Elektrik ve Manyetizma Nedir? (Fiziğin Alt Dalı)

1- Elektrik

Elektrik akımı, potansiyel farkı ve direnç kavramları

Cisimler sürtünme, dokunma ve etki ile elektriklenme yolu ile elektrik yükü kazanarak pozitif (+) ve negatif (-) elektrik yükü ile yüklenir.

Yüklü cisimler birbirine temas ettiğinde sahip oldukları yük cinsine ya da yük miktarları­na göre aralarında yük geçişi olur.

İki yüklü cisim arasında sadece negatif (-) yüklü olan elektronlar hareket edebilir. Pozitif (+) yükler atomun çekirdeğinde bulundukları için hareketsizdir.

Bir iletken telde yük hareketinin olması için telin iki ucu arasındaki yüklerin enerjilerinin farklı olması gerekir. Yük hareketi sırasında enerji telin yüksek enerjili ucundan düşük enerjili ucuna doğru aktarılır.

İletken tel üzerinde negatif yüklerin titreşim hareketi ile gerçekleşen bu elekt­rik enerjisi aktarımına elektrik akımı denir ve I sembo­lü ile gösterilir. İletken bir telden geçen elektrik akımının şiddeti I= q/t  bağıntısıyla hesaplanır.

Akım şiddetinin birimi SI’da Am­per (A)’dır ve ampermetre denilen araçla ölçülür. Amper­metre Elektrik devresine seri olarak bağlanır ve direnci çok küçüktür. Bir elektrik devresinde akımın yönü ürete­cin (+) ucundan (-) ucuna doğrudur.

Elektrik akımı iletimi her maddede aynı değildir. Me­taller iyi bir elektrik akımı iletkenidir. Bazı sıvılar iletken bazıları yalıtkandır. Gazlar belirli şartlar sağlandığında elektrik akımını iletir.

Plazmalar ise iyi bir elektrik iletke­nidir. Katı iletkenlerde elektrik akımını titreşim hareketi yapan elektronlar, sıvı iletkenlerde hareket eden iyonlar, gaz iletkenlerde ve plazmalarda ise hareket eden elektron ve iyonlar sağlar.

Bir iletkende elektrik akımını oluşturmak için gerek­li enerjiyi sağlayan enerji kaynaklarına üreteç adı verilir.

Üretecin iletken telin iki ucu arasındaki elektronlar üzeri­ne uyguladığı kuvvet ile elektronların enerjilerinde mey­dana gelen enerji farkına potansiyel fark denir. Potansiyel fark V sembolü ile gösterilir ve SI’da birimi Volt (V)’tur.

Potansiyel farkı devreye paralel bağlanan voltmetre deni­len araçla ölçülür. Voltmetrenin direnci çok büyüktür.

İletken içerisinde hareket eden elektrik yükleri sürtün­meye benzer bir zorlanma ile karşılaşırlar. Elektrik akımı­nı engellemeye çalışan bu zorluğa elektriksel direnç adı verilir. Direnç R sembolü ile gösterilir ve birimi SI’da ohm (Ω)’dur.

Katı bir iletkenin direncinin bağlı olduğu değişken­ler

Bir iletken telin direnci; telin boyu ile doğru orantılı, kesit alanı (kalınlığı) ile ters orantılıdır. Telin direnci telin yapıldığı maddenin türüne de bağlıdır. Yapılan deneyler­den elde edilen sonuçlara göre bir iletkenin direnci R = p. L / A  eşitliği ile hesaplanabilir.

Elektrik akımı, direnç ve potansiyel farkı arasındaki ilişki

Yapılan deneyler bir iletkenin üzerinden geçen akım şiddeti arttıkça telin uçları arasında oluşan potansiyel farkının da aynı oranda arttığını göstermiştir. Bu durum Ohm Yasası ile aşağıdaki gibi ifade edilir.

Ohm Yasası

Sıcaklığı sabit olmak koşuluyla, bir iletke­nin uçları arasındaki gerilimin, bu iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. Bu sabit oran o iletkenin direncine eşittir.

Ohm Yasası’na göre bir iletkenin direnci V / I =sabit = R olarak yazılır.

Dirençler elektrik devresinde seri ve paralel olmak üzere iki şekilde bağlanabilir.

Seri bağlama

İki ya da daha fazla direncin uç uca bağlanmasıdır. Bu tür bağlanma şeklinde dirençler üzerinden aynı akım geçer.

Dirençlerin uçları ara­sındaki potansiyel farklarının toplamı üretecin po­tansiyel farkına eşittir. Seri bağlı dirençlerin eş değe­ri dirençlerin toplamına eşittir.

Paralel bağlama

İki ya da daha fazla direnci birbiri­ne paralel yerleştirilip uçlarını birleştirerek bir üre­tece bağlanmasıdır. Bu tür bağlamada dirençlerin uçları arasında oluşan gerilim eşittir.

Dirençler üze­rinden geçen akım şiddetinin toplamı ana koldan geçen akım şiddetine eşittir. Paralel bağlı dirençlerin eş değerinin tersi dirençlerin tersleri toplamına eşi­tir.

