I.   STATİK (DURGUN) ELEKTRİK

A. ATOMUN YAPISI VE ELEKTRİK YÜKLERİ

Atom, ortada çekirdek ve çevresinde dolanan elektronlardan oluşur. Atomun çekirdeği proton ve nötronlardan oluşmuştur. Çekirdekteki nötronlar yüksüz ve protonlar pozitif (+) yüklüdür. Çekirdeğin çevresinde dolanmakta olan elektronlar ise negatif (-) yüklüdür. Atomlarda hareketli olan parçacıklar sadece elektronlardır. Bundan dolayı elektrikte yük hareketi elektron hareketiyle gerçekleşir. Pozitif yükler hareketsizdir.

•           Bir atomda pozitif yükler ile negatif yükler birbirine eşit ise buna nötr (yüksüz) atom denir.

•           Eğer nötr bir atom elektron kaybetmiş ise pozitif yükler çoğunlukta olacağı için bu atoma pozitif yüklü atom (iyon) denir.

•           Eğer nötr atom elektron kazanmış ise bu atoma negatif yüklü atom (iyon) denir.

Aynı tür yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker. Yükler arasındaki bu kuvvete Coulomb kuvveti denir.

 

Coulomb kuvveti yüklerin büyüklükleri ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.

 

Doğadaki en küçük elektrik yükü elektronun ve protonun yüküdür. Bunlar birbirine değer olarak eşit fakat işaret olarak zıttır. Elektron ve protonun yükü çok küçük olduğu için yük birim olarak coulomb (C) kullanılır.

 

1 coulomb = 6, 25 .10¹⁸ elektron yüküdür.

 

B. ELEKTRİKLENME ÇEŞİTLERİ

 

1.         Sürtünme ile elektriklenme

Ebonit çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde ebonitin (-) , yün kumaşın (+) yüklendiği görülür. Cam çubuk ipek kumaşa sürtüldüğünde camın (+), ipek kumaşın ise (-) yüklendiği görülür. Sürtünme ile elektriklenme yalnızca bazı yalıtkan maddeler arasında gözlenebilir.

 

2.         Etki ile elektriklenme

Yüklü bir cisme bir başka iletken cisim yaklaştırıldığında aynı tür yükler birbirini itip, zıt yükler birbirini çekeceği için cisimlerin üzerinde bir yük hareketi oluşacaktır.

 

3.  Dokunma ile elektriklenme

Yüklü bir cisim nötr veya yüklü bir başka iletken -dokundurulduğunda aralarında yük alışverişi olur • süre sonra yükler dengelenerek yük alışverişi durur.

Topraklama : Yüklü bir cismi nötr hale getirmek için torağa dokundurulması olayına topraklama denir.

•           Lastik, plastik, ebonit, kağıt, cam gibi   elektriği iletmeyen maddelere yalıtkan madde denir. Sürtünmeyle elektriklenen ve enerjiyi üzerinde durgun olarak tutan maddeler yalıtkan maddelerdir.

•           Metaller gibi elektriği ileten maddelere iletken madde denir, iletkenlerde elektronlar serbestçe hareket edebilir.

 

C. ELEKTROSKOP

Cisimlerdeki yük varlığını ve türünü anlamamıza yarayan alete elektroskop denir. Elektroskop yüklendiğinde yaprakları açılır ve yüksüz olduğunda yaprakları kapalı durumda olur.

 

D. ŞİMŞEK, YILDIRIM ve GÖK GÜRÜLTÜSÜ

Bulutlar hareket ederken birbirlerine ve hava moleküllerine sürtünürler. Sürtünme sonucu üzerlerinde elektriklenme oluşur. Yer yüzünün buluta yakın olan kısımları da cinste (zıt) elektriklenebilir. Bu sebeple bulut ile yeryüzü arasında zaman zaman elektriksel boşalma .Bu olaya yıldırım denir.

 

Yüksek binaları, kuleleri yıldırımdan korumak için yıldırımlık yapılır. Yıldırımlık (paratoner), toprağa bağlı sivri uçlu bir metal çubuktur. Bu uca düşen yıldırımdaki elektrik, iletken bir kablo yardımıyla toprağa aktarılır. Böylece paratoner yardımıyla yıldırımın tehlikelerinden korunuruz.

Bulutlarda biriken elektrik yalnız yer yüzüne değil,  bulutun bir noktasından diğer bir noktasına da boşalabilir. Bu olaya şimşek denir. Gerek şimşek, gerekse yıldırım, ışık ile birlikte şiddetli bir ses meydana getirir. Bu sese gök gürültüsü denir. Işık, sesten çok daha hızlı yayılır. Şimşeklerin çaktığı bir havada ilk önce parlak ışığı görür sonrada gök gürültüsünü duyarız. Örneğin; gök gürültüsünün şimşekten bir saniye sonra duyulması yıldırımın 350 metre uzakta oluştuğunu bize gösterir.

 

ELEKTRİK DEVRELERİ EKTRİK AKIMI

Elektronların iletken içindeki hareketine elektrik akımı denir. Bir iletkenden birim zamanda (t) geçen yük miktarına (q), elektrik akım şiddeti ( I ) denir.

 

-          Elektrik akımı, üretecin ( + ) ucundan çıkıp ( - ) ucuna girecek şekilde oluşur.

-          Elektron akımı, üretecin ( - ) ucundan çıkıp ( + ) ucuna girecek şekilde olur.

 

B. ELEKTRİK DEVRE ELEMANLARI

1.         Üreteç

Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirerek devreye elektrik akımı veren elemanlara pil veya akümülatör denir. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara jeneratör denir.

Bir üretecin uçları arasındaki potansiyel farka elektromotor kuvvet (emk, V) denir.

2.         Direnç

Elektrik akımının geçmesine zorluk gösteren yani elektrik enerjisinin harcandığı elemana  direnç denir. Bunlar lamba, ütü, elektrik ocağı vb. cihazlar olabilir. Direncin birimi ohm (W) dur.

3.         Ayarlı Direnç (Reosta)

Devredeki akım şiddetini ayarlamak için  kullanılan değişken dirençlere reosta denir.

4.         Ampermetre

Elektrik akım şiddetini gösteren ölçü aletine ampermetre denir. Ampermetreler devreye daima seri bağlanır. Akım birimi amperdir.

5.         Voltmetre

Elektrik devrelerinde potansiyel farkı (gerilim) gösteren ölçü aletine voltmetre denir. Voltmetre gerilimi ölçülecek elemana daima paralel bağlanır. Potansiyel fark (gerilim) birimi volttur.

 

Diğer devre elemanları : Topraklama, sigorta

 

C. OHM KANUNU

 

Bir iletkenin uçlarındaki potansiyel fark (gerilim) ile iletkenin içinden geçen akım arasında sabit bir oran vardır. Bu orana iletkenin direnci denir.

 

-          Bir iletkenin direnci; öz direnci ve boyu ile doğru orantılı, kesit alanı ile ters orantılıdır.

Özdirenç : Birim uzunluk ve birim kesitteki iletkenin direncine denir. İletkenin cinsine bağlıdır ve ayırt edici bir özelliktir.

 

Kısa Devre : Elektrik akımının devresini direncin olmadığı yoldan tamamlamasına denir. Direnç üzerinden akım geçmez.

 

D. DİRENÇLERİN BAĞLANMASI

1. Seri Bağlama

Dirençlerin birer uçları birbirine bağlanarak (uç uca eklenerek) elde edilen bağlama şekline seri bağlama denir.

Eşdeğer direnç, dirençlerin toplamına eşittir.

Toplam potansiyel fark dirençlerin potansiyel farklarının toplamına eşittir.

 

2. Paralel Bağlama

Dirençlerin birer uçları bir noktada, diğer uçları da başka bir noktada olacak şekilde bağlanmalarına paralel bağlama denir.

Eşdeğer direnç, 1/Reş = 1/R₁+1/R₂+1/R₃

Devrenin toplam akımı, kolların akımları toplamına eşittir.

Kollardaki potansiyel farklar birbirine eşittir.

 

III. ELEKTRİK DEVRELERİNDE AKIM VE GERİLİM

1. SERİ BAĞLI DEVRELERDE AKIM VE GERİLİM

-          Seri bağlı devrelerde, toplam gerilim, devredeki dirençlerin gerilimlerinin toplanması ile bulunur.

-          Seri bağlı devrelerde, akım kollara ayrılmadığı için ana kol akımı (I), devredeki dirençlerin akımlarına eşittir.

-          Seri bağlı devrelerde, dirençlerden  geçen akım şiddeti sabit olduğundan, gerilimler, dirençlerin büyüklüğüyle doğru orantılı olur.

1. PARALEL BAĞLI DEVRELERDE AKIM VE GERİLİM

-          Paralel bağlı devrelerde, paralel bağlı dirençlerin gerilimleri birbirine eşittir.

-          Paralel bağlı devrelerde, akım kollara ayrıldığı için toplam akım kollardaki akımların toplanması ile bulunur.

-          Her bir koldan geçen akım, o koldaki dirençle ters orantılıdır. Büyük dirençten az akım, küçük dirençten çok akım geçer.

IV. ÜRETEÇLERİN BAĞLANMASI

A. SERİ BAĞLAMA

1.  Düz Seri Bağlama

Seri bağlamada bir üretecin (+) ucu diğer üretecin (-) ucuna bağlanır. Bu durumda toplam potansiyel fark, üreteçlerin potansiyel farklarının toplamına eşit olur.

Üreteçler seri bağlandığında toplam potansiyel fark artar. Bu nedenle devre akımı artar. Çekilen akım şiddeti arttığı için üreteçlerin ömrü azalır.

2.  Ters Seri Bağlama

Seri bağlı üreteçlerin aynı kutupları birbirine bağlandığında üreteçler ters bağlanmış olur. Bu durumda şekildeki üreteçlerin toplam potansiyel farkı; V=V₁+V₂-V₃ olur. (V₁ + V₂ > V₃ ise,)

 

B. PARALEL BAĞLAMA

Üreteçlerin (+) uçları birbiriyle, (-) uçları da birbiriyle bağlanırsa buna paralel bağlama denir. Paralel bağlı üreteçlerin potansiyel farkları eşittir. Bu durumda toplam potansiyel fark; yine V kadar olur.

Üreteçlerin toplam potansiyel farkı bir üretecinki kadar olur. Bu nedenle üreteç sayısı arttıkça devrenin toplam potansiyel farkı ve akımı artmaz. Çekilen akım şiddeti artmadığı için üretecin ömrü uzun olur. (Üreteçlerin iç dirençleri ihmal ediliyor.)

 

V. GÜÇ VE ENERJİ

Elektronlar bir iletkenden geçerken iletkenin atomlarına çarparak titreşimlere sebep olurlar. Bu titreşimler iletkene ve çevreye yayılarak ısı enerjisinin oluşmasına sebep olurlar. Bu şekilde elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşmüş olur.

Isınan iletkenin erime noktası çok yüksek ise iletken akkor hale gelerek ışık enerjisi de yayar.

 

1. ENERJİ

 

Bir elektrik devresinden akım geçirildiğinde iş yapılmış (bir miktar enerji harcanmış) olur. Bu enerji

Enerji = Gerilim x Akım x Zaman

 

E = V . I . t    olur.

 

                                             V2

V = I . R olduğundan enerji E = —- . t veya E = I² . R. T şeklinde de ifade edilir.         

                                               R

 

E	V	I	R	t
Enerji	Gerilim	Akım	Direnç	Zaman
J	V	A	W	s
wh	V	A	W	h

 

      1 wh    =  3600 J

      1 kwh  =   1000 wh

      1 J      =   0,24 cal

 

B. ELEKTRİKSEL GÜÇ

Bir elektrik devre elamanının harcadığı güç;

           Harcanan enerji                         V . I . t

Güç =   ----------------------             P =    --------------

                Zaman                                    t       

 

Güç = Gerilim • Akım                P = V . I

 

                                              V²

V = l . R olduğundan güç   P = ---- veya P = l² . R şeklinde ifade edilir.    

                                              R

 

P	V	l	R
Güç	Gerilim	Akım	Direnç
W	V	A	n

 

VI. MANYETİZMA

Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren cisimlere mıknatıs denir.

Elde ediliş biçimlerine göre; doğal ve suni mıknatıs şeklinde ikiye ayrılırlar.

Mıknatıslık sürelerine göre ise; geçici ve daimi mıknatıs şeklinde ikiye ayrılırlar. Mıknatıslar şekillerine göre incelendiğinde; atnalı, çubuk, U şeklinde ve pusula iğnesi şeklinde olanları vardır.

 

A. MIKNATISIN KUTUPLARI VE MANYETİK KUVVET ÇİZGİLERİ

Mıknatısın çekme özelliği fazla olan uç kısımlarına mıknatısın kutupları denir.

Çubuk mıknatıs tam ortasından bir iple asıldığında, kutuplardan biri kuzeye, diğeri güneye yönelir. Kuzeye yönelen uca kuzey kutup (N), güneye yönelen uca güney kutup (S) adı verilir.

 

Mıknatıslar; demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekerler. Mıknatıs tarafından çekilebilen bu tür maddelere manyetik maddeler denir.

Mıknatısın, manyetik cisimleri her yönde çekebildiği alana mıknatısın çekim alanı denir. Mıknatısın bu çekim alanına mıknatısın manyetik alanı da denir.

Mıknatısın çevresinde oluşturduğu bu manyetik alan, manyetik kuvvet çizgileri ile gösterilir.

 

Manyetik kuvvet çizgileri, mıknatısın  N  kutbundan çıkıp S kutbuna görecek şekilde yönlendirilir.

Bir mıknatısın manyetik kuvvet çizgileri, mıknatısın uçlarına yakın bölgelerde daha sık, uzak bölgelerde ise seyrektir. Manyetik alanın şiddeti manyetik kuvvet çizgilerinin sık olduğu yerlerde büyük ve manyetik kuvvet çizgilerinin seyrek olduğu yerlerde küçük olur.

 

B. MIKNATISLANMA

Manyetik maddeler, sürtünme, dokunma ve tesir ile mıknatıslanabilirler.

Bir mıknatısın manyetik alanı içine yerleştirilmiş, mıknatıs özelliği olmayan bazı maddeler, alan içinde belli bir süre kaldıktan sonra mıknatıslık özelliği kazanırlar. Bu tür mıknatıslanmaya tesir ile mıknatıslanma denir.

Isıtma, çarpma ve manyetik alanının ortadan kaldırılması gibi yollarla maddelerin mıknatıslık özellikleri yok edilebilir.

