz -bir ağacın yakınına park etmediğiniz sürece- yine güvendesiniz demektir.
Benjamin Franklin‘in paratoneri de benzer bir şekilde çalışır: Yıldırımın rahatça akabileceği düşük dirençli bir yol sağlar. Böylece yıldırımın enerjisi yüksek dirençli binaya boşalmaz. En iyi sivri uçlu çubuklar iş görür, çünkü elektrik alanını uçlarına sıkıştırdıkları için elektrik akımının bu güzergâhtan yere doğru gitme olasılığını daha da arttırırlar. Uzun ağaçlar da elektrik alanını yoğunlaştırır. Dolayısıyla bir fırtına sırasında ağaçların altına sığınmak hiç de iyi bir fikir değildir.
Devreler
Elektrik akımları devre denen döngülerde akar. Akımın ve enerjinin devre içinde ilerleyişi, suyun birbirine eklenmiş boruların içinde akmasına benzetilebilir. Akım, suyun akış hızına; gerilim, suyun basıncına ve direnç, boruların darlığına benzetilebilir.
Devreleri açıklayan en kullanışlı yasalardan birini Georg Ohm 1826’da yayımlamıştır. Ohm yasası cebirsel olarak V=1R şeklinde ifade edilir. Burada V gerilimdeki düşüş, I akım, R dirençtir. Ohm yasasına göre gerilim, akım ve dirençle doğru orantılıdır. Bir devredeki gerilimi iki katma çıkarırsanız, direncin değişmediği durumda devrede akan akım iki katma çıkar. Ama akımın aynı kalması isteniyorsa, direncin iki katma çıkarılması gerekir. Akım ile direnç arasında ters orantı vardır: Dirençteki artış, akımda azalmaya yol açar. Ohm yasası birçok döngüden oluşan çok karmaşık devrelerde bile geçerlidir.
Ohm Yasalarına Göre Tüm Formüller
En basit devreyi kablolarla bir pile bağlı bir ampul şeklinde düşünebilirsiniz. Pil kabloda akacak akımı yaratmak için gerekli olan potansiyel farkını oluştururken, ampuldeki tungsten filaman da direnç oluşturarak elektrik enerjisini ışığa ve ısıya dönüştürür. Devreye ikinci bir ampul daha bağlanırsa ne olur? Ohm yasasına göre eğer ampuller arka arkaya bağlanırsa, direnç iki katına çıkmış olur. Dolayısıyla her bir ampulün çevresindeki gerilim ve sağlanan enerji ikiye bölünür. Bu da ampullerin parlaklığını azaltır. Eğer ev aydınlatması yapıyorsanız, bunun size pek bir yararı olmayacaktır, çünkü her yeni ampulü prize taktığınızda tüm ampullerin parlaklığı biraz azalacaktır.
Ne var ki ikinci ampulü birincinin iki ucuna değecek şekilde paralel bağlarsanız, her iki ampule de aynı gerilim farkını uygulamış olursunuz. Akım düğüm noktasından ikiye bölünür ve yeniden birleşmeden önce iki ampulden de geçer. Dolayısıyla ikinci ampul de birincisi kadar parlak yanar. Bu tür devrelere “paralel” devre denir. Dirençlerin arka arkaya bağlandığı önceki tip devrelere ise “seri” devre denir. Ohm yasasıyla herhangi bir devrenin herhangi bir noktasındaki akım ve gerilim hesaplanabilir.
