Elektriği Anlamak- Elektrik nedir ?

 

 

ELEKTRİK NEDİR?

Elektrik, doğada elektrik yüklerinin birbirleri ve çevreleri ile etkileşime geçmeleri ile ortaya çıkan fiziksel bir olaydır. Dünya tarihinde elektriğin etkilerini ilk gözlemleyen kişinin, Milet'li Thales (Thales of Miletos) olduğu söylenir. Milattan önce 624-546 yılları arasında, bugünkü Aydın civarlarında yaşadığı bilinen Thales, doğa ile ilgili araştırma ve gözlemler yaparken kehribarın yünle ovulduğunda tüy, saman gibi hafif nesneleri kendine doğru çektiğini ve uzun süre ovulduğunda ise küçük kıvılcımlar oluşturduğunu gözlemlemiştir.

Eski Yunanca'da 'kehribar' anlamına gelen elektron sözcüğü, Latince'ye electro veya electrica olarak geçmiştir. 1600 yılında İngiliz fizikçi ve filozof William Gilbert, "De Magnete" adlı eserinde electricus kelimesini 'kehribar gibi cisimleri kendine çeken' anlamında kullanmıştır. 1634 yılında ise İngiliz Sir Thomas Browne tarafından ilk kez elektrik (electric) sözcüğü kullanılmıştır.

Elektrik ve manyetizma arasındaki ilk ciddi ayrımı yapan William Gilbert'tan sonra elektrik ve yükler ile ilgili araştırmalar oldukça hız kazanmıştır. İlk gözlemleri milattan öncesine kadar uzansa da 19. yüzyıldan itibaren bir bilim ve mühendislik dalı haline gelen elektrik, sanayi devrimini hızlandırmış ve 20. yüzyıl teknolojisinin temelini oluşturmuştur. Günümüzde elektrik, uygarlığın vazgeçilmez bir parçasıdır.

Aslında elektrik doğrudan hayatımızın içindedir. İnsan vücudunda hücrenin metabolik etkileşimleri elektrokimyasal yollarla gerçekleşir. Sinir hücrelerinde uyartımların iletimi elektriksel sinyallerle sağlanır. Ancak biz bu etkileri fiziksel olarak algılayamayız. Farkına varabileceğimiz veya algılayabileceğimiz en açık olaylar statik elektrik olayı, şimşek çakması ve yıldırım deşarjıdır. Bu olaylar, elektriği duyu organlarımız ile fark edebileceğimiz olaylardır.

Bu örnekler doğa olaylarıdır ve elektriğin bu bahsedilen davranışları, insanlık için herhangi bir fayda sağlamaz. Elektriğin faydasını yanan bir ampulde veya dönen bir elektrik motorunda görebiliriz. Elektriği sadece doğal bir fenomen olmaktan çıkarıp onu iş yapacak hale getirmenin yolu, elektriğin doğasını anlamaktan geçer.



Elektrik Dersleri'nin Temel Esaslar bölümünde elektriğin temel konuları olan yük, gerilim, akım, direnç ve elektromanyetik alanlar konularını inceleyeceğiz. Enterkonnekte şebekelerden mikroelektronik devrelere kadar tüm uygulama alanlarında aynı şekilde kullanılan bu esasların anlaşılması, 'elektriği anlamak' için iyi bir başlangıç olacaktır.

ELEKTRİĞİN TEMEL ESASLARI

YÜK

Elektrik yükü; kütle, uzunluk, zaman ve sıcaklık gibi, fiziksel dünyanın temel ölçülerinden biridir. Diğerlerinin aksine elektrik yükü, fiziksel olarak doğrudan algılayamadığımız bir büyüklüktür. Dışarıdan baktığımızda bir cismin kütlesi, boyutları ve sıcaklığı hakkında bir fikir yürütebilmemize rağmen o cismin yükü hakkında bir şey söyleyebilmemiz çok zordur.