Mıknatıslık özelliği olmayan manyetik maddelerin manyetik özellik gösteren küçük bölgelerinin dizilişi düzensiz ve karışıktır. Mıknatıslandığında ise bu manyetik özellik gösteren küçük bölgelerin dizilişi düzenli hale gelir.

Demir, mıknatıslandığında mıknatıslığı geçici olur ve buna geçici mıknatıslanma denir.

Çelik ise mıknatıslık özelliğini uzun süre korur ve buna daimi (sürekli) mıknatıs denir.

 

Mıknatısın Bölünmesi:

Bir mıknatıs bölündüğünde oluşan her parçacığın mıknatıslığı devam eder. Bu nedenle her parçanın N ve S kutupları bulunur.

Bölünmüş mıknatısın bir ucu N kutbunu iter, diğer ucu ise çeker. N kutbunu iten uç N, çeken uç ise S tir. Mıknatısın bölme işlemi defalarca tekrarlandığında elde edilen her parçada N ve S kutuplarının etkisi devam eder.

 

Mıknatısların Çekme ve İtme Kuvvetleri :

iki mıknatıs birbirine yeterince yaklaştırıldığında aralarında çekme veya itme şeklinde bir kuvvet oluşacaktır.

Mıknatıslarda aynı tür kutuplar birbirini iter ve zıt kutuplar birbirini çeker.

 

Mıknatıs etkisinin ortamlardan geçişi:

Mıknatısın manyetiklik etkisi manyetik kuvvet çizgileri ile belirtilir. Bu manyetik kuvvet çizgileri manyetik maddelerde daha sık ve etkin olurlar. Buna karşılık manyetik olmayan maddelerde seyrek olacakları için mıknatıslık etkisini iyi iletemezler.

Manyetik alan, boşluk dahil her ortamda etkindir ve yalıtılması ortam etkisi ile mümkün değildir.

 

Bir mıknatısın kutuplarının pusula ile belirlenmesi:

Kutupları bilinmeyen bir mıknatısın hangi ucunun kuzey (N), hangi ucunun güney (S) olduğu bir pusula ile belirlenebilir.

Mıknatısın bir kutbu, pusula ibresinin kuzey yönü gösteren ucuna yaklaştırıldığında, çekme etkisi görülürse bu uç S kutubudur veya itme etkisi görülürse N kutbu olduğu anlaşılır.

 

1. YERKÜRE`NİN MANYETİK ALANI

Ortasından bir iplik ile bağlanarak asılan çubuk mık sın belirli bir doğrultuyu alması, mıknatısa bir manyetik alanın etki ettiğini gösterir. Bu alan yerin manyetik alanıdır.

Mıknatısın N kutbu kuzeyi ve S kutbu güneyi gösteri kuzeyde bir güney mıknatıs kutbunun ve güneyde kuzey mıknatıs kutbunun olduğunu gösterir.

Pusula ibresi, manyetik kutuplar doğrultusunda sapacağı için, coğrafi kuzey-güney ekseni arasında bir açı oluşur. Bu açıya sapma açısı denir.

Yerin manyetik kutupları arasındaki eksen ile dönme ı seni arasında yaklaşık 15° lik açı vardır. Dünya`nın manyetik alanının gösterdiği etki yerin merkezine konmuş büyük bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benzer

 

1. ELEKTROMIKNATIS

İçinden elektrik akımı geçen telin yanına bir pusula yerleştirildiğinde pusula ibresinin saptığı gözlenir. Pusula ibresinin ancak manyetik alan etkisi ile saptığı bilindiğine göre akım geçen iletkenin çevresinde manyetik alan oluşturduğu anlaşılmaktadır.

Galvanoskop : Pusula tel sargı düzeneğine galvanoskop denir. Bu alet elektrik akımının varlığını tespit etmek için kullanılır.

 Elektromanyetizm veya Elektromıknatıslık Nedir / Elektromanyetizm veya Elektromıknatıslık Hakkında

Elektromanyetizm veya elektromıknatıslık, elektromıknatıssal alanın fiziğidir. Elektromanyetik alan, elektrik alan ve manyetik alandan oluşur. Elektrik alanını durgun elektrik yükleri yaratır ve bu alan statik elektriğe veya bir elektriksel iletkende elektrik akımına neden olan elektrik kuvvetini oluşturur. Manyetik alan elektrik yüklerinin hareketi (bir tel üzerinden geçen elektrik akımı gibi) ile yaratılır ve bu alan manyetik kuvvetin oluşmasını sağlar. Manyetik alanda hareket eden elektriksel yük manyetik kuvvete mağruz kalabilir. Manyetik kuvvet oluşmasında görecelilik (İzafilik) kuralı işler. Eğer iki yük aynı yönde ve aynı hızda hareket ediyorlar ise, mıknatıssal alan oluştursalar bile birbirlerine mıknatıssal kuvvet oluşturamazlar. Elektromanyetizm terimi elektrik ve mıknatıssal alanın birbiri ile yakın oluşundan ve bazı durumlarda onları ayrı düşünmenin imkânsız olmasından dolayı ortaya çıkmıştır. Örnek olarak, elektromıknatıssal indüksiyon olarak bilinen (jeneratör, indüksiyon motoru ve trafonun çalışmasının arka planında yatan neden) mıknatıssal alandaki değişimin elektrik alanında değişime neden olması gibi. Elektrodinamik terimi ise bazen elektromanyetizmin ve mekaniğin bir arada oluşunu belirtmek için kullanılır. Elektromıknatıssal alanın elektrik yüklü parçacıklara olan etkisini inceler.

Elektromıknatıssal yayılım

Işık ve radyo dalgası hareket eden bir elektromıknatıssal dalgadır. Bu yüzden bütün optik ve radyo frekansı-RF olayları aslında elektromıknatıssaldır.

 

 Elektromıknatıs Nedir ?

Elektromıknatıs, elektrik akımı kullanılarak demirden elde edilen mıknatıstır.Elekromıknatısın her iki ucu da manyatik maddeleri çeker.Pil,ters çevrilirse elektromıknatısın her iki ucu da aynı şekilde çekme özelliği gösterir ama kutupları yer değiştirir.Ancak elektro mıknatıslarda her zaman pil söz konusu değildir.Büyük elektro mıknatıslarda gelişmiş akü,motor vb. güç kaynakları kullanılır. Elektromıknatısın kutupları sarımdan geçen akımın yönüne bağlıdır.Sağ elimizin dört parmağı bobin üzerinden geçen akım yönünde olacak şekilde elimizi sardığımızda baş parmak kuzey kutbunu gösterir.Diğer uç ise güney kutbu olur.Kuzey kutbu mıknatısın pozitif,güney kutbu ise negatiftir. Bir elektromıknatısın çekim gücü;

Bobindeki sarım sayısı ile doğru orantılı,
Telden geçen akım miktarı ile doğru orantılı,
Pil sayısı ile doğru orantılı,
Pilin gerilimi ile doğru orantılıdır.

Elektromıknatıs her zaman mıknatıslık özelliği göstermez, akım kesildiği an mıknatıslık özelliği de kaybolur.

Kullanıldığı yerler

Elektromıknatıslar, elektrik zili, bilgisayar yapımı, telefon, telgraf gibi araçlar ve birçok elektronik aracın yapısında kullanılır. Demir yükleme işleri yapan vinçler, elektromıknatıslarla yüklerini kaldırır.Ayrıca hurda toplama yerlerinde hurdalar elektromıknatıslar sayesinde taşınıp istenilen yere ***ürülür.Birçok yerde kullanılır.

ELEKTRİK AKIMI

 Akım Nedir?

Elektrik akımı, yüklü temek parçacıklar (eksi yüklü elektronlar ile artı yüklü protonlar), iyonlar (bir ya da daha çok Elektron yitirmiş ya da kazanmış atomlar) ve delikler (artı yüklü parçacık olarak düşünülebilen elektron eksikliği) gibi Elektrik yükü taşıyıcılarının devinimlerinin ortak adı.
 

Elektrik yükünün elektronlarca taşındığı bir tel içindeki akım, birim zamanda telin herhangi bir noktasından geçen yük miktarının ölçüsüdür. Alternatif akımda (*) elektrik yüklerinin hareketi periyodik olarak yön değiştirir; doğru akımda (*) ise akım yönü değişmez Elektrik devrelerinde akım yönü genellikle artı yüklerin akış yönü olarak kabul edilir; bu yön gerçek elektron akış yönünün tersidir. Yönü bu biçimde tanımlanan akıma, uzlaşılmaz akım denir.

Gaz ve sıvılarda elektrik akımı, genellikle artı iyonlar bir yöne akarken eksi iyonların da ters yöne akmalarından oluşur. Akımın toplam etkisini değerlendirmek için genellikle artı yük taşıyıcılarının yönü seçilir. Ters yönde akan bir eksi yük akımı, aynı büyüklükte artı yük taşıyan ve uzlaşımsal yönde akan akıma eşdeğerdir ve toplam akımın bir bölümünü oluşturur. Yarı iletkenlerde elektrik deliklerin uzlaşımsal yönde, elektronların da ters yönde hareketinden oluşur.
Ayrıca birçok başka akım türü vardır. Parçacık hızlandırıcılarında oluşturulan proton, pozitron ya da elektrik yüklü pion ve mün demetleri bunlar arasında sayılabilir.

Kendi çerçevesinde bir magnetik alan oluşturan elektrik akımı kendi dışındaki bir magnetik alan içinden geçerse bir kuvvetin etkisi altında kalır.
Bir iletkende elektrik akımının yol açtığı ısı kaybı akım şiddetinin karesiyle orantılıdır.

Akım şiddetinin yaygın birimi amperdir. Bir Amper saniyede bir coulomb elektrik yükünün, yani 6,2 x 10 elektronun akışına eşittir. Santimetre-gram-saniye sistemde akım şiddeti birimleri saniyede Elektrostatik yük birimi (esu) ya da mutlak elektromagnetik birimdir. (abamp) Bir abamp 10 ampere eşittir; bir amper, saniyede 3x10 esuya eşittir.

Elektrik alanı, bir elektrik yükünün çevresinde oluşan ve bir başka yük üzerinde elektrik kuvveti uygulayan bölge. Elektrik kuvveti birbirinden belli uzaklıkta bulunan iki elektrik yükünün doğrudan etkileşimi olarak görülemez. Yüklerden biri çevresindeki uzaya doğru genişleyen elektrik alanının kaynağı kabul edilir ve ikinci yüke etiyken kuvvet bu alanda ikinci yük arasında doğrudan bir etkileşim olarak düşünülür. Herhangi bir noktada ki elektrik alanının şiddeti bu noktadaki birim artı elektrik yüküne etkiyen kuvvet olarak tanımlanır. E=F/q biçiminde gösterilir. Değeri birinciden iki kat büyük olan ikinci bir yüke test yükü etkiyen kuvvetin değeri de iki kat artar ama yüke kuvvetin oranı yani elektrik alan şiddeti E alan içinde verilen bir noktada sabittir.

Elektrik alan şiddetinin değeri test yüküne değil alan oluşturan yüke bağlıdır. Gerçekte kendisi de bir elektrik alanına sahip bir test yükü içine konulduğu alanda çok büyük de olsa bir miktar değişikliğe yol açar. Elektrik alanı test yükü alanın içine alınıp alanda bu ufak değişikliği yapmamışken birim artı yük üzerinde etkiyen kuvvet olarak da düşünülebilir.

Bir eksi yüke etkiyen kuvvet yönü, artı yüke etkiyen kuvvetininkinin tersidir. Bir elektrik alanını hem büyüğü hem de yönü bulunduğundan alanın yönü bir artı yük üzerindeki kuvvetin yönü olarak seçilmiştir. Artı yükler birbirini ittiği için yalıtılmış bir artı yükün çevresindeki elektrik alanı merkezden dışarıya doğru yöneliktir.

Elektrik alanları artı yüklerden başlayıp eksi yüklerde sonlanan kuvvet çizgileriyle gösterilir. Bu çizgiler alan içinde yerleştirilebilecek küçük bir artı yükün çizeceği yörüngeyi belirtir. Kuvvet çizgilerinden birine teğet olan bir doğru teğet noktasındaki elektrik alanının yönünü gösterir. Kuvvet çizgilerinin birbirine yakın olduğu yerdeki alan şiddeti çizgilerin birbirinden uzak olduğu yerdekinden daha büyüktür.

Elektrik alanını oluşturan bir elektrik yükü çevresindeki alanın şiddeti yükün uzaydaki dağılış biçimine bağlıdır. Yükün tek bir noktada yoğunlaşmış olması durumunda elektik alanı yükün miktarıyla doğru orantılı alanı oluşturan yükün merkezine olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Ayrıca yüklerin içinde bulunduğu ortamın niteliği de elektrik alanının değerini etkiler. Alanın boşluktaki değeri herhangi başka bir ortamdaki değerinden her zaman büyüktür.
Uzayın her noktasının büyüklüğü ve yönü E elektrik alan şiddetiyle belirtilen bir elektriksel bir özelliği vardır. Herhangi bir noktadaki elektrik alanının değerini bilmek bu noktanın yanındaki elektrik yüklerinin davranışı hakkında bilgi edinmek için yeterlidir.

Bir Televizyon vericisi anteninden yüklerin bir aşağı bir yukarı hızlanması gibi bazı durumlarda elektrik alanın kendini oluşturan yükten ayrılabilir. Bu durumda elektrik alanı kendisine eşlik eden bir magnetik alan ile birlikte dalga halinde ve ışık hızına eşit bir hızla uzaya yayılır. Elektro magnetik dalgaların varlığı elektrik alanlarının yalnızca elektrik yükleri tarafından değil değişen magnetik alanlar tarafından da oluşturulabildiği kanıtlar.

Elektrik alanın değerinin boyutu birim yük başına kuvvettir. Metre-kg-saniye ve SI sistemlerindeki birimler coulamp başına Newton ve buna eşdeğer olan metre başına volttur. Santimetre-gram-saniye sisteminde ise elektrostatik yük birimi (esu) başına DIN birimi kullanılır. Buda santimetre başına statvoltun eşdeğeridir.
Elektrik anahtarı, şalter olarak da bilinir. normal yük koşulları altındaki elektrik devrelerini açmak ve kapamak için kullanılan genellikle elle çalıştırılan aygıt. Elektrik anahtarlarının pek çok türü vardır. Yaygın biçimde kullanılan bıçaklı Anahtar tek ya da çok kutuplu tel ya da çift konumlu olabilir. 20.000 ampere ve 750 volta kadar çıkabilir.