Üreteçlerin seri ve paralel bağlanması

Bir elektrik devresinde üreteçler devre elemanlarının uçları arasında gerekli potansiyel farkını oluşturmak için iki farklı şekilde bağlanır.

Seri bağlama

İki ya da daha fazla üretecin (+) ve (-) uçlarının art arda bağlanmasıdır. Bu bağlanma şekli üretecin geriliminin kullanıldığı elektrikli aracı çalıştırmaya yetmediği durumda kullanılır. Seri bağlı üreteçlerden birinin ters uçları bağlanmış ise devre­den geçen akım şiddeti azalır.

Paralel bağlama

İki ya da daha fazla üretecin (+) kutuplarının birbirine (-) kutuplarının birbirine bağlanmasıdır. Paralel bağlı üreteçler özdeş olmalı­dır.

Bu durum sağlanmazsa uçları arasındaki gerilim eşitleninceye kadar aralarında yük geçişi olur ve üre­teçlerin enerjileri kısa sürede tükenir.

Bir üretecin ömrü yapıldığı maddeye ve büyüklüğüne bağlıdır. Paralel bağlamada üreteçler özdeş olduğu için üretecin ömrü üzerinden geçen akım şiddetine bağlıdır.

Paralel bağlı üreteç sayısı artarsa akım şiddetinin değeri azalır ve üretecin ömrü uzar. Seri bağlamada ise üreteç sayısının artması akım şiddetini arttıracağından üretecin ömrü azalır.

Elektrik enerjisi ve elektriksel güç

Üreteçlerin ürettiği enerji elektrikli araçlar tarafından tüketilir. Elektrikli araçlarda 1 saniyede harcanan elekt­rik enerjisine elektriksel güç adı verilir.

Elektriksel güç P sembolü ile gösterilir ve birimi watt’tır. Elektriksel gücün değeri P = V. I bağıntısı ile hesaplanır.

Elektrik tehlikeleri için sağlık ve güvenlik önlemleri

Elektrik enerjisinin yanlış kullanılması tehlikeli sonuç­lar ortaya çıkarabilir. Yaşamımızı kolaylaştıran elektrik enerjisinin tehlike oluşturmaması için bazı önlemleri al­mak gerekir.

Bunlardan en önemlileri, ıslak elle elektrik­li cihazlara dokunmamak, yıpranmış kablo ve fiş kullan­mamak, elektrik taşıyan kablolara dokunmamak, elektrik prizlerine hiçbir şey sokmamaktır.

2- Manyetizma

Mıknatısların oluşturduğu manyetik alanı ve özellik­leri

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

Mıknatısın en fazla çek­me etkisini gösterdiği uç bölgelerine mıknatısın kutbu adı verilir. Bir mıknatısın kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır.

Bir mıknatısın çekme etkisini gös­terdiği etki alanına ise manyetik alan adı verilir. Karşılıklı yerleştirilen mıknatısların birbirine temas etmeden kuvvet uygulayabilmeleri manyetik alan aracılığı ile gerçekleşir.

Manyetik alan şiddeti vektörel bir büyüklüktür. Bir bölge­deki alan manyetik alan çizgileri ile ifade edilir. Manye­tik alan çizgilerinin sık olması o bölgedeki manyetik alan şiddetinin büyük, seyrek olması ise alan şiddetinin küçük olduğunu gösterir.

Manyetik alan kuvvet çizgileri alan kaynağının özelliğine göre birbirine paralel olabilir. Bu tür manyetik alana düzgün manyetik alan denir. Manyetik alan çizgilerinin sıklık ve seyrekliği mıknatısın bulunduğu ortama göre değişir.

Akımın Manyetik Etkisi

İletken bir telden akım geçirildiğinde çevresinde man­yetik alan oluşur. Böylece tel bir mıknatıs gibi davranır. Üzerinden akım geçen iletken telin etrafında manyetik alan oluşturmasına akımın manyetik etkisi denir.

Akımın manyetik etkisi telden geçen akımın artması ile artarken telden uzaklaştıkça azalır. Bu etki aynı zamanda telin bu­lunduğu ortama göre de değişir.

Dünya’nın manyetik alanının sonuçları

Dünya’nın merkezindeki katı demir çekirdeği çevrele­yen sıvı demirden oluşan dış çekirdeğin hareketliliği bir manyetik alan oluşturduğu düşünülmektedir.

Bu yolla oluşan Dünya’nın manyetik alanının alan çizgileri kuzey manyetik kutuptan güney manyetik kutba doğrudur. Dün­ya’nın manyetik alanı Güneş’ten gelen elektrik yüklü par­çacıklardan koruyan bir kalkan oluşturur.

Dünya’nın manyetik alanından pusula yardımıyla yön bulmak için yararlanılır. Pusula ibresinin renkli ucu daima Dünya’nın manyetik kuzey kutbunu gösterir. Yapılan araş­tırmalara göre göçmen kuşlar Dünya’nın manyetik alanını kullanarak yönlerini bulmaktadır.