fizik

ana

ELEKTRİK AKIMI

Yazar fizik

Pazar, 04 Şubat 2007

Elektrik Akımı

Elektrik Akımı: Bilindiği gibi metallerin atomlarındaki elektron sayıları metalin cinsine göre değişir. İletken maddelerin atomlarının son yörüngelerinde 4 'den az elektron bulunur. Atomlar bu elektronları 8'e tamamlayamadıkları için serbest bırakırlar. Bu yüzden bir İletken maddede milyonlarca serbest elektron bulunur. Bu maddeye elektrik uygulandığında elektronlar negatif (-) 'den pozitif (+) yönüne doğru hareket etmeye başlar. Bu harekete "Elektrik Akımı" denir.

Bir iletkenin belli bir kesitinden birim zamanda akan yüke akım şiddeti denir ve akım şiddeti "i" ile gösterilir.

Elektroliz Olayı: Bir bileşiğe elektrik akımı uygulanarak bileşiğin "+" ve "-" moleküllerine ayrıştırılması olayına elektroliz adı verilir. Bileşiğin "+" gerilim uygulanan kısmına "-" yüklü iyonlar toplanırken, "-" gerilim uygulanan kısma "+" yüklü iyonlar toplanır. Bu sayede bileşik kendisini oluşturan moleküllere ayrıştırılmış olur.

Suyun elektrolizi;

2H⁺ + O^-2 ==> H2O

Direnç: Adından da anlaşılabileceği gibi direnç, bir maddenin üzerinden geçen akıma karşı gösterdiği zorluktur. Elektrikte ise direnç akıma zorluk gösteren devre elemanına verilen isimdir. Direncin birimi "Ohm" dur.

Ohm Kanunu: Ohm kanununa göre bir iletkenin direnci, iki ucu arasındaki potansiyel farkın iletken üzerinden geçen akıma bölümüne eşittir.

Potansiyelleri farklı olan iki iletken cisim birbirlerine dokundurulduğunda potansiyelleri eşit oluncaya kadar birinden diğerine elektrik yükü akışı olur. Potansiyeller eşitlendiğinde yani potansiyel farkı sıfır olduğunda bu akış durur. Akışkanların basınç farkından dolayı akmasını ve basınç farkı ortadan kalkınca akmanın durmasını buna benzetebiliriz.

Buna göre, bir devrede yük akışı olabilmesi için, üreteç ve pil gibi aygıtlara ihtiyaç vardır.

Şekilde, pil, anahtar ve lamba ile oluşturulan devrede, anahtarın kapatılmasıyla lambanın yandığı gözlenir. Bu durumda lamba üzerinden akım geçtiği anlaşılır.

Bir iletken içinde elektronların sürekli olarak akışına elektrik akımı denir.

Akım Şiddeti

Bir iletkenin kesitinden bir saniyede geçen elektron miktarına akım şiddeti denir. i harfi ile gösterilir. Akım şiddeti ampermetre denilen aletle ölçülür. Ampermetre devreye seri bağlanır. Bağlandığı yerin direncini etkilememesi için ampermetrenin iç direnci çok çok küçüktür. Pratikte sıfır kabul edilir. Akım şiddeti birimi amperdir. A harfi ile gösterilir.

1 amperin binde birine miliamper denir.

Bir iletkenin kesitinden t sürede geçen yük miktarı q ise, i akım şiddeti, i = q/t bağıntısı ile hesaplanır. Bağıntıya göre,

Üretecin veya pilin + ucu uzun, – ucu kısa çizgi ile gösterilir. Elektronlar üretecin (–) kutbundan (+) kutbuna doğru hareket ederler. Fakat akımın yönü, elektronların hareket yönünün tersine yani (+) kutuptan (–) kutba doğru olduğu kabul edilmiştir. Bu bir kabullenmedir. Önemli bir sebebi yoktur.

Bir İletkenin Direnci

Elektronlar bir iletken içinde hareket ederken atom ve moleküllerle etkileşir ve enerji kaybederler. İyi iletken olmayan maddeler içinde ise hareket edemez ve akım oluşturamazlar, yani engellerle karşılaşırlar. Maddeler üzerinden geçen akıma karşı bir tepki yani direnme gösterirler. Bu direnmeye direnç denir. Direnç şekildeki gibi gösterilir ve R ile sembolize edilir.

Direnç birimi ohm olup kısaca W ile gösterilir.

Yalıtkan maddelerin direnci çok büyük olduğundan hiç akım geçirmezler. Elektrik akımını en iyi iletenler saf metallerdir.