Civalı (sessiz) anahtar türü ev aydınlatma devrelerinde geniş ölçüde kullanılır. Yağlı anahtarlarda ise ark oluşumunu azaltmak için anahtar yağ içine batırılmıştır. Enerji üretim ya da transformatör merkezinde bütün anahtar ve devre kesiciler şalt donanımı olarak adlandırılır ve çoğunlukla merkezin yakınında ayrı bir yerde toplanır.

Elektrik arkı, bir Gaz ya da bahar içindeki iki ayrık iletkenin arasında ve görece düşük bir potansiyel farkı (gerilim) altında oluşan, yoğunluğu yüksek, sürekli elektrik akımı. Arkların yüksek yoğunlukta ışık ve ısı verebilme özelliğinden, kaynakçılıkta, normal Hava basıncında çalışan karbonlu ark lambaları ve ark fırınlarında; alçak basınçlı sodyumlu ark lambaları ve civalı ark lambalarında yararlanılır.

Elektrik boşalmalı lamba, saydam bir koruyucu içindeki gazın, bir gerilim uygulandığında ışıltı verme özelliğine dayalı olarak çalışan aydınlatma aygıtı. 1675 de Fransız astronom Jean Picard, bir civalı baronometre tüpünü çalkaladığında, zayıf bir ışıltının belirdiğini gözlemledi. Ama ışıltının nedeni (statik elektriklenme) ortaya çıkaramadı. 1855 de düşük basınçlı bir gaza elektrikli gerilimi uygulayarak ışıltı elde edilen Geissler tüpünün geliştirilmesiyle, elektrik boşalmalı lambaların temel çalışma ilkesi ortaya çıkarılmış oldu.

19.yy. da elektrik üreteçlerinin günlük yaşama girmesinden sonra, gaz tüplerinin elektrik enerjisi uygulamasına ilişkin bir çok deney düzenlendi. 1900 den sonra elektrik boşalmalı lambalar Avrupa ve ABD de yaygın olarak kullanılmaya başladı. Neon gazı bu amaçla ilk kez 1910 yıllarda Fransız mucit Georges Claude tarafından kullanıldı.

Neon lambasında neona civa buharı katılarak mavimsi bir renk elde edilir. Civa buharı, fluoresan lambalar ile bazı mor ötesi lambalarda da kullanılır. Helyum, turuncu-sarı Cam içinde Altın renginde ışıldar; sarı cam içinde mavi ışık yeşil gözükür; kimi gaz karışımlarından ise byaz ışıltı elde edilir. 1931 de Avrupa da geliştirilen Sodyum buharlı lamba, sarı rengin sakıncalı olmadığı durumlarda iyi bir aydınlatıcıdır. Gece lambası ya da gösterge olarak kullanılan lambalar küçük bir ampul ile yüksek dirençli flamadan oluşur.

Bu flamanın iki ucunda bulunan levhacıklar arasındaki gerilim, ampul içinde gazın (genellikle neon ya da argon) hafifçe ışıldamasını sağlar. Bu lambalar çok az enerji harcar. Omürleri de uzundur. Işıltı boşalımın lambanın uçlarındaki gerilimi sabit tutma eğiliminden yararlanılarak bu lambalar bazen gerilim regülatörü olarak da kullanılır. Elektrik çarpması, vücuda giren elektrik akımının fiziksel ve algılanabilir etkisi. Bu olayın sınırları kuru havada kalın bir halı üstüne dolaşan kişinin algıladığı batıcı, ama zararsız Statik elektrik yükünden bir enerji iletim hattından kaynaklanan öldürücü elektrik boşalmasına kadar değişir.

Ölümle sonuçlana elektrik çarpmalarının büyük bölümü evlerde kullanılan 50 Hz (Avrupa) ya da 60 Hz (Kuzey Amerika) frekansındaki alternatif akımdan kaynaklanır. Öte yandan yüksek gerilimli akımdan çalışan aygıtların ve besleme devrelerini kullanımı yalnızca eğitilmiş kişilerin elinde olduğundan 500 V’tan daha düşük gerilimli iletkenlerle temas sonucundaki ölüm olaylarına da daha sık rastlanır.
Elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkisi, volt la ölçülen gerilim değerinden çok amperle ölçülen akım şiddetine bağlıdır.
 

Elektrik Nasıl Üretilir?
                          
Elektriğin üretilmesinde en temel prensip şudur; elektrik manyetik alan oluşturuyorsa, manyetik alan neden elektrik oluşturmasın. Yani bir motora elektrik verdiğimizde dönerse, döndürdüğümüz zamanda elektrik verir. İşte bunu akıl eden Michael Faraday, bir tel bobine elektrik yüklediğinde, ayrı olarak yanında duran ikinci bobininde elektrik akımı oluştuğunu saptadı. Bunun manyetik etki sonucu olduğunu buldu. Terse giderek müthiş buluşunu gerçekleştirdi. Bir telden geçen elektrik manyetik etki yaratıyorsa, tersi de yani manyetik etki de elektrik oluşturabileceğini düşündü. Bir mıknatısı bir tel bobinin içine sokup çıkardı ve telin elektrik yüklendiğini buldu.

  

Hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren cihazlara jeneratör denir.Bir jeneratör motorun tersini yapan bir cihazdır.

FARADAY DİSKİ

 

Manyetizma Nedir?

İlk elektriği eski Yunanlılar keşfetmişlerdir. Manyetizma sözcüğü ise yine Yunanlıların gizemli çekim gücüne sahip kaya parçalarına rastladıkları Magnesia yani şimdiki Manisa bölgesinin isminden gelir. Bu kayalar günümüzde manyetit diye adlandırılan demir cevheri maddelerdir. Mıknatısın özelliklerinden birisi, suda yüzdürüldüğünde yani serbest olduğunda hep kuzey güney yönünü göstermesidir.Bu da bize pusulanın çalışma prensibini gayet iyi açıklıyor.

 

Durağan (statik) Elektrik Nedir?

Durağan elektrik, doğal olarak oluşan elektriktir. Kazağımızı çıkartırken ortaya çıkan çıtır çıtır sesler durağan elektriğin boşalmasından kaynaklanır. Sürtünmeden meydana gelen bu elektrik 2000 yıldan fazla zaman önce eski Yunan’da gözlemlenmiştir.  Kehribardan (ağaç özsuyunun fosilleşmesinden oluşan madde) yapılma süs eşyalarının yine kehribardan yapılma elbiselere sürtünmelerinden dolayı meydana gelmiştir.

Manyetizmanın Mantığı Nedir?

Yapılan araştırmalarda, mıknatısların, minik milyonlarca birimlerden oluştuğu ve bu birimlerin düzenli sıralandığı ve mıknatıs gibi davrandıkları keşfedilmiştir. Normal bir demirde bu birimler dağınık halde bulunduğundan birbirlerinin manyetik özelliklerini yok ederek yapışkan davranamıyorlar. Fakat demire mıknatısı yaklaştırınca mıknatıs demirdeki birimleri de sıraya sokuyor ve mıknatıslanma olayı gerçekleşiyor.

Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren cisimlere MIKNATIS denir. Doğal ve yapay olmak üzere iki çeşit mıknatıs vardır. Doğal mıknatıs: İçerisinde manyetit adı verilen demir oksit bileşiği içeren kayaç doğal mıknatıstır. Yapay mıknatıs: Bizim kullandığımız mıknatıslar yapay mıknatıslardır. Mıknatıslar kullanım alanlarına göre farklı şekil ve büyüklükte yapılır. Yapay mıknatısların yapımında daha çok demir ve çelikten yararlanılır. Mıknatısın kuzeyi gösteren ucu N ve güneyi gösteren ucu S ile gösterilir. Burada N ve S harfleri kuzey (North) ve güney (South) sözcüklerinin İngilizce karşılığının ilk harflerinde gelmektedir. Mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutupları birbirini iter. Her mıknatısın çevresinde manyetik alanı vardır. Mıknatısın manyetik alan kuvvet çizgileri kuzey kutbundan çıkar, güney kutbunda son bulur.

• Bir maddenin mıknatıslık özelliği kazanabilmesi için manyetik madde olması gerekir. Demir, nikel, kobalt gibi mıknatıs yapımında kullanılan maddelere manyetik madde denir.
• Sıradan bir manyetik maddede her biri mıknatıs gibi davranan milyonlarca minik bölgecikler düzensiz bir şekilde bulunur. Bölgeciklerin birbirlerinin manyetik etkisini yok etmelerinden dolayı madde mıknatıslık özelliği göstermez.
• Manyetik madde, bir mıknatısın manyetik alanına girdiğinde bölgecikler düzenli hale gelir. Böylece madde mıknatıslanır. Manyetik madde birkaç yöntemle mıknatıslanabilir. Ancak bu yöntemlerin en kontrollü ve güçlüsü elektrik akımı kullanarak mıknatıslandırmadır.

Manyetik maddeleri mıknatıslandırma yöntemleri:

* Etki ile mıknatıslandırma * Dokunma ile mıknatıslandırma *Sürtünme ile mıknatıslandırma
Not: Mıknatıslık özelliği atomların yapısındaki elektronların hareketinden kaynaklanır.

ELEKTROMIKNATIS: Bazı maddeler elektrik akımının etkisiyle manyetiklik özelliği kazanır. Bir manyetik madde etrafına tel sarıp, tele akım verilirse mıknatıs oluşturulur. Oluşan bu mıknatısa elektromıknatıs denir. Elektromıknatısın da bütün mıknatıslar gibi kuzey ve güney kutupları vardır. Ancak elektromıknatısın kutbu diğer mıknatıslar gibi sabit değildir. Bobinden geçen elektrik akımının yönüne göre değişir.
    

Sağ elimizi bobinin üzerine sardığımızda başparmağımızın gösterdiği yön elektromıknatısın N kutbu iken, diğer yön ise S kutbudur. Sağ elin dört parmağı akım yönünü gösterecek şekilde bobin tutulduğunda başparmak manyetik alanın yönünü gösterir.
( elektik akımının yönü, pilin + kutbundan, - kutbuna doğrudur.)

Elektromıknatısın Çekim Gücü Nelere Bağlıdır?

1. Bir elektromıknatısın gücü, bobinin sarım sayısına bağlıdır. Bir demir çivi üzerindeki iletken telin sarım sayısı arttırılırsa çivi daha fazla toplu iğne çeker. Bu da elektromıknatısın gücünün arttığının göstergesidir.
2. Bir elektromıknatısın gücü, bobinden geçen akıma bağlıdır. Demir çivi üzerine takılan tele verilen akım arttırılırsa çivinin mıknatıslık gücü artar ve daha fazla toplu iğne çeker.
Not: Elektromıknatıstan akım kesilirse mıknatıslık özelliği ortadan kalkar.

Günlük Hayatta Elektromıknatısları Nerede Kullanıyoruz?

Elektromıknatıs kontrol edilebilen ve gücü ayarlanabilen bir mıknatıs olduğu için günlük hayatta sıklıkla kullanılır.

* Telgraf *Telefon *Kapı zili * Televizyon *Hurdalıklarda kullanılan vinç *Hoparlör *Japonların maglev treni (hızlı tren)
(Not: Hırsız alarmındaki elektromıknatısın çalışma prensibi ders kitabınızda ayrıntılı olarak anlatılmıştır.)

Elektrik Enerjisinden Hareket Enerjisine

Günlük hayatta sıklıkla kullandığımız mikser, matkap, vantilatör, saç kurutma makinesi, uzaktan kumandalı oyuncak araba gibi pek çok alet elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren motorlar içerir. Bu motorlara elektrik motoru denir.

Elektrik motoru nasıl çalışır? :

Mıknatısların zıt kutuplarının birbirini çektiğini, aynı kutupların birbirini ittiğini biliyoruz. Elektrikli aletlerin yapısında bulunan elektromıknatısı oluşturan bobin, bu aletlerin yapısındaki diğer mıknatıslarla etkileşir. Bu mıknatıslardan biri elektromıknatısa itme kuvveti uygularken, diğeri çekme kuvveti uygular. Birbirine zıt kuvvetlerin etkisi altında kalan bobin dönme hareketi yapar. Bu araçta elektik motoru adını alır.
Elektrik motorları günlük hayatımızda pek çok alanda kullanılmaktadır. Uzaktan kumandalı oyuncak arabaların yapısında bulunur. Çok küçük boyutlarda üretilen elektrik motorları tıp alanında ve uzay araştırmalarında da kullanılmaktadır.

Hareket Enerjisinden Elektrik Enerjisine

Hareketsiz duran bir bobinin içinde hareket ettirilen bir mıknatıs, bobin üzerinden elektrik akımı oluşmasına neden olur. Bir çubuk mıknatısın hareketi elektrik akımı oluşturmuştur.

Jeneratör; hareket enerjisinden elektrik enerjisi üreten araçlara verilen isimdir. Jeneratörleri, elektrik motorlarını tersine çalışan bir araç olarak düşünebiliriz. Günlük hayatımızda kullandığımız elektrik enerjisi, güç santrallerindeki (elektrik santrallerindeki) jeneratörler yardımı ile üretilir.
• Elektrik santrallerinde jeneratörlerin elektrik enerjisi üretmesi için gerekli olan hareket enerjisi değişik yollardan sağlanır.
• Termik santrallerde kömür, fuel-oil gibi fosil yakıtlar yakılarak kazandaki su buhar haline getirilir. Oluşan yüksek basınçlı su buharı türbinin türbinin hareket etmesini sağlar ve elektrik enerjisi üretilir.
• Nükleer santrallerde ise kazandaki suyun buharlaştırılması nükleer enerji ilse sağlanır.
• Hidroelektrik santrallerde barajda biriken su yüksekten hızla akarak türbinin kanatları üzerine düşer. Böylece türbine bağlı jeneratörden elektrik enerjisi elde edilir.
(Transformatör: Elektrik enerjisi güç santrallerinde üretildikten sonra şehirlerimize 250000–500000 V arasındaki yüksek gerilimle taşınır. Elektrik enerjisini taşıyan tellere yüksek gerilim hattı denilmesinin sebebi de budur. Şehirlere gelen elektrik enerjisinin gerilimi düşürülür. Böylece gerilim evlerde kullanılan cihazların çalışmasına uygun hale getirilir. Ülkemizde evlerde kullanılan gerilim 220 V’tur. Şehir gerilimini yükseltmek veya düşürmek için kullanılan araçlara transformatör denir.)

