Elektrik ve Manyetizma-1: Potansiyel Fark, Akım Şiddeti, Direnç
Potansiyel Fark
Birim elektrik yükünün iki nokta arasında harcadığı enerjiye potansiyel fark denir. Potansiyel farkına gerilim ya da voltaj denir.
- Potansiyel farkı V ile gösterilir.
- Üreteçlerin birim elektrik yüküne kazandırdığı enerjiye elektromotor kuvvet (emk) denir. Elektromotor kuvvet \(\xi\) ile gösterilir.
- Potansiyel farkın ve elektromotor kuvvetin SI'daki sembolü volttur (V)
- Potansiyel farkı, devreye paralel bağlanan voltmetre ile ölçülür.
Basit bir elektrik devresi, şekildeki gibi modellenebilir. Vananın açık olduğu durumda pompanın devreye pompaladığı su, elektrik devresinde dolanan elektrik akımı gibidir. Pompanın yaptığı işi elektrik devresinde üreteç yapar. Elektrik devresindeki anahtar modeldeki vanaya, lambanın ışık vermesi ise modeldeki su değirmenine karşılık gelir.
Elektrik Akımı
Elektrik yüklerinin kapalı bir devrede, belirli bir yöndeki akışına elektrik akımı denir. Elektrik akımını oluşturan elektrik yükleri enerjiye sahiptir. Elektrik ile çalışan cihazlar elektrik akımından aldıkları bu enerji ile çalışır.
- Elektrik akımını; iletken katılarda elektronlar, iletken sıvı çözeltilerinde pozitif ve negatif yüklü iyonlar, gazlarda ise her ikisi birlikte oluşturur.
- Hava, bir elektrik yalıtkanı olmakla birlikte yıldırım olayında olduğu gibi yüksek gerilim altında iken iletken hale gelir.
- İletken ortamın herhangi bir kesintiden birim zamanda geçen toplam yük miktarına akım şiddeti denir. Akım şiddeti (i); elektrik yük miktarı q, zaman t ile verildiğinde aşağıdaki bağlantı ile ifade edilir.
\[i=\frac{q}{t} \]
- SI'da; yük birimi Coulomb (C), zaman saniye (s), akım şiddetinin birimide amperdir (A).
- Elektronun yüküne elementer yük denir. 1 elektron yükü \((q_e)=1,6.10^{-19}C\)'dir. n tane elektron geçtiğinde, iletkenden geçen yük miktarı \(n.q_e\) ile ifade edilir.
- Akım şiddeti, devreye seri olarak bağlanan ampermetre ile ölçülür.
- Elektrik akımının yönü, elektron akış yönünün tersi olarak kabul edilmiştir. Çünkü eskiden insanlar maldı.
Elektrik akımı temel bir büyüklüktür.
Pildeki bir elektron, devre aktifken pilin bir ucundan diğer ucuna hareket etmez, bunun yerine diğer atomlardaki elektronları itekler.
İletken sıvı ve gaz ortamlarda akım hesaplanırken zıt yönde hareket etmelerine rağmen pozitif ve negatif yüklerin toplamı alınır.
Direnç
Bir iletkenin, üzerinden geçen elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa elektriksel direnç denir. Bir maddenin direnci; maddenin atomik yapısına bağlı olduğu gibi o maddenin ebatları ve sıcaklığıyla da ilişkilidir.
- İletken telin uzunluğu artarsa elektronlar direnç üzerinde daha fazla enerji kaybeder. Direnç iletkenin uzunluğu ile doğru orantılıdır.
- İletken telin kesit alanı artarsa elektronların iletken içindeki hareketi kolaylaşır. İletkenin kesit alanıyla direnç ters orantılıdır.
- Maddenin cinsine (atomik yapısına) bağlı olarak iletkenin direnci değişir. Bu durum, iletkenin "öz direnci" olarak belirtilmiştir.
- Uzunluğu l, kesit alanı A, öz direnci p olan bir iletkenin direnci (R) aşağıdaki bağlantı ile ifade edilir.
\[R=p\frac{l}{A} \]
- SI'da öz direnci "\(ohm.m\)", iletkenin uzunluğu "m", iletkenin kesit alanı "\(m^2\)" olmak üzere direnç birimi de "ohm" dur (\(\Omega\))
Devre elemanlarının direnci arttıkça akıma karşı gösterilen zorluk da artacağından akım şiddeti azalır.
Elektrik enerjisinin taşınmasında, enerjisinin ısıya dönüşerek kaybolmasını önlemek amacıyla direnci az olan teller tercih edilir.
- Elektrikli sobalar, su ısıtıcıları, akkor lambalarda olduğu gibi elektrik enerjisinin ısıya dönüşmesi istenirse direnci büyük olan yani öz direnci yüksek, tungsten veya nikel-krom teller tercih edilir.
Elektriğin iletilmesinde kullanılan kablolarda çoğunlukla iletken madde olarak bakır kullanılır. Bakır, görece ucuz ve öz direnci küçük olması nedeni ile tercih edilir.
Reosta
Direnç değeri değiştirilebilien devre elemanlarına reosta denir.
- Reostanın kolu hareket ettirilerek direnç değeri değiştirilir. Bu sayede devreden geçen elektrik akımının miktarı kontrol edilmiş olur.
- Ütü ve fırın gibi bazı cihazlarda sıcaklığın artırılıp azaltılması reosta ile gerçekleştirilir.
Reostanın devre sembolü şu şekildedir:
