İçerisinde yaşadığımız çağda elektriğin girmediği elektrik ile çalışmayan bir alet bulmak zordur. İşte elektrik nedir, nasıl oluşur ve elektrik ile ilgili genel bilgilerin yer aldığı yazımız.
Çağımızda elektrikle çalışan araçların ne kadar yaygın olduğunu hepimiz biliriz. Çevremizde nereye baksak elektrikli bir araç görürüz. Elektrik ampulüyle evlerimizi, sokaklarımızı, arabalarımızı, gemilerimizi aydınlatırız; radyo, televizyon, buzdolabı, çamaşır makinesi, vantilatör, tıraş makinesi, ütü… bunlar gibi daha birçok araç için elektrik enerjisi gereklidir. Bütün fabrikalar, yapım evleri de elektriksiz çalışamaz. Kısacası, elektrik bugün vazgeçemeyeceğimiz bir enerji kaynağıdır. Başımız sıkıştıkça ondan yardım bekleriz.
İKİ TÜRLÜ ELEKTRİK VAR
Peki, nedir elektrik? Nasıl yapar bunca işi? Hem bu kadar yararlı olan, hem de gerekenleri yapmazsak, kurallarına uymazsak bizi öldürecek gücü olan elektrik nasıl ortaya çıkar, nasıl kullanılır? Aslında belli bir düzen içinde incelenirse elektrik konusunun öyle göz korkutacak kadar güç, anlaşılmaz olmadığını görürüz, isterseniz önce elektriğin iki ana bölümünden başlayalım.
Evet, elektrik genel olarak iki bölümde incelenir. Bunlardan biri durgun (statik) elektrik’tir, öteki de hareketli (dinamik) elektrik, ya da elektrik akımı’dır. Durgun elektriğin varlığını ancak birtakım belirtilerinden anlarız: § Bir cam çubuğu küçük kağıt kırpıntılarına doğru tutarsak, kağıtlarda hiçbir hareket görmeyiz. Kağıt parçaları oldukları yerde dururlar. Şimdi, cam çubuğu yünlü bir kumaşa, ya da bir kürke birkaç kez sürttükten sonra kağıt parçalarına uzatırsak, çubuğun kağıtları çektiğini görürüz.
Buna benzer daha birçok deney yapabiliriz. Hepsinin ortak özelliği şudur:
- • Birtakım cisimler sürtme sonucu durgun elektrikle yüklenirler, küçük, hafif cisimleri çekerler.
Yaptığımız deneyle cam çubuk sürtme yoluyla elektriklenmiştir.
İKİ ÇEŞİT ELEKTRİK YÜKÜ
• Elektrik yükü de, tıpkı mıknatısların iki kutbu olması gibi, iki çeşittir:
1) Artı elektrik yükü;
2) Eksi elektrik yükü.
Gene mıknatıslarda olduğu gibi aynı işaretli elektrik yükleri birbirini iter, zıt işaretli elektrik yükleri birbirini çeker. Bir cismin durgun elektrikle yüklü olup olmadığını, hangi cins elektrikle yüklü olduğunu anlamak için elektroskop adı verilen bir araç kullanılır.
ELEKTROSKOP NEDİR?
Elektroskop ucuna çok ince bir metal levha tutturulmuş metal bir çubuktur. Çubuğun öteki ucunda da bir topuz vardır. Bu topuza elektrikle yüklü bir cisim dokundurulunca elektrik yükünün birazı topuza, oradan da çubukla levhaya geçer. Çubukla levha aynı cins elektrikle yüklendiği için birbirlerini iterler, levha çubuktan uzaklaşır. Böylece dokundurduğumuz cismin elektrik yüklü olduğunu anlarız.
Şimdi başka bir cismi dokunduralım. Bunun elektrik yükü ilkinin tersi ise levha çubuğa biraz yaklaşır; aynı ise daha uzaklaşır. Elektroskopun topuzunu elimizle tutarsak, elektrik elimize, oradan da vücudumuzdan geçerek toprağa akar. Elektroskop yüksüz kalır, levha çubuğa yapışır.
İLETKENLİK, YALITKANLIK
Buraya kadar anlattıklarımızdan elektrikle ilgili birtakım sonuçlar çıkarabiliriz:
- • Elektrikli bir cismi başka bir cisme dokundurursak, öteki cisim de dokunma yoluyla elektriklenir.