Elektrik Enerjisinden Isı Enerjisine

Bütün maddeler ısı enerjisi açığa çıkarmaktadır Elektrikli aletlerde açığa çıkan ısı enerjisinin iletken telin direnciyle, telden geçen akım miktarı ve akımın geçiş süresiyle bağlantısı vardır.
( Bir telin direnci şu durumlarda değişir: Uzun telin direnci kısa telin direncinden daha fazladır.- İnce telin direnci kalın telin direncinden daha fazladır. - telin cinsine bağlı olarak telin direnci değişmektedir)
• Telin direnci arttıkça açığa çıkan ısı da artar.
• Telden geçen akım arttıkça açığa çıkan ısı da artar.
• Telden geçen akımın süresi arttıkça açığa çıkan ısı da artar.

Elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren araçlar: Ütü, tost makinesi, fırın, ampuller, su ısıtıcıları elektrik akımının
Isı etkisiyle çalışan aletlerdir. İçinden akım geçen bir tel ısınır ve bu ısınma akım şiddetinin etkisiyle gerçekleşir. Ancak kullanılan bu aletlerde veya kablolarda elektrik enerjisinin oluşturduğu ısı bazı sorunları da beraberinde getirir. Örneğin; çok fazla ısınan teller üzerindeki yalıtkan kabloları eriterek yangın meydana getirebilirler.

Ampullerde kullanılan flaman elektrik akımına gösterdiği direnç nedeniyle ısınarak akkor haline gelir. Flamanın yapıldığı tungsten metali 3400 dereceye kadar erimeden dayanabilir. Flamanın sarmal yapısının nedeni direncin daha da fazla arttırılmasıdır.

 

Paratoner Nedir?


paratonerBenjamin Franklin’in 1752 yılında meşhur uçurtma deneyiyle icat ettiği paratoner, evlerimizin ve çoğunlukla ucu sivri olan cami gibi yapıların tepesinde gördüğümüz antene benzeyen cihazdır. Ucu sivri olan bir metalin bakır şeritle binanın yanından yerdeki metalle birleşiminden oluşur. Çalışma prensibi bilinenin aksine yıldırım düştükten sonra yıldırımı toprağa iletmek değildir. Aksine yıldırım düşmeden onu engellemektir. Şöyle ki, elektrik yapısı gereği sivri uçlara yoğunlaşma eğilimindedir. Paratonerin de sivri ucuna elektrik yoğunlaşır fakat artı ve eksi yükler bir aradadır. Sonra evin tepesinde yağmur bulutları oluştuğunda bu bulutların alt zemininde oluşan eksi yükler paratonerdeki eksi yükleri iterek kablo yardımıyla zemine gönderir. Dolayısıyla paratonerin ucunda sadece artı yük kalır. Kalan bu artı yüklerde yukarı doğru püskürtülerek yağmur bulutlarındaki eksi yükleri nötralize eder yani etkisizleştirir.

Jeneratör Nasıl Çalışır?
                              

Kendi jeneratörünüzü yapmak için elektrik motoru deneyini inceleyiniz. Aynı düzeneği sağladığınızda bu sefer motoru çevirip ürettiğiniz elektriği voltmetre ile inceleyiniz. Motorlar elektrik enerjisini hareket enerjisine; jeneratörler ise hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirirler.

 

Electric Generator

Electric Generator – manually rotating the coil across magnetic fields induces electrical current.

The electrical generator is a mechanism that manually (mechanical force) rotates a loop of conductive material (usually copper) through a magnetic field such as that produced by a permanent magnet.

The magnetic field has both a positive and negative side (north/south respectively) and the rotating conductor loop will move through (cut across) the positive and negative areas of the magnetic field. This induces electrons (negatively charged particles) to flow towards the positive side of the magnetic field.

This flowing of electrons in the conductor is called electromagnetic induction and the electrical force manifested in this process is usually routed through brushes on the shaft of the generator. The amazing part of this process is that, if scaled large enough, an entire city can be powered with this induced electricity.

 

d.c Motor

A d.c. motor makes use of the turning effect of a current-carrying coil in a magnetic field to convert electrical energy into mechanical energy.
 

 

Elektrik Motorları Nasıl Çalışır?

                   

Şekil:1
Elektrik motorunun çalışma prensibi mıknatısların birbirlerini itme gücüdür. İki mıknatıs birbirini ittiği için mıknatısın ortasına saplı demir çubuk döner. Tabi ki ana prensip budur aslı biraz daha karışıktır. Elektrik motorlarının içinde tel bobin sarılı armatür isminde elektromıknatıs sistemiyle çalışan bir yapı vardır. Elektrik bu bobine geldiğinde mıknatıslanır ve diğer sabit mıknatısların itmesiyle yarım tur döner. Bu arada armatür dönünce teller de içeride özel bir yapıyla ters dönerek armatürün kutuplarının yerini değiştirir. Kutuplar yer değiştirince bir yarım tur daha atar. Bu işlem çok hızlı gerçekleştiği için ortadaki çubuk dönmeye başlar.

 

Akım Nedir? Elektrik Akımı Nedir?

Akım Nedir? Şekilde görülen su devresinde su basıncını meydana getirmek için su pompası, mekanik enerji elde etmek için su türbini, geçen su miktarımı ölçmek için su sayacı ve suyu açıp kapatmak içinde bir vana bulunur. Pompa çalıştığı ve vana açık olduğu sürece su türbini döner, su sayacı harcanan su miktarını gösterir.

                     

Şekildeki ( Şekil:1)  elektrik devresi su devresinin benzeridir. Elektrik devresinde elektron fazlalığını yani potansiyel farkını sağlayan ve elektronları harekete geçiren bir doğru akım dinamosu üreteç olarak kullanılmıştır. Mekanik enerji elde etmek için devreye elektrik motoru ve motordan geçen elektrik akımını ölçmek içinde ampermetre bağlanmıştır. Devreye enerji vermek veya devrenin enerjisini kesmek için devreye bir de şalter konulmuştur.

Elektrik devresindeki dinamo, su devresindeki pompaya; elektrik motoru su türbinine, ampermetre su sayacına, şalter de vanaya karşıt olan düzeneklerdir.
Dinamonun (üretecin) meydana getirdiği gerilim, elektrik motorunun dönmesini sağlar. Şu halde motorun dönmesi için motor sargılarında bir elektron hareketinin olması gerekir. Elektrik devresinde dolaşan bu elektron hareketine elektrik akımı diyoruz.
Elektrik akımı, elektriksel akım veya cereyan, en kısa şekilde tanımlanırsa elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketidir. Elektrik akımı, elektron hareketi hava, su gibi akışkan maddelerin veya elektrik yüklerinin belli bir yönde akışı, yer değiştirmesi, cereyan.

Bir elektrik devresinde harekete geçen elektonların yönü, üretecin negatif (-) kutbundan, pozitif (+) kutbuna doğrudur. Ancak uluslararası bir kurulda akımın yönü, elektron yönünün tersi kabul edildiğinden, akım yönü daima, üretecin artı kutbundan eksi kutbuna doğrudur.

Akım şiddeti birimi: Akım şiddetinin ölçü birimi Amper’ dir.

Bir iletkenin belli bir kesitinden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron geçerse, akımda o oranda şiddetli olur. Şu halde akım şiddeti; zaman birimi içinde iletkenden geçen elektronların sayısıdır.
Akım şiddetini elektronların sayısı ile göstermek için çok büyük rakamlar kullanmak gerekir. Bunun için pratikte bundan vazgeçilmiş ve suyun ölçülmesine benzer bir yöntem kullanılmıştır. Şöyle ki; su akımın ölçmek için, brim olarak litre alınır ve borudan bir saniyede kaç litre suyun aktığı saptanır. Elektrik akımını ölçmek içinde amper kabul edilmiştir. Fransız fizikçisi Ampere (1775-1836) in adını taşıyan bu ölçü birimi, elektrik akımının kimyasal etkisine dayanılarak tarif edilir.
Akım şiddeti (I) harfi ile belirlenir. Ana birim amperin baş harfi olan (A) harfi ile gösterilir. Amperin binde birine Mili amper (mA), milyonda birinede  Mikro amper (µA) denir.


Amperin üst katı ve ast katı;

Akım biner biner artar, biner biner küçülür. Akımın üst katı kiloamper (kA), ast katı ise mili  amper (mA) ve mikro amper (µA)’dir.
Ast Kattan Üst Kata Çevrilirken Bine Bölünür.
1000 Amper (A) = 1 kilo amper (kA) dir. ( 1000/1000=1 )
55 Amper (A) = 0,55 kilo amper (kA) dir. ( 55/1000=0,55 )
0,28 Amper (A) = 0,00028 kilo amper (kA) dir. ( 0.28/1000=0,00028 )
Üst Kattan Ast Kata Çevrilirken Bin İle Çarpılır
0,5 kilo amper (kA) = 500 amper (A) dir.( 0,5 x 1000=500 )
1 amper (A) = 1000 (mili amper) mA. ( 1 x 1000=1000 )
1 amper (A) = 1000000(mikro amper) μA. ( 1 x 1000 x 1000=1000000 )
Herhangi bir kesit üzerinden bir saniye içerisinde bir Coulomb’ luk yük geçmesi bir Amper’lik akıma karşı gelir. Ohm Kanunu‘na uyan maddeler üzerinden geçen akım bu maddenin direnci ile ters orantılı, akımı meydana getiren gerilim ile doğru orantılıdır. Doğadaki çoğu madde Ohm Kanunu’na büyük oranda uyar, ancak akım ve gerilim arasındaki bağıntı çok daha karışık olabilir. Yarı iletkenler bu duruma güzel bir örnektir.

Akım Yoğunluğu Nedir?
Elektrik akımı yoğunluğunun bir ölçümüdür. Bu elektrik akımının seçili alana oranını veren bir vektörel büyüklüktür SI birimlerinde, akım yoğunluğu amper bölü metrekare ile ölçülür.
 

Akım Nasıl Ölçülür?

Akım şiddeti neyle ölçülür? Akım şiddetini ölçmeye yarayan aletlere ampermetre denir. Ampermetrenin çalışmasını sağlayan bobinin teli kalındır ve sarım sayısı azdır. Bu nedenle ampermetre hiçbir zaman devreye paralel bağlanmaz. Aksi halde kısa devre meydana gelir ve ampermetrenin bobini yanar. Ampermetre alıcı ile arka arkaya yani seri bağlanır. Ampermetrenin devreye seri bağlanması demek; alıcıya giden iletkenin bir noktasından kesilmesi bu iki uç arasına ampermetrenin bağlanması demektir.

  

 

Akım Nedir?

Alıcıdan birim zamanda geçen elektrik yükü (elektron) miktarına akım denir. Bir iletkenden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron geçerse, akımda o oranda şiddetli olur. Akım şiddetini elektronların sayısıyla göstermek için çok büyük rakamlar kullanmak gerekir. Şöyle ki, 6,25.1018 adet elektron 1 ampere eşittir. Bunun gibi büyük rakamları kullanmamak için Fransız bilgin Ampere (Amper)'in elektrik akımının kimyasal etkisine dayanarak yaptığı tanımlama kullanılır.

Bu yaklaşıma göre; 1 amper, gümüş nitrat eriyiğinden 1 saniyede 1,118 miligram gümüş ayıran akım şiddetidir. Akım, elektronların hareketi sonucu oluşur. Ancak, eskiden akımın artı (+) yüklü parçacıklar tarafından taşındığı sanıldığından, günümüzde de eski (klâsik) teorem kabul edilmektedir. Bir devrede akım, artı (+) uçtan eksi (-) uca doğru gider deriz. Ancak gerçekte elektrik akımı şekil 2.4'de görüldüğü gibi eksi (-) uçtan artı (+) uca doğru akmaktadır. Elektrik akımının nedeni gerilim farkıdır. Gerilim, iletken maddelerdeki serbest elektronların hareket etmesini sağlayan kuvvet olarak açıklanabilir. Akım, ampermetreyle ölçülür ve I ile gösterilir. Akımın birimi amper (A), denklemi, I = V/R [A] şeklindedir.

     
Akımın ast katları pikoamper, nanoamper, mikroamper, miliamper; akımın üst katları ise kiloamper, megaamper, gigaamperdir.

b. Gerilim (elektromotor kuvvet, EMK, potansiyel fark)
Elektrik akımı elektron akışından ibarettir. Elektronları faydalı olacak şekilde hareket ettirmek için itmek gerekir. Bilindiği gibi elektronlar maddelerin içinde bulunan atomların etrafında dönerek hareket etmektedir. Ancak bu dönüş bir fayda sağlamaz. Faydalı hareket için metal içinde belli bir yönde akış gereklidir. şte elektronları kendi normal hareketleri dışında, bir yönde sürüklemek için gerekli olan kuvvete gerilim (elektromotor kuvvet, EMK) denir.

Bir başka tanıma göre; bir üretecin iki ucu arasındaki potansiyel farka gerilim denir. Yine bir başka tanıma göre; bir elektrik devresinde akımın geçmesini sağlayan kuvvete gerilim denir.
Gerilim, voltmetreyle ölçülür ve V, U, E ya da e ile gösterilir. Birimi volt (V), denklemi, V = I.R [V] şeklinde yazılır.

Gerilimin ast katları pikovolt (pV), nanovolt (nV), mikrovolt (mV), milivolt (mV);
gerilimin üst katları kilovolt (kV), megavolt (MV), gigavolt (GV)tur.

c. Dirençler (rezistans, resistance)
Bir elektrik devresine gerilim uygulandığında, alıcıdan akım geçmektedir. Geçen akımı sınırlayan etken ise alıcının direncidir. Bu yaklaşıma göre, elektrik akımının geçişine karşı zorluk gösteren elemanlara direnç denir. Başka bir anlatımla, devrede elektronlar hareket etmeye başladıktan sonra rahat bir şekilde ilerleyemezler. letkenin ve alıcının içinden geçmek isteyen elektronlar komşu elektronlara ve atomlara çarpa çarpa ilerlerken sürtünmeye maruz kalırlar. şte elektronlar ilerlerken oluşan sürtünmeden doğan karşı koyma etkisine direnç denir.

Elektrik enerjisi direnç üzerinde ısıya dönüşerek kaybolur. Dirençler, R ya da r ile ifade edilir. Elektrik devresinde direnç denklemi, R = V/I, direnç birimi ise (ohm)'dur. Direncin ast katları Pikoohm (p), nanoohm (n), mikroohm (m), miliohm (m); direncin üst katları kiloohm (k), megaohm (M), gigaohm (G)dur.