Uzunluğu l, kesit alanı S olan bir iletkenin direnci,

bağıntısı ile hesaplanır. Burada r, iletkenin öz direncidir. Bu bağıntıya göre, direnç telin uzunluğu ve özdirenci ile doğru, kesit alanı ile ters orantılıdır.

Kısa Devre

Akımın dirençsiz yolu tercih etmesine kısa devre denir.

Şekilde yanmakta olan lambanın iki ucu iletken bir telle birleştirilir yani K anahtarı kapatılırsa, akım dirençsiz yoldan gider. Dolayısıyla lambanın üzerinden giden i akımı artık lamba üzerinden gitmez ve lamba söner. Lamba yerinde bir R direnci olması halinde de aynı durum geçerlidir.

Değişken Direnç (Reosta)

Bir iletkenin direncini değiştirmek için kullanılan alete reosta denir. Reostaya ayarlı dirençte denilir. Kısa devre prensibi geçerlidir. Şekilde okun ucuna kadar iki yol vardır. Biri dirençli diğeri dirençsiz yoldur. Akım dirençsiz yolu tercih ettiğinden, devrede yalnız okun ucundan 1 yönünde kalan direnç var demektir. Dolayısıyla ok 1 yönünde hareket ettirilirse, direnç azalır, 2 yönünde hareket ettirilirse direnç artar.

Potansiyel Farkı (Gerilim)

Potansiyel iş yapabilme yeteneği olarak ifade edilebilir. Potansiyel enerji, depolanmış ve kullanıma hazır enerji demektir. Pil ve üreteçlerde de böyle bir enerji vardır. Potansiyel farkı denildiğinde iki noktanın potansiyellerinin farkı demektir. Üreteçlerin (+) ve (–) kutuplarının potansiyelleri farklıdır. Dolayısıyla üretecin iki ucu arasında bir potansiyel farkı (gerilim) vardır. Bu potansiyel farkına gerilim de denir.

Bir devrenin iki noktası arasında sabit bir potansiyel farkı var ise, bu iki nokta arasında düzenli bir akım oluşur. Evlerde 220 voltluk sabit bir potansiyel farkı kullanıldığı için ampüllerin parlaklığı zamanla değişmez.

Potansiyel farkının birimi volttur. V harfi ile gösterilir. Voltmetre denilen aletle ölçülür. Voltmetre devreye paralel bağlanır. Voltmetrenin üzerinden akım geçmemesi için iç direnci çok çok büyük seçilir ve pratikte sonsuz kabul edilir.

OHM KANUNU

Bir iletkenin uçları arasındaki potansiyel farkının, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. Bu sabit değer iletkenin direncine eşittir. Buna göre,

Direnç R, potansiyel farkı V, akım şiddeti i olduğuna göre, kısaca

V= i.R olarak yazılır.

Ohm kanunu, potansiyel farkı, akım ve direnç üçlüsü arasındaki ilişkiyi belirtir.

Potansiyel farkı akım şiddeti grafiğinin eğimi, iletkenin direncini verir.

Dirençlerin Seri Bağlanması:

Dirençler seri bağlanmasında toplam direnç, seri bağlanan direnç değerlerinin toplamına eşittir.

RT = R1 + R2 + R3

Dirençlerin Paralel Bağlanması:

Dirençlerin Karışık Bağlanması:

Karışık bağlı dirençlerde toplam direnç değeri bulunurken, paralel dirençlerin değeri kendi arsında hesaplanır. Sonra elde edilen değer diğer dirençlerle seri gibi kabul edilerek sonuç bulunur.

Örnek: R1 = 5, R2 = 10, R3 =10, R4 = 20 ohm olan yukarıdaki devrede toplam direnç nedir.

Rp = (R2 x R3) / (R2 + R3) ==> Rp = (10 x 10) / (10 + 10) ==> Rp = 5 ohm

Rt = R1 + Rp + R4 ==> Rt = 5 + 5 + 20 ==> Rt = 30 ohm

Güç Kaynaklarının Seri Bağlanması:

Güç kaynakları seri bağlanırken, bir güç kaynağının kutbu diğer güç kaynağının zıt kutbuna bağlanır. Toplam güç tüm güç kaynaklarının değerlerinin toplamına eşittir.

Va-b = E1 + E2 + E3

Güç Kaynaklarının Paralel Bağlanması:

Güç kaynaklarının paralel bağlanmasında, paralel bağlı olan güç kaynaklarından en küçüğünün değeri güç kaynaklarının toplam değeridir. Yani paralel bağlanan kaynaklar ister birbirine eşit olsun isterse bir diğerinden çok büyük olsun sonuç en küçük değerli olan güç kaynağına eşittir.