Birçok ticari ürün, elektrik yüklerinin birbirini çekmesi etkisini kullanır. Örneğin birçok kontakt lensin plastik maddesi (etafilkon), gözyaşındaki protein moleküllerini elektriksel olarak kendine çeken moleküllerden oluşur. Bu sayede lens, yabancı bir cisim olarak algılanmaz, böylece rahatça kullanılabilir. Kozmetik makyaj malzemelerinde ve hatta sanayide elektrostatik boyama işlemlerinde bu esas kullanılır.

Maddeyi oluşturan atom; (+) yüklü protonlar, (-) yüklü elektronlar, yüksüz nötronlar ve diğer atomaltı parçacıklardan oluşur. Protonlar atomun çekirdeğinde nötronlarla beraber bulunur ve sabittir. Elektronlar ise atomun çevresinde belirli yörüngelerde, çekirdek ile aralarındaki elektromanyetik bir dengede dönmektedirler.



Atomun çekirdeğine daha yakın olan elektronlar, çekirdeğe daha kuvvetli bir bağ ile bağlıdırlar. Atomun en dış yörüngesindeki elektronlar ise çekirdeğe en az kuvvet ile bağlıdırlar. Maddenin fiziksel özelliklerini bu en dış yörüngedeki elektronlar belirler. En dış yörüngedeki bu elektronlara valans elektronları adı verilir.

Normal koşullarda bir atomda elektron ve proton sayıları birbirine eşittir. Böyle atomlara nötr atomlar denir. Ancak valans elektronları başka atomlarla etkileşime geçerek bağlı bulundukları atomdan kopabilir ve başka bir atoma eklenebilir. Bir atom elektron kaybettiğinde o atomdaki proton sayısı elektron sayısından fazla olacağından o atom pozitif yüklü olur. Bir atom elektron kazandığında ise negatif yüklü hale gelir. Pozitif veya negatif yüklü atomlara iyon adı verilir. Bu model, bir maddenin neden hiçbir elektriksel özellik taşımadığını veya hangi şartlar halinde yüklü duruma geçebileceğini açıklar.

Elektrik yükü Q (veya q) ile gösterilir. Birimi coulomb (C)'dur. 1 coulumb, 624x 1016 adet elektron veya proton yüküne eşittir. Bir elektron veya protonun yükü en küçük (elemanter) yük olup 1,6x10-19 coulomb'dur. 

COULOMB KANUNU

Elektrik yüklerinin birbirileri ile olan etkileşimleri, Coulomb kanunu ile açıklanır. Coulomb kanunu, aşağıdaki gibi ifade edilir: 

F: Yükler arasındaki kuvvet [newton]

Q1, Q2: Elektrik yükleri [coulumb]

r: Yüklerin arasındaki uzaklık [metre]

k: yüklerin bulunduğu ortama ve kullanılan birim sistemine bağlı bir katsayıdır. Aşağıdaki gibi hesaplanır: 

 

Burada ε0, boşluğun dielektrik katsayısı adını alır ve değeri; 

εr ise ortamın bağıl dielektrik katsayıdır. εr katsayısı, birimsiz bir büyüklük olup bir ortamın dielektrik katsayısının boşluğunkinden ne kadar büyük olduğunu gösterir.

Bu bağıntılara göre elektrik yüklerinin davranışı aşağıdaki gibi özetlenebilir: 

►Elektrik yükleri arasında bir kuvvet vardır.
►İki çeşit yük vardır. Aynı yükler birbirini iter, farklı yükler birbirini çeker.
►Yükler üzerindeki kuvvet, yükleri birleştiren çizgi doğrultusundadır.
►İki yük arasındaki kuvvet, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.
►İki yük arasındaki kuvvet, yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılıdır.
►Yükler arasındaki kuvvet, yüklerin bulunduğu ortama bağlıdır. 

Yüklerin birbirlerini itme ve çekme özelliklerinin yanında bir başka özellikleri de bulundukları ortama 'homojen olarak yayılma' özellikleridir. Pozitif ve negatif yükler doğaları gereği birbirlerini nötrleme eğilimindedirler. Birbirinden farklı iki noktadan birinde negatif yüklerin miktarı artmış ise, bu iki nokta arasında yük miktarı açısından 'potansiyel bir fark' oluşmuş demektir.

alıntı:elektrikport