Dirençlerin devredeki işlevleri (fonksiyonları):
I. Devreden geçen akımı sınırlayarak aynı değerde tutmak.
II. Devrenin besleme gerilimini bölerek, yani küçülterek başka elemanların çalışmasına yardımcı olmak.
III. Hassas yapılı devre elemanlarının aşırı akıma karşı korunmasını sağlamak.
IV. Yük (alıcı) görevi yapmak.
V. Isı enerjisi elde etmek

 

Dinamo nedir? icadı


İngiliz fizik bilgini Michael Faraday, 1831 yılında yaptığı bir deney esnasında,bakır tel türünden bir iletkeni bir mıknatıs yakınında hareket ettirmekle elektrik akımı meydana getirilebileceğini keşfetmişti. Bilim dilinde “jeneratör” diye tanımlanan “dinamo”nun temel çalışma ilkesi, işte bu keşfe dayanmaktadır.

Basit ve kısa bir tanımlamayla ,dinamo mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren makinedir. Teknoloji çağının en büyük unsuru olan elektrik akımı çoğunlukla dinamolar ta rafından sağlanır.

Dinamolar kullanıldıkları amaçlara göre değişik boyarlarda olabilir. Bir otomobilde gerekli elektrik akımını sağlayacak dinamoyla, büyük bir şehrin elektrik ihtiyacını karşılayan dinamonun aynı boyutlarda olmayacağı tabii bir şeydir.

 

 

 

Alternatif Akım Nedir?

Alternatör adı verilen makineler tarafından üretilen elektrik akımı çeşitidir. Bu akım şekil 2.6'da görüldüğü gibi zamana göre sürekli olarak yön ve şiddet değiştirir. Alternatörden gelen akım sürekli azalıp çoğalır ve akış yönü değişir. Alternatörün ürettiği AC gerilim dış devreye şekil x'de görüldüğü gibi bilezik ve fırça düzeneğiyle aktarılır. Alternatörün ürettiği birim alganın saniyeki tekrarlanma (yön ve şiddet değiştirme) sayısına frekans adı verilmektedir. Türkiye'de üretilen alternatif akımın frekansı 50 Hz'dir. (Hz, hertz şeklinde okunur.

                                                                          Simple AC generator (Basit bir alternatif  akım üreteci)

              

Alternatif akım (AA ve AC İngilizce: Alternating current), genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. En bilinen AC dalga biçimi sinüs dalgasıdır. Yine de farklı uygulamalarda üçgen ve kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Bütün dalgalar birbirlerine elektronik devreler aracılığı ile çevrilebilirler. Devrede kondansatör, diyotlar, röle ler ile bu çevrim yapılabilir.

AA güç genellikle sanayi ve konutlarda kullanılır. Santrallerde üretilen enerjinin sevkinde de AA kullanılmaktadır. Deniz altına yapılan enerji nakil hatlarında üretilen AA elektrik, dalga yapısında bozulmalara sebep verilmemesi için DC' ye dönüştürülerek taşınmaktadır. HVDC ismi verilen uygulama ile okyanus ya da deniz altından nakil hatları işlenebilmektedir.

Günümüzde havadan ve kablo üzerinden taşınan, ses ve radyo dalgalarının karışmama sebebi de alternatif akımın farklı sinüzoidal yapılarda olmasından kaynaklanmaktadır.

 

Doğru Akım nedir?

Doğru akım (kırmızı eğri). Yatay eksen zamanı ölçer; dikey eksen ise akım veya gerilimi.

Doğru akım (DC ya da sürekli akım) elektrik yüklerinin yüksek potansiyelden alçak olana doğru sabit olarak akmasıdır. Tipik olarak kablo gibi bir iletkende, ya da yarıiletkenler ve yalıtkanlardan akabilir. Doğru akımda, elektrik yüklerinin aynı yönde akışı, doğru akımı alternatif akımdan ayırır. Doğru akım zamanla kutbu değişmeyen akım türüdür.
 

Elektrikte Deri Etkisi (Skin Effect) ve Sonuçları

Elektrik iletimi iletken malzemeler üzerinden gerçekleşirken gözümüzle göremediğimiz bazı olaylar ortaya çıkmaktadır. Bu olaylardan birisi de Deri Etkisi’dir. Deri etkisi elektrik akımının iletkende homojen olarak dağılmaması iletkenin dış yüzeyine doğru yoğunlaşması durumudur.

DC gerilimde iletkenden akan akım iletkende homojen olarak dağılır. Yani deri etkisi dc sistemlerde görülmez. Sadece ac sistemlerde görülen deri etkisi frekans arttıkça artar. Bir başka deyişle frekans arttıkça akım iletkenin merkezinden uzaklaşarak dış yüzeyine daha fazla yaklaşır.

Aşağıdaki görselden deri etkisi daha iyi anlaşılabilir.



Yukarıdaki resimde görülebileceği gibi iletken kesitleri üzerinden incelendiğinde DC sistemlerde iletkenin tümünden akım akıyor. Düşük frekanslı AC sistemlerde iletkenin merkezinden akım akmıyor ve frekans arttıkça akım yoğunluğu iletken yüzeyine doğru artıyor ve iletkenin iç tarafından hiç akım akmıyor.

Deri Etkisine Etki Eden Faktörler

Bir iletkende oluşan deri etkisine aşağıdaki faktörlerin etkisi bulunmaktadır.

İletkenin Şekli
İletken malzemenin cinsi
İletkenin çapı
Sistemin frekansı

Deri Etkisinin Sonuçları

Alternatif akım (AC) sistemlerinde meydana gelen deri etkisi iletim ve dağıtım hatları başta olmak üzere elektrik sistemlerinde olumsuz sonuçlar doğurmaktadır.

Deri etkisinde akım iletkenin dış yüzeyine doğru yoğunlaştığı için iletkenin tüm kesiti kullanılmaz. Deri etkisinin bir sonucu olarak iletkenin akım taşıyan kesiti küçüldüğü için empedans artar ve sonuçta kayıpların artmasına neden olur.

Deri etkisi’nin önüne geçebilmek için yapılan hesaplamalarla iletkenin bir iletkenin maksimum çapı belirlenir ve büyük akımlar için birbirinden izoleli küçük çaplı iletkenler birleştirilerek kablolar oluşturulur.

Deri olayı (skin effect) bir malzeme özelliğidir. Doğanın bize armağanı desek daha güzel olur. Üzerinden akım geçirilen bir telde, elektrik akımı, frekansına göre telin bütün kesitini de kullanabilir, bu kesitin bir kısımını da. belli bir malzemeden (demir, alüminyum, bakır, gümüş, altın)yapılmış, belli bir kesit alanına dahip iletkenden, belli bir frekansın üzerinde bir frekansla (50 hz, 150 hz, .1khz, 100khz....) geçirilen elektrik akımı bu iletkenin tamamını değil yüzeyini kullanır. örneğin dikdörtgen kesitli bakır iletkenin üst onda birlik kısmını kullanıp, kalan yüzeyine elektrik uğratmadan kullanabiliriz. bu yöntemle kayıplar, endüktanslar azaltılarak elektrik makinalarına yol verilebilir. Bu olay sayesinde, elektrik akımı şehirlere yüksek frekansla yollanır ve daire kesitli iletkenlerin ortası kullanılmadığından malzeme karı sağlanır...

Skin effect olarak adlandırılan olay bana göre bir problemdir.Çünkü yüksek frekanslı devrelerde empedansın büyümesine ve kayıplara yol açmaktadır.Bundan dolayı yüksek frekanslı gerilimlerin uzak mesafelere iletiminde iletken tel başlı başına bobin gibi davranmakta ve her metresi devreye L endüktans etkisi yaratmaktadır.heleki çok yüksek frekanslar olursa 1 metre iletken bile dev bir bobin gibi davranır.


Akımın iletkenin dış çeperlerinden akma isteği frekansla doğru orantılı biçimde artıyor. Nikola tesla isimli bilim adamı bu elektriksel olay sayesinde yüksek frekanslı yüzbinlerce voltluk gerilimlerle temas ediyormuş.Akım yüzeyinden aktığından ona bir şey olmuyormuş, gayet doğal bence.

 

Uydu ve yer istasyonu gibi iletişim merkezlerinde çok yüksek frekanslar kullanıldığı için (~100Ghz) çanak antene bilgiyi gönderen kablolar yerine, dalga klavuzları kullanılmaktadır.

 

Skin effect

Skin effect refers to the tendency of current flow in a conductor to be confined to a layer in the conductor close to its outer surface. At low frequencies the skin effect is negligible and the distribution of current across the conductor is uniform. As frequency is increased the depth to which the flow can penetrate, D_S / metres, is reduced.

where ρ is the conductor resistivity  (ohm metres), μ_r is the  relative permeability and f is the frequency (Hz).

Skin depth / m

	50Hz	1kHz	100kHz	1MHz	10MHz
Copper	9.36E-03	2.09E-03	2.09E-04	6.62E-05	2.09E-05
Aluminium	1.16E-02	2.59E-03	2.59E-04	8.19E-05	2.59E-05
Iron (3% Si) μr=300	2.82E-03	6.30E-04	6.30E-05	1.99E-05	6.30E-06
Graphite	2.64E-01	5.90E-02	5.90E-03	1.87E-03	5.90E-04

Skin effect causes the apparent resistance of a coil to increase above that suggested by the  DC value, thus lowering the Q-factor in resonant circuits and reducing the efficiency in switching supplies. Skin effect occurs because current flow moves away from those regions of the conductor having the strongest magnetic field. A consequence of this is that the number of flux linkages between turns will be reduced. Therefore skin effect produces a decrease in inductance; of about  2%, though more if the wire is short.

Having chosen a diameter of wire that can cope with the current at zero Hz you should check that skin effect is not going to be a problem at the frequency at which you actually need to work. The formula below (Terman) gives the diameter of wire that will suffer a 10% increase in resistance at the frequency of operation, f (in Hz) -

D_W = 200 / √f   millimetres

This formula applies for isolated conductors. In a coil surrounded by other turns the actual resistance will be higher because of the proximity effect. Taking the example of a coil working at 10 kHz you will see that a wire diameter of 2 mm is about as thick as you can go without skin effect increasing its AC resistance. Incidentally, if you are designing a switch mode supply don't forget to take harmonics of the switching frequency into account.

If you find that the diameter determined for zero Hz is greater than the diameter at which skin effect will take place at your operating frequency then what options do you have?

• Ignore the problem. Perhaps efficiency is not crucial to your design and you can tolerate a coil that runs hot.
• Use the diameter of wire as calculated above but wind more than one of them on simultaneously.
• Use thicker wire and accept that the interior of the wire will not contribute to conduction. The resistance of the wire at high frequencies then falls with the reciprocal of the diameter and not the square of the diameter as it does at zero Hz. The current flows only in a thin 'skin' near the surface of the wire. This is the normal approach above about 1 MHz.

  R = 8.32 10^-5 √f / D_W   ohms per metre

  Where f is frequency (Hz), and D_W the wire diameter (millimeters).

• Use genuine  Litz wire.

 

Flowing Electrons

Electric current is very similar to a flowing river. The river flows from one spot to another and the speed it moves is the speed of the current. The size of the current flow is related more to the size of the river than it is to the speed of the river. A river carries more water each second than a stream, even if both flow at the same speed. With electricity, current is a measure of the amount of charge transferred over a period of time. Current is a flow of electrons, or individual negative charges. When charge flows, it carries energy that can be used to do work. Scientists measure current with units called amperes.


Current and Heat
One of the results of current is the heating of the conductor. When an electric stove heats up, it's because of the flow of current. The electrons have a mass (however small), and when they move through the conductor, there are collisions that produce heat. The more electrons bumping into the atoms of the conductor, the more heat is created, so higher current generally means greater heat.

Scientists used to think that the flow of current always heated up the object, but with modern superconductors, that is not always true, or at least not as true as with normal materials. Superconducting materials seem to have less interaction between atoms and current, so the moving charges lose much less energy.


Spaces Between Atoms
Everything that is matter can conduct electricity, but not everything does it well. Scientists use the terms conductors, insulators, and semi-conductors. The labels are used to describe how easily energy is transferred through the object by moving charge. The spaces between the atoms, as well as the type of atoms, determines whether an object a good conductor or a good insulator (poor conductor).


Usable Current
There are two main kinds of electric current, direct current (DC) and alternating current (AC). They are easy to remember. Direct current is a flow of charge always in one direction. Alternating current is a flow of charge back and forth, changing its direction many times in one second. Batteries produce DC current, while the outlets in our homes use AC current.

Be very careful if you work with electricity. NEVER touch the plugs in your house. That electricity is very powerful and it can hurt you… badly. Electricity from batteries can also injure you. We have burned ourselves when working with batteries and electromagnets, so we know what can happen. To be safe, go get an adult to help you with any experiments.

 

 

 

To generate AC in a set of water pipes, we connect a mechanical crank to a piston that moves water in the pipes back and forth (our “alternating” current). Notice that the pinched section of pipe still provides resistance to the flow of water regardless of the direction of flow.

 

 

Electric Charge

Electric charge comes in two kinds:

Like charges repel:

or

Unlike charges attract:

These electric charges are part of the makeup of atoms.

 

 

Except for hydrogen, the positively charged nucleus also has neutrons in it.

negatif yük (-)

An atom missing an electron has a net positive charge:

Bir elektronun eksik olduğu durumda bir atom için pozitif yüke sahiptir denir.

Bir elektrik devresinde bu pozitif yükü  bir pilin yada bataryanın(üretecin) pozitif (+) kutbu olarak adlandırırız.

 

What is Electricity?

We see electricity in use every day, but do you know what it is? Electric current is created by the movement of charged particles. The particles that are moving in electric currents are electrons (e-). Electrons are relatively loosely held pieces of atoms. The atom is the smallest building block of matter. All atoms (picture right) have a very compact, very dense, core called the nucleus, which holds all the positively charged particles, called protons. The nucleus is even smaller relative to the space occupied by electrons than is illustrated here.

Protons cannot move out of the nucleus. When they do, this phenomenon is called a nuclear process. In metals, electrons can move freely along atoms of the metal. This movement is called electricity. Electrical wires are made of metals because they allow the electrons to flow. Interestingly, the direction of the current is opposite the direction of movement of the electrons. Electricity was discovered before the electron, so scientists described the movement of the positive charge, which turns out to reflect the absence or loss of an electron. As shown below, in an electric circuit, electrons flow in one direction along metal atoms. The direction of the current is described in the opposite direction.

Materials that can move electrons are said to be conductors. Materials that do not allow electrons to flow between atoms are called insulators. Nonmetallic materials tend to be insulators and metallic materials tend to be conductors. In this activity, students classify materials as conductors or insulators.