- • Kimi cisimler elektriği iyi geçirirler, bunlara iletken denir. Kimi cisimler de geçirmez; bunlara da yalıtkan deriz.
İletkenlik, yalıtkanlık derecesi cisimden cisime çok değişir. Metaller elektriği iyi iletirler. Metaller içinde en iyi iletken gümüş, bakır, alüminyumdur, îşte bu yüzden, ileride göreceğimiz gibi, elektrik akımını iletmek için kullandığımız telleri bakır alaşımlarından yaparlar.
ELEKTRİK NEDİR?
Peki, bu belirtilerle varlığını ortaya koyan elektrik nedir? Bunu anlayabilmek için maddelerin atom yapısı’nı şöyle kısaca hatırlamamız gerekir. Bildiğimiz gibi bütün cisimler moleküllerden, atomlardan, moleküller de atomlardan yapılmıştır. Demek ki:
- • Bütün cisimlerin esası atomdur.
Dünyada element sayısı kadar atom yapısı vardır. Bütün atomların ortak yapısı ise ortadaki çekirdek çevresinde dönen elektron’ların bulunmasıdır. Çekirdek artı (+) elektrik’le yüklüdür. Çevresinde dönen elektronlar ise eksi (—) elektrik’le yüklü bulunur. Bir atom elektrik bakımından dengededir. Elektronların yükü — 1 kabul e-dilmiştir. Buna göre:
- • Bir atomda kaç tane elektron varsa, çekirdeğinde de o sayıda artı elektrik yükü vardır.
Böylece elektrik bakımından atomda bir farklılık bulunmaz. Şimdi, herhangi bir yolla atomun elektrik dengesini bozalım. Bu, iki şekilde olabilir:
- Atoma dışarıdan elektron veririz; o zaman atom eksi işaretli elektrikle yüklenmiş olur.
- Atomdan elektron alırız; o zaman da atom artı işaretli elektrikle yüklenmiş gibi olur.
Elektronun eksi yüklü olduğunu düşünürsek bu durumu kolayca anlarız:
Dengede olan bir atomdan eksi yük alırsak geriye artı yükü daha çok olan bir atom kalacaktır. Zaten bu şekilde elektron sayısı, dolayısıyla elektrik dengesi bozulmuş atoma atom demek de pek doğru değildir. Bu artık o elementin tanımlanmış atomu olmaktan çıkmıştır. Demek ki:
- Bir cismi elektrikle yüklemek için onun atomlarının elektrik dengesini bozmak gerekir.
Bunu çeşitli yollarla sağlayabiliriz.
§ Yukarıda anlattığımız gibi sürtme de bu yollardan biridir. Sürtme sonucu camın birtakım elektronları yüne geçer, böylece cam elektrik bakımından + işaretini kazanır; yani, artı elektrikle yüklenmiş olur. Başka elektrik elde etme yolları da vardır. Bunları biraz sonraya bırakalım. Şimdi gerilim (potansiyel) ne demektir onu görelim.
GERİLİM NEDİR?
Elektrikle yüklü bir cisim alalım. Bunun üzerindeki elektrik yükü bir yerden başka bir yere giderse bir iş yapılmış olur. Demek ki:
- • Bir cisim üzerindeki elektrik yükünün iş yapma yeteneği —bir potansiyel enerjisi— vardır.
Elektrik yükü birimi kulon (cou-lomb) ‘dur. 1 kulonluk bir elektrik yükü, bir noktadan potansiyeli sıfır olan toprağa gidince, 1 jul (joule)’luk iş yaparsa, o elektrikli noktanın potansiyeli, ya da gerilimi 1 volt’tur. Buradan da anlaşılacağı gibi:
- • Gerilim birimi volt’tur.
- • Bir cisim üzerindeki elektrik yükü arttıkça gerilimi de artar.
ELEKTRİK DEPOSU: KONDANSATÖR
Elektrik yüklerini depo etmek için kullanılan bir araç vardır ki buna kondansatör (yoğunlaç) denir.
- • Kondansatörün elektrik yükünü alma yeteneği sığa’sı ile ölçülür. Sığası büyük olan kondansatör çok elektrik yükü depo eder.
Sığa birimi farad’dır. Küre biçimi bir kondansatör düşünelim. Yarıçapı 1 santim ise, bu kondansatörün sığası 1 santim’dir. Farad olarak kapasite birimi şöyle tanımlanır:
- • 1 kulonluk elektrik yüküyle yüklendiği zaman gerilimi 1 volt olan iletkenin (kondansatörün) sığası 1 farad’ dır. Farad’ın milyonda birine mikrofarad denir.
1 farad = 900.000.000.000 sm.’dir. Bundan da anlaşılacağı gibi sm. de kondansatör birimlerinden biridir.
GÖKYÜZÜNDE ELEKTRİK: ŞİMŞEK
Şimşekle yıldırım da birer elektrik olayıdır.
- • Havada her zaman elektrik yükü vardır.
Hava moleküllerinin atomları elektron kaybetmiş, yani artı elektrikle yüklenmiş durumdadır. Böyle elektrik dengesi bozulmuş atom parçalarına iyon denir. Demek ki havada her zaman artı iyonlar vardır. Yerden yükseldikçe bu iyonların oluşturduğu tabakaların gerilimi artar. Ayrıca mevsimler, gece-gündüz, havanın durumu da bu gerilimi etkiler. Yerden 12.000 metre yükseklikte hava iyonlarının gerilimi yerin geriliminden 200.000 volt daha çoktur.
FIRTINA ÇIKINCA…
Fırtınalı havalarda havadaki elektrik olayları daha da artar. Hava molekülleri arasında, bulutları oluşturan su damlacıkları arasında sert sürtünmeler o-lur. Bu sürtünme etkisiyle hava da, bulutlar da elektriklenir. Bu elektriklenme her zaman aynı işaretli elektrik yükü ile olmaz: Kimi bulutlar artı, kimi bulutlar da eksi elektrikle yüklenir, işte bunun için:
- Değişik elektrikli iki bulut belli bir uzaklığa gelince ikisi arasında bir atlama olur. Değişik işaretli elektrik yükleri birbirini çekerek aradaki boşlukta bir elektrik bağlantısı kurar.
ŞİMŞEK, GÖKGÜRÜLTÜSÜ, YILDIRIM
Bu boşalma, şiddetli bir ışıkla ses çıkararak oluşur, işte bu olaya şimşek çakması deriz: Çıkan ışık şimşek, duyulan ses gökgürültüsü’dür; aradaki a-kım yere düşerse yıldırım olur. Önce ışığını (şimşeği) görürüz; sonra sesi (gökgürültüsünü) duyarız. Çünkü hava içinde ışığın hızı sesin hızından büyüktür.
LABORATUVARDA ŞİMŞEK YAPABİLİRİZ!
Değişik gerilimdeki iki nokta arasında doğan bu atlamaya ark da denir. Ark, küçük ölçülerde, laboratuvarlarda da gerçekleştirilir. Yalnız, şimşeğin gerilimi, dolayısıyla ışığı, sesi çok şiddetlidir.
Atlama bir bulutla yer arasında olursa buna yıldırım deriz. Yıldırım düştüğü yerde büyük zararlar doğurur. Canlıları yakarak öldürür; yanıcı bütün cisimleri yakar; iletken olmayan cisimleri parçalar; metalleri eritir. Çünkü yıldırımın düşmesi için bulutla yer arasında çok büyük gerilim farkları gereklidir. Bu büyük gerilim farkı büyük bir enerji kaynağıdır; yıldırımın düşmesiyle yapacağı iş de büyük olur.
YILDIRIMSAVAR NASIL YAPILIR?
Yapıları, insanları yıldırımdan korumak için yıldırımsavar (yıldırımlık, paratoner) deneri bir donanım yapılır. Evin çatısına dikilen kalın demir bir çubuktur bu. Yere de bakır bir levha iyice gömülür. Demir çubukla, bakır levha arasına iletken bir tel yapıya değmeyecek şekilde döşenir.
Yıldırımsavarın iki türlü koruyucu etkisi vardır:
- Sivri uçlar elektriğin kolayca aktığı, ya da kolayca çekildiği şekillerdir. Paratoner de, bulutlara göre, sivri bir uç olduğu için bu etkiyi gösterir. Yerin gerilimiyle bulutun gerilimi ters olduğuna göre, bir miktar iyon bu arada nötürleşir, yani tam hava atomu haline dönüşür. Böylece bulutun elektrik yükü bir oranda azalmış olur. Bu,
yıldırımsavarın yıldırımı önleyici etki’ sidir. - Bulutun gerilimi çok yüksekse, gene atlama olur. Bu kez de yıldırım-, savarın sivri ucu elektriği çeker, yıldırım demir çubuğun üzerine düşer. İletken teli izleyerek bakır levhaya varır, toprağa geçerek zararsız hale getirilmiş olur. Bu da, yıldırımsavarın yıldırımı çekici etkisi’dir.