 

 

 

 

 

 

THE ATOM
One of the basic building blocks in the universe for matter is the atom. All matter - gas, liquid, or solid - is made up of molecules or atoms joined together. These atoms are the smallest particle into which an element or substance can be divided without losing its property.
A single atom consists of three basic components: a proton, a neutron, and an electron.
Within the atom there is a Nucleus. The Nucleus contains the protons and neutrons. Orbiting around the nucleus are the electrons.
An atom is similar to a miniature solar system. As with the sun in the center of the universe, the nucleus is in the center of the atom. Protons and Neutrons are contained inside the nucleus. Orbiting around the nucleus are the electrons.




ATOM CONSTRUCTIONAn atom is similar to a miniature solar system. As the sun is in the center of the solar system, so is the nucleus is in the center of the atom. Protons and neutrons are contained within the nucleus. Electrons orbit around the nucleus, which would be similar to planets orbiting around the sun.








NUCLEUSThe Nucleus is located in the center of the atom (shown in red).
The Nucleus contains the protons and neutrons.
Orbiting around the nucleus are the electrons.






 

PROTONS Protons are located within the nucleus of the atom (shown in blue).
Protons are positively (+) charged.

NEUTRONS  Neutrons add atomic weight to an atom (shown in green).
Neutrons have no electrical charge.


 

 

BALANCED ATOMSAtoms normally have an equal number of electrons and protons.Atoms have no electrical charge. They are neither positive nor negative. They are electrically neutral or BALANCED.The negative charge of the electrons will cancel the positive charge of the protons, thus balancing the charge of the atom. This cancellation of charges creates a natural attraction or bonding between the positive proton and the negative electron.

 

 

ION PARTICLESWhen an atom loses or gains an electron, an imbalance occurs. The atom becomes either a positively or negatively charged particle called an ION. These unbalanced charged ION particles are responsible for electron flow (electricity). IONs will take or release an electron to become balanced again.

 

ION CHARGEA positive (+) ION has one less electron than it has protons. A negative (-) ION has one more electron than it has protons. The positive ION attracts a negative ION to become balanced. This attraction or difference in electrical potential causes electron flow.

 

 

ELECTRON ORBITSElectrons rotate around the atom at different orbits called Rings, Orbits, or Shells. BOUND ELECTRONS orbit the nucleus on the inner rings. Bound electrons have a strong magnetic attraction to the nucleus. FREE ELECTRONS orbit on the outermost ring which is known as the VALANCE RING.

 

FREE ELECTRONSOnly the FREE ELECTRONS in the outermost shell (Valance Ring) are free to move from atom to atom. This movement is called ELECTRON FLOW. These FREE ELECTRONS are loosely held and can easily be moved to another atom or ion. Because of their distance from the nucleus, free electrons have a weak magnetic attraction. Since this attraction is not as strong to the nucleus as the bound electrons on the inner orbits, the electrons move easily from atom to atom.

 

INSULATORSAn INSULATOR is any material that inhibits (stops) the flow of electrons (electricity). An insulator is any material with 5 to 8 free electrons in the outer ring.Because, atoms with 5 to 8 electrons in the outer ring are held (bound) tightly to the atom, they CANNOT be easily moved to another atom nor make room for more electrons. Insulator material includes glass, rubber, and plastic.

 

CONDUCTORSA CONDUCTOR is any material that easily allows electrons (electricity) to flow. A CONDUCTOR has 1 to 3 free electrons in the outer ring.Because atoms with 1 to 3 electrons in the outer ring are held (bound) loosely to the atom, they can easily move to another atom or make room for more electrons. Conductor material includes copper and gold.

 

SEMICONDUCTORSAny material with exactly 4 free flectrons in the outer orbit are called SEMICONDUCTORS. A semiconductor is neither a conductor or insulator. semiconductor material includes carbon, silicon, and germanium. These materials are be used in the manufacturer of diodes, transistors, and integrated circuit chips.

 

The second Current Flow theory is: CONVENTIONAL THEORY Conventional theory, also known as HOLE THEORY, states that current flows from POSITIVE to NEGATIVE. Protons or the lack of electrons (the holes) move towards the negative. (Current flow direction in Hole Theory is the opposite of that in Electron Theory.)

 

Elektrik Akımı

Gökhan Atmaca'nın çevirisinden..  

Akım bir noktadan bir diğer noktaya doğru hareket eden bir yükten ibarettir. Bu bir elektrik devresinde düşünüldüğünde  elektrik akımı akımı ileten bir iletkendeki herhangi bir noktada geçen yükün akış oranıdır. Bu tanımda elektrik akımının önemi de ortaya çıkmaktadır. Çünkü elektrik devreleri CD çalarlar, bilgisayarlar, radyolar, televizyonlar, ev ve endüstriyel güç dağılım sistemleri gibi teknolojinin en temel unsurudur. Günümüzde giderek hızla değişen teknolojinin kendisini anlamak ve yeni gelişmelere katkıda bulunmak için bilinmesi en temel kavramlardan biri elektrik yükü, elektrik alanı idi; bu kavramları açıklamıştık. Bu yazımızda ise elektrik akımının ne anlama geldiğini ve elektrik akımı ile ilgili tanımları açıklayacağım.

Gauss Yasası ve Uygulamaları isimli yazımızda elektrostatik denge durumundaki bir iletkende elektrik alanının iletken içinde her yerde sıfır olduğunu ifade etmiştik. Dolayısıyla, akımın da bu durumda olmadığını söyleyebiliriz. Elektrik alanın olmaması ya da akımın sıfır olması elektrostatik denge durumundaki tüm yüklerin durgun olduğunu göstermez. Bakır, alüminyum gibi metallerde bazı elektronlar bu tip iletken maddelerin içinde serbestçe hareket ederler. Bu serbest elektronların hareketi gaz moleküllerine benzerdir; hareketleri rastgele bir şekilde olur. Ancak bu gaz moleküllerinden farklı olarak serbest elektronların  hızları çok yüksektir (10⁶m/s). Serbest elektronlar serbestçe hareket etmelerine rağmen iletken maddede bulunan  pozitif iyonların Coulomb yasasına göre  çekmelerinden ötürü iletken maddeden kaçamazlar. Diğer taraftan bir akımın olmayışı, bu serbest elektronların hareketlerinin rastgele olması sonucu herhangi bir yöne net yük akışı gerçekleşmez. Elektrostatik dengede olmayan bir iletken için bu iletken içerisinde sabit ve düzgün bir E elektrik alanı  olması durumunda iletken içerisindeki yüklü bir parçacığa bu düzgün E elektrik alanı tarafından bir F(->)=qE(->) [(->) ifadesi vektörü göstermektedir; aynı ifadelerde tekrarlamadım) şeklinde sabit bir kuvvet uygulanır. Bu yüklü parçacık serbest bir elektron ise bu kuvvet F=-eE hâlini alır, çünkü elektronun yükü q=-e’dir. F=qE kuvvetine yani bir E elektrik alan tarafından etkilenen iletken içerisindeki serbest bir elektron az önce ifade ettiğim pozitif iyonlarla olan çarpışmaları ve rastgele hareketlerinin yanı sıra bu elektrik alan etkisiyle sanki bir grup şeklinde elektriksel kuvvet F=qE yönünde hızlı olmayan sürüklenme benzeri bir harekete sahip olurlar. Bu sürüklenme hareketi sırasında grup olarak hareket eden bu serbest elektronlar bir sürüklenme hızı ile hareket ederler. Bu sürüklenme hareketi iletken içerisinde bir grup olarak elektronların net bir yönde yönelmeleri anlamına da gelir. Böylelikle bir yönde net bir yüklü parçacık (elektron) hareketi olduğundan biz de bir net akımdan söz edebiliriz.

İletken içindeki serbest elektronların yaptıkları rastgele hareketleri sırasındaki hızları 10⁶m/s gibi yüksek bir mertebede iken sürüklenme hareketi sırasında 10^-4 m/s mertebesindedir ve akımı oluşturan şey yukarıda ifade edilen bu sürüklenme hareketidir. Bu durumda odamızın lambasını açmak için ya da televizyonu açmak için açma-kapama düğmesine bastığımızda lambanın anında ışık verdiğini ya da televizyonun anında görüntü verdiğini düşündüğümüzde sanki burada bir ikilem varmışçasına görülüyor. Ne var ki, bir elektrik devresinde -örneğin odanızın lambası için – tek bir elektronun düğmeden/anahtardan lambaya kadar olan ulaşma süresi önemli değildir. Çünkü devredeki iletken içinde elektrik alanın oluşma hızı ışık hızına yakındır ve elektrik alan oluştuğunda iletken içerisindeki elektronlar birbirlerini neredeyse aynı anda etkilerler. Bu durumda da biz düğmeye bastıktan sonra çok kısa bir süre içinde elektrik alan oluşur ve bu yük hareketiyle, elektrik akımıyla sonuçlanır; ardından lamba yanar, televizyon çalışır durumda olup görüntü verir. Bu yazıyı hazırlarken yararlandığım kaynakta [1], bu konuyla ilgili şöyle bir benzetilme yapılmış:

“Bir grup asker çavuşun önünde hazır olda beklemektedir ve çavuş marş emrini verir; komut askerlerin kulaklarına ses hızıyla erişir, bu hız marş hızından çok daha yüksektir ve tüm askerler aynı anda hareket etmeye başlarlar.”

Akımın Akış Yönü

İletken içindeki elektronlar bir E elektrik alanı uygulandığında bu elektrik alan yüklü parçacıklar üzerinde iş yapar, enerji harcanmış olur elektronların sürüklenme hareketi için. Bu sürüklenme hareketi -yani akımın kendisi- sonucu kinetik enerji oluşur. Oluşan kinetik enerji de elektronların iyonlarla yaptıkları çarpışmalarda iletken maddeye iletilmiş olur. Diğer taraftan da iletken içindeki bu iyonlar kristalde denge konumları civarında titreşim hareketi içindedirler. Titreşim hareketi yapan iyonların da titreşim enerjileri vardır. Söz konusu bu titreşim enerjisi, elektronlarla iyonların çarpışması sırasında gelen kinetik enerji sayesinde artar ve bir taraftan da iletkenin sıcaklığını yükseltir. Elektrik alanın elektronlar üzerinde yaptığı iş yüklü parçacıkları daha fazla hızlandırmaktan ziyade, iyonların titreşim enerjilerini artırmaya ve bu nedenle de iletkeni ısıtmaya yaramaktadır. Bu ısı bazı teknolojik uygulamalarda -ki oldukça azdır- kullanışlı olabilir ama genelde olumsuz sonuçlara yol açar. Buna rağmen akım akışının su götürmez bir sonucudur.

Bütün akım taşıyan, yük ileten maddelerin içindeki hareket hâlinde bulunan parçacıkların yükü aynı değildir. Genelde negatif yüklü elektronların olmasına rağmen bu bazı maddelerde pozitif yüklü deşikler (holler) şeklindedir. Hatta bazılarında (Germanyum, silikon gibi yarıiletkenlerde ) akım hem negatif yüklü hem de pozitif yüklü parçacıklarla da sağlanabilmektedir. Deşikler elektron eksikliğinin bıraktığı ve pozitif yük gibi davranan boşluklar olarak tanımlanır. Yarıiletkenler isimli yazımızda daha ayrıntılı bir tanım bulabilirsiniz.

 

 

 

 

 

 

 

Şekil1.a) Pozitif yükler elektrik alan E yönünde hareket ediyorsa oluşan akım bu yüklerle aynı yöndedir.

 

Şekil1.b) Şekil1a’daki gibi pozitif yüklerle aynı sayıda ve aynı hızdaki negatif yükler elektrik alan E’ye zıt yönde hareket ediyorsa, oluşan akım pozitif yüklerle aynı yöndedir.

 

Elektrik alan bilindiği üzere pozitif yükten negatif yüke olacak şekildedir. Eğer Şekil1.a’daki gibi pozitif yüklü bir iletken söz konusu ise elektrik kuvveti, elektrik alanı ile aynı yöndedir ve sürüklenme hızı v_d E ile aynı yöndedir. Akımın yönü de pozitif yüklerin akış yönü ile aynıdır. Eğer Şekil1.b’deki gibi negatif yüklü parçacıkların olduğu bir iletkeni ele alırsak elektrik kuvveti, elektrik alanından ters yönde olacaktır ve sürüklenme hızı da elektrik kuvveti ile aynı yöndedir. Bu durumda da elektrik alandan dolayı negatif yüklü parçacıklar elektrik alanın tersi yönde hareket edecektirler. Burada da pozitif yük akışından söz edebilmiş olacağız. Sonuç olarak Şekil1.b’deki grafikte gösterilen iletkende de akımın yönü pozitif yükün akış yönüdür.

Gerçek akımın negatif yüklü parçacıklardan kaynaklandığı durumlarda dahi akımların yönünü pozitif yük akışına göre tayin ederiz. Bu tür bir akım yönünün belirlenmesindeki varsayıma konvansiyonel akım denir. Konvansiyonel akımın yönü yüklü parçacıkların hareket yönü ile aynı olmak zorunda değildir.

Hareket hâlindeki yükler pozitif ve bu yükler ile akımın da yönünün aynı olduğunu biliyoruz. Bu durum için A kesit alanından geçen akımı birim zamanda yüzeyden geçen net yük olarak tanımlarız. O hâlde, bir dQ net yükü bir yüzeyde dt zamanda geçerse I akımı şöyle olur,

I=dQ/dt

Burada bir not eklemekte yarar var: Akımın yönünden bahsetmiş olsak da akım bir vektör değildir.

Mikroskopik Elektrik Akımı ve Akım Yoğunluğu

Elektrik yükü elektron yükünün ayrık katları kuantize olduğu için, bir iletkende bir sürüklenme hızı ile mikroskopik yük taşıyıcılarının hareketi olarak elektrik akımına bakmak yol göstericidir. Negatif yüklü taşıyıcıların olduğu iletken için aşağıdaki grafikte elektrik akım ifadesi gösterilebilir,

Grafikteki bu ifadeyi şöyle genelleştirebiliriz, I=nqAv_d 

Birim kesit alana düşen akıma da akım yoğunluğu denir ve J ile gösterilir:

J=I/A=nqv_d ‘dir.

I akımı ve J akım yoğunluğu yükün pozitif veya negatif olması ile ilgili değildir. Dolayısıyla bu ifadelerde yer alan q yükünü mutlak değer içine alıp |q| ifade etmek daha genel bir anlam taşır. Diğer taraftan I akımı bir vektör değildir ama J akım yoğunluğunu ise vektörel olarak gösterebiliriz ancak bu defa da q yükünü mutlak değer içine almayız. Böylelikle q yükü negatif de olsa pozitif de olsa J akım yoğunluğu ile E elektrik alanı aynı yönde olur. Akım yoğunluğunun vektör olmasını ise bu akım yoğunluğunun iletkendeki bir nokta üzerindeki yük akışının nasıl olduğunu söylemesinden ileri gelir; vektörün yönü de o noktadaki yük akışın yönünü gösterir. Akım yoğunluğunun vektör ifadesi,

J(->)=nqv_d(->)

Elektrik Yükü Taşıyıcıları

Bir bakır teldeki elektrik akımı için, yüklü taşıyıcılar hareketli elektronlardır ve pozitif yüklü bakır iyonları metal örgüsü içinde aslında hareketsizdirler. Yine de, elektrik devrelerinin işleyişleri sırasında genellikle konvansiyonal akım kullanılır, pozitif yükler hareket ediyormuş gibi. Bu uygulama hakkındaki tartışma devam etse de bakırdaki yüklü taşıyıcıların fiziksel doğası oldukça anlaşılırdır.

Ancak elektrik akımının diğer uygulamalarında , yüklü taşıyıcıların belirlenmesi o kadar da basit değildir. Yarıiletkenlerde, örneğin, siz bazen hareketli elektronlara ve bazen de elektron eksiklikleri olarak adlandırılan hareketli deşiklere sahip olabilirsiniz. Onların iletkenliğe katılma yolunda önemli farklılıkları vardır. Gerçekleşmekte olan iletimin türünü tespit etmek için yollardan biri  Hall Olayı’dır. Hall Olayı pozitif ve negatif yüklü taşıyıcılar için Hall gerilimine göre farklı polarite veren bir fiziksel olaydır. Bu Hall Olayı hakkındaki ayrıntılara daha önce yayınladığım Hall Olayı yazısından erişebilirsiniz. Birçok maddede elektrik iletimi  sadece serbest elektron hareketinden kaynaklanmadığı için maddelerdeki iletimin hangi türden (pozitif yüklü parçacıklar mı, negatif yüklü parçacıklar mı?) olduğunu öğrenebilmek amacıyla Hall Olayı’nın uygulandığı ölçüm ve deneyler bilim insanlarına bilgi verir.

Yüklü Taşıyıcıların Sürüklenme Hızı

Bir bakır telindeki elektronların sürüklenme hızı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

 

 

Yüklü Taşıyıcılarının Yoğunluğu

Bakır gibi bir metalde serbest elektronların yoğunluğunun hesaplanması metal hakkında temel fiziksel veriyi içerir, artı bakır metali atom başına yaklaşık serbest bir elektronu elektriksel iletim sürecine sağlar. Aşağıdaki verilerle temsili bir değer hesaplanabilir:

 

 Sonuç

Bu yazımızda elektrik akımının ne anlama geldiğini ve yüklü taşıyıcıların bir iletken içinde nasıl hareket ettiğini açıklamaya çalıştım. Akım ve akım yoğunluğu arasındaki farkı verdikten sonra yüklü parçacıkların pozitif veya negatif olmalarının ne gibi farklılıklara yol açtığını ifade ettim. En sonunda bir bakır teli için elektron yoğunluğunun nasıl hesaplandığını bir grafik içinde verdim. Günümüz teknolojilerinin en temelinde yer alan elektrik akımının doğasını anlamak yeni teknolojilerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Elektrik Enerjisi, Artı (+), Eksi (-) Kutuplar ve Çekim Güçleri

 

1- Elektrik Yükü Çeşitleri (Artı ve Eksi Yükler) :
Doğada iki çeşit elektrik yükü vardır. Bunlar pozitif yani (+) artı ve negatif yani (-) eksi elektrik yükleridir.
• Aynı cins elektrik yükleri birbirlerini iterler.
• Zıt elektrik yükleri birbirlerini çekerler.

           İTER                                                         İTER                                                       ÇEKER

2- Elektrik Akımının Oluşması :
Zıt elektrik yükü ile yüklü olan veya üzerinde biriken elektrik yüklerinin sayısı farklı olan iki cisim iletken bir tel ile birbirlerine bağlandığında cisimlerden birinden diğerine elektrik yükü hareketi olur. Elektrik yüklerinin hareketine elektrik akımı denir. Elektrik akımı, daima (–) yüklerin yani elektronların hareketi sayesinde oluşur.
Elektrik akımının oluşabilmesi için iletken telin iki ucu arasındaki elektrik yüklerinin enerjilerinin farklı olması gerekir. Elektrik akımının oluşması sırasında enerji, yüksek enerjili cisimden (kutuptan) düşük enerjili cisme (kutba) doğru gerçekleşir.
Elektrik akımının sürekli olabilmesi için elektron hareketinin sürekli olması gerekir. Elektron hareketini sürekli hale getirebilmek için elektrik enerjisi (elektron yani (–) elektrik yükü) üreten kaynaklar kullanılır. Elektrik enerjisi (elektron yani (–) elektrik yükü) üreterek sürekli elektrik akımının oluşmasını sağlayan kaynaklara elektrik akımı kaynağı veya güç kaynağı veya üreteç denir. Pil, akümülatör, dinamo, jeneratör elektrik akımı kaynaklarıdır.
Pil, basit elektrik devrelerindeki yüklere elektriksel bir kuvvet uygulayarak yüklerin elektrik enerjisi kazanmalarını ve bu enerjinin iletken tel boyunca iletilmesini sağlar. Bunun sonucunda iletken teldeki elektrik yükleri arasında enerji aktarımına neden olur. Negatif elektrik yüklerinin titreşim hareketleri sonucu yükler arasında gerçekleşen elektrik enerjisi aktarımına elektrik akımı denir.
Elektrik akımı, yüklerin akışı anlamına gelmez. Elektrik akımı, yüklerin titreşim hareketinin sonucunda oluşur yani elektrik akımı yüklerin akışı sonucunda değil, yüklerin titreşim hareketi sonucunda oluşur.3- Elektrik Yüklerinin Akışı :
Zıt elektrik yükü ile yüklü olan yani (+) pozitif ve (-) negatif elektrik yükü ile yüklü olan iki cisim iletken bir tel ile birbirlerine bağlandığında (-) negatif yüklü cisimden (+) pozitif yüklü cisme doğru elektron akışı olur. İletken tel üzerinde elektronların akması sonucu elektrik akımı oluşur. Elektrik akımı sayesinde de elektrik enerjisi oluşur.
Elektrik akımı oluşurken;
• Negatif (-) yüklü cisme negatif (-) kutup veya katot denir.
• Pozitif (+) yüklü cisme pozitif (+) kutup veya anot denir.
• Elektron akışının yönü negatif (-) kutuptan yani katottan pozitif (+) kutba yani anota doğrudur.
• Elektrik akımının yönü pozitif (+) kutuptan yani anottan negatif (-) kutba yani katota doğrudur.

4- Pil, Pil Çeşitleri ve Pillerin Özellikleri :
Kimyasal enerjiyi depolayan, gerektiğinde depoladığı kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektron yani (-) elektrik yükü üreten kaynaklara pil denir.
Pillerin; Volta pili, limon pili, Daniell pili, kuru pil (Leclanche pili) gibi çeşitleri vardır.
Bütün pillerde ortak olan bazı özellikler vardır. Bunlar;
• Bütün pillerde (+) ve (-) kutup bulunur.
• Bütün pillerde iki farklı cins metal kullanılır.
• Bütün pillerde elektrik akımını ileten yani elektronların geçişini sağlayan bir sıvı bulunur.
5- Basit Elektrik Devreleri :
Pil, pil yatağı, ampul, duy, anahtar ve bağlantı kablolarından oluşan devreye basit elektrik devresi denir.
(Elektrik yüklerinin üretecin bir kutbundan çıkıp diğer kutbuna girmesini yani akışını sağlayan düzeneğe basit elektrik devresi denir).
• Devredeki pil elektrik enerjisi üretir (yani elektrik yükü yani elektron kaynağıdır ve elektrik akımının oluşmasını sağlar).
• Devredeki pil yatağı, pillerin devreye bağlanmasını sağlar.
• Devredeki iletken tel, elektrik enerjisinin (elektrik yüklerinin yani elektronların) akışını sağlar.
• Devredeki ampul, iletken telden elektrik enerjisinin (yani elektronların) geçtiğini ya da geçmediğini (yani elektrik akımının oluşup oluşmadığını) gösterir.
• Devredeki duy, ampullerin devreye bağlanmasını sağlar.
• Devredeki anahtar, elektrik enerjisinin (yani elektrik yüklerinin yani elektronların) geçmesini ya da geçmemesini sağlar.
Basit elektrik devrelerinde anahtar açıkken devreden elektrik enerjisi (elektrik yükleri yani elektrik akımı) geçemez ve ampul yanmaz. Böyle devrelere açık devre denir.
Basit elektrik devrelerinde anahtar kapalı iken devreden elektrik enerjisi (elektrik yükleri yani elektrik akımı) geçebilir ve ampul yanar. Böyle devrelere kapalı devre denir.
Basit elektrik devrelerinde elektrik akımının yönü, pilin dışında (+) kutuptan (-) kutba doğru, pilin içinde ise (-) kutuptan (+) kutba doğrudur.
Basit elektrik devrelerinde elektronların akış yönü pilin dışında (-) kutuptan (+) kutba doğrudur.

Elektrik Yükleri(Artı-Eksi)

Çok eskiden beri birbirine sürtülmüş bazı cisimlerin birbirini çektiği bilinir.

Yaptığı deneylerle Benjamin Franklin, artı ve eksi adını verdiği 2 çeşit elektrik yükü olduğunu bulmuştur.

Basit bir deney olarak kürke sürtüldükten sonra iletken olmayan bir iple asılmış bir plastik çubuk ele alalım. İpeğe sürtülmüş cam çubuk plastik çubuğa yaklaştırıldığında birbirlerini çekerler. Diğer taraftan kürke sürtülmüş iki plastik çubuk (ya da cam çubuk) birbirlerini iterler. Bu deneyden plastiğin ve camın farklı iki elektriklenme durumunda oldukları ve aynı yüklerin birbirlerini ittikleri, farklı yüklerin birbirlerini çektikleri sonucuna varılır.

Franklin’in önerisi benimsenerek cam çubuktaki elektrik yüküne artı(+) yük, lastik çubuktakine eksi(-) yük denir. Cisimler üzerinde her zaman artı ve eksi yükler bulunur ama bunlar sayıca birbirine eşit olduğundan cisimler nötr olarak adlandırılır.

Bu deneylerde yükün korunduğu da gösterilmiştir. Kapalı bir bölgede yükler çiftler halinde ortaya çıkarlar. Yani bir taraf (+) yüklenirken diğer taraf (-) yüklenir. Bu günkü bilgilerimizden eksi(-) yüklerin kaynağının elektron, artı(+) yüklerin kaynağının protonlar olduğu bilinmektedir.

Mıknatısta N-S kutupları ayrılamamasına rağmen elektrik yükleri birbirinden ayrılabilir.

Elektrik yükleri birbirlerine aralarındaki uzaklığın karesi ile ters, büyüklükleri ile doğru orantılı bir kuvvet uygularlar. Aynı yukarıda bahsettiğimiz gibi mıknatısların birbirine uyguladıkları kuvvet gibi.

 

Elektrik Devresi Nedir?

Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilip düzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin Negatif (-) kutbundan çıkan ElektronlarPozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzeneğe bir Elektrik devresi denir.

Devre Elektirik

Bir elektrik donanımını oluşturan bağlantılar ve bileşenleri topluca belirten terim. Elektrik devresi elektrik akımına (elektrik yüklü akışına) yol sağlamak için biri birine bağlanmış bileşenlerden oluşur. Elektrik çoğu kez ışık ses ya da ısı gibi farklı bir enerji türü üretmekte kullanılır.

Devrenin Bölümleri

Elektrik devrelerinin çoğunda dört ana bölüm vardır (1) kimyasal pil üreteç ya da güneş pili gibi bir elektrik enerjisi kaynağı; (2) lamba motor ya da hoparlör gibi bir yük (yada çıktı aygıtı); (3) elektrik enerjisi kaynaktan yüke taşımak için Bakır yada Alüminyum tel gibi iletkenler ;(4) enerjinin yüke akışını denetlemek için röle Anahtar ya da termostat gibi denetim aygıtı.

Basit bir elektrik devresi elektriksel bileşenlerin çizimlerini kapsayan resimsel bir şekille (A) ya da elektrikçilerin belirli bileşenleri tanımlamakta kullandıkları bağlantılı standart simgelerden oluşan bir çizimle (B) gösterilebilir.

Gerek DA (yönü değişmeyen doğru akım) gerek AA (yönü periyodik olarak terselen dalgalı akım yada alternatif akım) olabilen kaynak devreye bir elektromotor kuvvet (emk) uygular. Bu emk volt(V) olarak ölçülür ve Basınca benzer; belli bir devreden geçecek (amper olarak ölçülen ) akım miktarını belirler. Dünyanın çeşitli ülkelerinde kullanılan normal voltajlar genellikle 50 - 60 hertz frekansta 110 ya da 220 V' dur.

Devreler seri paralel seri-paralel ve karmaşık olarak dört genel tipe ayrılabilir. Bunların tümü DA ya da AA bir kaynaktan beslenebilir.

Yılbaşı ağacı ampulleri gibi seri bağlanmış bir doğru akım devresinde bütün dirençler ya da ışıklar (ampuller) ardışık olarak bağlanır .Her ışıkta oluşan voltaj düşmesi elektrik akışına gösterdiği dirence bağlıdır. Aynı akım bütün ışıklardan geçtiği için ışıklardan biri sönerse öbür ışıklara akım geçişi kesilir

Paralel bir sisteme başka bir yük (çıktı) eklenirse akım için yeni bir yol oluşturur. Ve bu nedenle kaynaktan gelen toplam akım artar. Bu Kirchhoff'un akım yasasının bir uygulamasıdır; söz konusu yasaya göre herhangi bir noktadan devreye giren akımların toplamı o noktadan çıkan akımların toplamına eşittir. Başka bir direnç Paralel bağlandığında paralel devrenin birleşik direnci belirgin biçimde azalır. Seri devrede olduğu gibi paralel devrede de toplam güç ayrı ayrı güçlerin toplamından oluşur.

Otomobilin elektrik sistemi gibi doğru akımlı bir Paralel devrede bütün rezistörler ya da yükler parelel dallarla ortak bir güç kaynağına bağlanır. Her yük aynı voltajdadır; ama direncine bağlı olarak farklı miktarda akım çeker.