Genellikle, yapılara bir, ya da birkaç tane yıldırımsavar yapılır. Büyük yapılar çeşitli yıldırımlıklarla bir kafes gibi sarılır, böylece korunur.
ELEKTRİK AKIMI, ÜRETEÇ
Gerilimleri farklı olan elektrikli iki nokta düşünelim. İletken bir telle bu iki noktayı birleştirirsek telde bir elektron akımı doğar. İki noktanın gerilimi aynı olunca akım da kesilir. Sürekli olarak iki noktanın gerilimini değişik tutarsak iletken telden geçen elektron akımı da sürekli olur. Elektronlar eksi elektrikle yüklü olduklarına göre, teldeki akış yönleri de artı elektrikle yüklü noktadan eksi elektrikle yüklü noktaya doğru olacaktır.
Farklı işaretle yüklenmiş iki noktası olan araçlara elektrik kaynağı (üreteç), artı, ya da eksi elektrikle yüklü noktalarına da kutup denir. Pil, akü-mülatör, jeneratör hep birer üreteçtir. Elektronların çıktığı uca eksi (negatif) kutup, girdiği uca da artı (pozitif) kutup adı verilir. Her üretecin mutlaka iki kutbu vardır.
ESKİ BİR YANLIŞLIK
Yukarıda söylediğimize göre:
- • Elektron akımı eksi kutuptan artı kutba doğrudur.
Oysa birçok elektrik kitabında elektrik akımından söz edilirken, bunun yönünün «artı kutuptan eksi kutba doğru» olduğu yazılır. Bu durum elektriğin aslında elektron akımı olduğu daha bulunmamışken yapılan bir yanlışlıktan doğmuştur. O zamanlar kutuplar arasındaki iletken telden bir elektrik akımı geçtiği, bunun artı kutuptan eksi kutba doğru aktığı kabul edilmişti.
Aradan zaman geçip de elektrik akımının aslında elektron akımından başka bir şey olmadığı anlaşılınca, kabul edilen yönün elektron akımına ters olduğu da görülmüş, ancak yıllar boyunca yerleşmiş alışkanlıkları birden yıkmak çok güç olacağı için durum olduğu gibi bırakılmıştır. Bugün artık elektrik akımı denince artı kutuptan eksi kutba; elektron akımı denince de eksi kutuptan artı kutba doğru bir akımın söz konusu olduğunu biliyoruz.
ELEKTRİK AKIMININ ETKİLERİ
Elektrik akımı, üzerinden geçtiği iletkenlerde birtakım etkiler yaratır. Bu etkiler bize elektrikle çalışan binlerce aracı yapma olanağını kazandırmıştır. Akımın ilk etkisi ısı etkisi’dir.
- • Üzerinden elektrik akımı geçen bir iletken ısınır.
Elektrik de aslında bir enerji olduğuna göre bu doğal bir durumdur. Şöyle de diyebiliriz:
- • Üzerinden akım geçen bir teldp_ elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşür.
Akımın bu etkisi, elektrikle ısıtma yapmamızı sağlamıştır. Bütün elektrik ocakları, sobaları, ıskaraları, ütüler, ısıtıcılar bu etkiyle çalışır. Edison’un geliştirip insanlığın yararına sunduğu elektrik ampulü bile ısı etkisiyle çalışır.
Kaynak: pixabay.com
AMPULÜN YAPISI
Havası boşaltılmış ampul camı içinde çok ince tunsten metalinden yapılmış tel vardır. Bu tel, üzerinden elektrik a-kımı geçince, ısınır, öyle ısınır ki kızgın (akkor) hale gelir, ışık vermeye başlar. Elektrik sigortalan da aynı şekilde çalışır.
- • Elektrik sigortası, iletken telleri, elektrikli araçları korumak için kullanılır.
Üzerinden belli bir akım geçecek şekilde hesaplanmıştır. Bir bozukluk yüzünden kablodan daha büyük akım geçerse, sigorta içindeki tel ısınır, eriyip kopar, devre kesileceği için akım geçmez olur. Böylece o büyük akımın, elektrik hatlarını, ya da elektrikli araçları bozmasını, yakmasını önlemiş olur. Ya sigorta atar ya da sigorta artık kullanılamayacak hale gelir.