Seri-Paralel Devre

Seri-paralel devreler bazı bileşenlerin birbirleriyle paralel bağlandığı paralel birleşimlerinse başak bileşenlerle seri halde bulunduğu devreler olarak tanımlanabilir. Kaynağa seri bağlanmış bir anahtar ve bir sigorta ya da devre kesici ile paralel bağlanmış bir çok bileşen böyle bir devre oluşturur.

Karmaşık Devreler

Yalnızca seri ya da sadece paralel bileşimlerden oluşan bölümlere ayrılabilen bir devreye “Karmaşık Devre” denir. Bir direncin ölçülmesinde kullanılan Wheatstone köprüsü adındaki devre buna iyi bir örnektir. Bu devre temel olarak bir karenin dört kenarını oluşturan birbirine bağlanmış dört rezistörden oluşur. Çapraz köşelerin ikisine bir voltaj kaynağı öbür ikisine ise belli bir direnci olduğu bilinen bir galvanometre bağlanır. Ancak köprü devresi dengede olduğunda galvanometreden hiç akım geçmediğinde devre seri paralel bileşimidir. Toplam direnci bulmak amacıyla böyle bir devreyi çözümlemek için özel teknikler gereklidir.

Otomobilin ateşleme sisteminde ya da fotoğraf makinesinin fotoflaşında olduğu gibi doğru akım devrelerine indükleçler ve kondansatör bağlanabilir. Böyle uygulamalarda önemli olan geçici tepkidir; çünkü doğru akım bakımından bir kondansatör (sürekli durum koşullarında) açık devre demektir ve bir indükleç içinden geçen akım değişken olmadıkça hiçbir etki göstermez. Ama indüktans ve kapasitansın etkileri dalgalı akım devrelerinde çok daha önemlidir. Çünkü dalgalı akımda voltaj ve akım sürekli değişmektedir.

Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilip düzeneğe bir lamba yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler. Kurulan bu düzenek bir elektrik devresi denir.

lamba, anahtar, üreteç

Elektrik Devresinin Elemanları

Üreteç:
Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller devredeki üreteçlerdir.

Anahtar:
Devreye akım vermeye ve akımı kesmeye yarar.

Lamba:
Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.

Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.

iletken, Yarı iletken, Süperiletken Ve Yalıtkanlar

İletken Yalıtkan Yarıiletken

Elektiriği geçiren Maddelere iletken denir . Atomun en dış yörüngesinde 3 veya daha az valance elektronu bulundururlar. Metaller Ametaller Alaşımlar ve Sıvı ıletkenler vardır.

Yalıtkan Elektriği iletmeyen maddelere denir. Atomun en dışında 5 veya daha fazla elektron bulunduran maddelerdir. Dogal Yapay Plastik Gaz Sıvı gibi çeşitleri mevcuttur.

Yalıtkanlara göre daha iletken iletkenlere göre daha yalıtkan maddelerdir . Germenyum Silisyum, Galyum, Arsenur,  İndiyum,  Fosför gibi çeşitler mevcuttur .

 

Elektrik Akımı

İletken maddeler üzerinde negatif yüklerin titreşimiyle oluşan enerjiye Elektrik Akımı denir.

Elektrik akımının hareketi bir borudan akan suyun hareketine benzetilir. Boru ve kablolar, su ve elektrik yükleri birbirlerine benzemektedir.

Basit Elektrik Devresi
     
Basit bir elektrik devresi Pil, İletken Tel, Anahtar ve enerji tüketen Lamba benzeri elemanlardan oluşur.
Bir elektrik devresinde sistemin çalışması şu aşamalardan oluşur.
1. Pildeki enerji negatif yüklü elektronların titreşmesini sağlar
2. Titresim hareketi yapan negatif yükler bu hareketi ilerdeki elektronlara iletir.
3. Negatif tüklerin titreşimi pilin diğer ucuna kadar ulaşır.
4. Bu titreşim hareketi ampulden geçerken ısı ve ışık enerjisine dönüşür.

Elektrik Amının Yönü:
Elektrik akımının yönü artı kutuptan eksi kutuba olduğu kabul edilir. Eskiden kabul edilen bazı bilgilerin değişmemesi için böyle bir kabul yapılmıştır. Gerçekte ise yön eksiden artıya doğrudur. Fakat bu dikkate alınmaz. Herhangi bir soru geldiğinde doğru cevap artıdan eksiye olacak şekilde verilmelidir.

Elektrik Gerilimi:
Elektriksel gerilim bir güç kaynağının iki ucu arasındaki enerji farkıdır.

Elektrik gerilimi yukarıdaki içi sıvı solu kaba benzetilebilir. İki koldaki sıvı yüksekliği eşit oluncaya kadar fazla sıvı olan yerden az sıvı olan yere doğru akıntı devam eder. Pillerde de böyledir. Enerjisi fazla olan kutuptan enerjisi az olan kutuba doğru elektrik akımı gerçekleşir. Ne zaman ki iki kutup da eşit enerjiye sahip olur bu durumda pil bitmiş olur.

Elektrik Akımının Bulunduğu Yerler
Elektrik akımı elektriklenmeden farklıdır. Adından da anlaşılabileceği gibi bu elektrik akan elektrik olarak da isimlendirilir. Elektrik akımı bulunan alanlara bazı örnekler verelim.

Evlerimizde kullandığımız elektrik.
Pillerde bulunan elektrik
Otomobil akülerindeki elektrik
Güneş panellerinde üretilen elektrik
Barajlarda üretilen elektrik
Lambaları çalıştıran elektrik
Rüzgar enerjisiyle üretilen elektrik vb.

Elektrik Akımı ve Elektrik Gerilimi
Akım ve gerilim kavramları birbiriyle karıştırıldığı için bu konuyu biraz daha açıklayalım.

AKIM :

Negatif yüklerin hareketidir.
Ampermetre denilen aletle ölçülür.
Birimi AMPER(A) dir.
Kısaca I harfiyle gösterilir.
Seri bağlı devre elemanlarının hepsinden aynı akım geçer.

GERİLİM

Elektrik kaynağının iki ucu arasındaki enerji farkıdır.
Voltmetre denilen aletle ölçülür.
Birimi VOLT (V) dur.
Kısaca V harfiyle gösterilir.
Paralel bağlı devrelerde gerilimler eşittir.

 

Elektrik Akımının Yönü?

Elektronlar - den + ya hareket ediyor ama elektronun yükü - olduğu için hesaplamalarda karışıklık çıkmasın diye akımın yönü + dan - ye kabul ediliyor.

Evet elektronlar - den + ya hareket ederler. Ama elektronlar bir atomdan diğerine geçerken elektronun çıktığı kısım boş kalır bu bölgelere hole(delik) denir ve bu deliklerinde elektronlar gibi hareket ettiği varsayılır.

Aslında delikler hareket etmezler, delikler elektronların hareketinden meydana gelir. Örneğin iki atom ele alalım birinde delik olsun. Elektron diğer atoma geçerek atomdaki bu boşluğa yerleşir ancak elektronun çıktığı atomda da delik oluşur yani sanki delik elektronun hareketiyle bir atomdan diğerine hareket etmiştir.

Elektrik akışı dediğimiz olay elektron akışından ibaret olduğu için akım yönü gerçekte -'den +'ya doğrudur. Ancak elektrik şemalarında kavrama kolaylığı sağlamak için bunu tam tersi kabul edilir. Aslında hesapta hiçbirşey değişmez. Yani tamamen bir tanımlama meselesi.
 

Elektrik akımı hangi yönden hangi yöne akar?

Bu sorunun doğru şekli şu olmalıydı "elektrik akım yönü nasıl belirlenir? Alternatif ve doğru gerilimde bu nasıl olur?" olmalıydı. Bu sorunun cevabını açıklamak elektriğin temel kurallarından olan magnetik alan kuramlarını çok iyi bilmeyi aynı zamanda elektron akış tekniği hakkında bilgi sahibi olmayı gerektirir. Öncelikle alternatif elektrik akımı iki polar yön içerir. Artı ve eksi alternans denilen yönler. Bu yönler aynı zamanda frekans bileşenine bağlıdır. Doğru gerilimde frekans bileşeni yoktur. Yani frekans sıfırdır. Doğru gerilimde de artı ve eksi polarlar mevcuttur ama oluşan gerilimin yönsel anlamda değişimi söz konusu değildir. Doğru gerilim isminide buradan alır. Malzeme kimyası da burada devreye girer, çünkü üzerinden elektrik akımı akıtmayı düşündüğünüz her malzeme temel yapı taşı olan atomlara ve bunu oluşturan elektron hareketlenmesine göre iyi iletken veya yalıtkan malzeme ismini alır.

Bakır bilinen en iyi iletkenlerden biridir. Aslında kaybın en az olduğu en mükemmel iletken altındır. Ne var ki çok pahalı olmasından dolayı altın iletken tel yerine daha ucuz olan bakır ve alüminyum iletkenleri kullanılır. Akım olayı endüklenen bir gerilim sonucuna göre oluşturacağınız magnetik akı ve bu akının oluşturacağı bir sonuçtur. Magnetik akı elektron hareketleri sonucunda oluşur buda bir magnetik kuvvet meydana getirir. Bu akış yönünü en basit ve en iyi açıklayan sağ el kuralıdır. Bunu incelersen ne demek istediğimi daha kolay anlayacağını umuyorum. Artı ve eksi elektron konusuna gelince elektronlar artı kutuptan eksi kutba doğru akışkanlık gösterir. Mıknatıs örneği gibi aynı kutuplar birbirini iter zıt kutuplar birbirini çeker. Eksi elektronlar durağan halde bekleyen bir yapı gibi düşünülürse artı elektronları da hareketli yapı olarak göz önüne alırsan, bir tetiklenme anında yani magnetik bir akı oluşturmada akım olayı meydana gelir. Frekans kavramı da artı ve eksi alternansı oluşturur.

Doğru gerilimde iletim sağlanacak malzemede bu kutuplaşma sadece artı ve eksi elektronlara göre olur frekans bileşeni yoktur. O yüzden D.C devreler artı ve eksi D.C gerilim olarak adlandırılır. Umarım yardımcı olmuşumdur....

 

İndüksiyon (İndükleme) Akımı Nedir?

 

Üreteç kullanılmadan mıknatıs veya magnetik alan kullanılarak elde edilen akıma indüksiyon akımı veya indükleme akımı denir.

 Bir iletken telden elektrik akımı geçirildiğinde, iletken tel etrafında magnetik alan oluşturuyorsa, magnetik alan sayesinde de iletken telde elektrik akımı oluşturulabilir. Elektrik akımının oluşabilmesi için, elektrik yüklerinin yani elektronların iletken telde hareket etmesi gerekir. İletken telde elektronların hareket etmesini mıknatısın magnetik alanı sağlar.

 İçi boş demir borunun (çubuğun veya silindirin) üzerine iletken telin sarılmasıyla elde edilen düzeneğe bobin veya akım makarası veya selenoid denir.
 Bobinin içerisine bir çubuk mıknatıs hızlı bir şekilde girdirilip çıkartılırsa, bobinin uçlarına bağlı olan mili ampermetrenin ibresinin saptığı gözlenir. Mili ampermetrenin ibresinin sapması bobinden yani devreden yani iletken telden elektrik akımı geçtiğini gösterir. İletken telde, üreteç kullanılmadan mıknatıs ile elde edilen bu akım indüksiyon akımıdır.
 İndüksiyon akımının oluşmasının nedeni, kapalı devre halinde bulunan bobinin üzerindeki iletken telden (iletken telin içinden) geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısının sürekli değişmesi ve kuvvet çizgileri (magnetik alan) sayesinde iletken teldeki elektrik yüklerinin yani elektronların hareket etmesidir.
 
 a) İndüksiyon Akımının Bağlı Olduğu Faktörler :
 İndüksiyon akımının büyüklüğü iletken teldeki kuvvet çizgilerinin sayısına ve değişme hızına bağlıdır. Bu nedenle indüksiyon akımının büyüklüğü;
 
 1- Bobindeki sarım sayısına bağlıdır ve doğru orantılıdır.
 2- Mıknatısın magnetik alan şiddetine yani çekim gücüne yani magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısına bağlıdır ve doğru orantılıdır.
 3- Mıknatısın bobine (veya bobinin mıknatısa) girdirilip çıkartılma hızına bağlıdır ve doğru orantılıdır.
 4- Mıknatıs ve bobinin arasındaki uzaklığa bağlıdır ve ters orantılıdır.
 
 b) İndüksiyon Akımının Özellikleri (Sonuçlar) :
 
 1- İndüksiyon akımının oluşması için gerekli şart, bobindeki iletken telden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısının sürekli değişmesidir.
 2- İndüksiyon akımı, mıknatısın (magnetik alanın) veya bobinin hareketi sayesinde oluşur.
 3- Mıknatıs ve bobin hareketsiz durumda iken, bobindeki iletken telden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısı değişmediği için indüksiyon akımı oluşmaz. (Elektron akışının sürekli olabilmesi için magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısının değişmesi gerekir).
 4- İndüksiyon akımı iki yönlüdür. Mıknatıs bobine girerken akım bir yönde oluşurken, mıknatıs bobinden çıkarken akım ters yönde oluşur.
 5- Mıknatısın bobine giren kutbu değişirse, indüksiyon akımı yön değiştirir.
 6- Elde edilen indüksiyon akımının şiddeti sürekli değişir yani artar veya azalır. İndüksiyon akımının şiddetinin sürekli değişmesinin nedeni, bobindeki iletken telden geçen magnetik alan kuvvet çizgilerinin sayısının sürekli değişmesidir. (İndüksiyon akımının şiddetinin sürekli değişmesinin nedeni magnetik alan kuvvet çizgileri sayesinde iletken telden geçen elektron sayısının değişmesidir).
 7- İndüksiyon akımı, mıknatıs ve bobin yardımıyla hareket enerjisinden elektrik enerjisi elde edilmesi sonucu oluşur.
 8- İndüksiyon akımı, elektro magnetik kuvvet sayesinde oluşur.
 
 NOT : 1- İndüksiyon akımının yönü, kendini doğuran neden karşı kayacak şekilde oluşur.
 (Lenz Kanunu)
 2- Mıknatısın hareket yönü, oluşan indüksiyon akımının yönüne terstir.
 3- İndüksiyon akımı 1831`de Henry Faraday tarafından bulunmuştur.
 4- İndüksiyon akımı oluşurken, bobindeki iletken telde bulunan elektrik yüklerine yani elektronlara, mıknatısın magnetik alanı elektro magnetik kuvvet uygular ve bobindeki iletken telde bulunan elektronlar bu kuvvet etkisiyle hareket ederek kutuplanır ve potansiyel fark oluşturur.
 
 F = q . V . B . sinα