Elektrik Akımı Nedir? Akım Şiddeti, Yönü ve Ölçülmesi

Elektrik akımının tanımı ve oluşma koşulları

Elektrik akımı, elektrik yüklerinin belirli bir yönde düzenli hareket etmesidir. Bir iletkende yüklerin bulunması tek başına akım oluşturmaz; bu yüklerin devrenin bir bölümünden geçerek hareket etmesi gerekir. İletkenlerde akımı taşıyan yük taşıyıcıları, metal tellerde çoğunlukla elektronlardır.

Akımın sürdürülebilmesi için devrede yükleri hareket ettiren bir elektriksel etki ve yüklerin dolaşabileceği kapalı bir yol bulunmalıdır. Pil gibi bir kaynak, devrenin iki noktası arasında potansiyel fark oluşturarak yüklerin hareket etmesine neden olur. Anahtar kapatıldığında pil, bağlantı kabloları ve lamba gibi elemanlardan oluşan yol tamamlanır; yükler devre boyunca hareket eder ve lamba çalışır. Anahtar açılırsa yol kesildiği için yüklerin devreyi dolaşması sürdürülemez ve lamba söner.

Örneğin bir pilin iki ucuna kablolarla bağlanmış ampul, kapalı devre oluşturulduğunda ışık verebilir. Kablolardan biri çıkarılırsa devre açık hâle gelir; pil mevcut olsa bile akımın dolaşabileceği tamamlanmış bir yol kalmaz. Bu nedenle elektrik akımı için hem hareket edebilen yükler hem de uygun kaynak ve kapalı devre koşulu birlikte gerekir.

Akım şiddeti ve yük-zaman ilişkisi

Akım şiddeti, bir iletkenin belirli bir kesitinden birim zamanda geçen elektrik yükü miktarıdır. Başka bir deyişle akım şiddeti, yük akışının ne kadar hızlı gerçekleştiğini gösterir. Aynı sürede daha fazla yük geçiyorsa akım daha büyük, aynı miktardaki yük daha uzun sürede geçiyorsa akım daha küçük olur.

Akım şiddeti, geçen yük miktarının bu yükün geçiş süresine oranlanmasıyla bulunur. Düz metin bağıntı I = ΔQ / Δt şeklindedir. Burada I akım şiddetini, ΔQ geçen yük miktarını, Δt ise geçen zamanı belirtir. Yük miktarı ve zaman biliniyorsa bu bağıntıyla ortalama akım hesaplanabilir.

Örneğin bir araç aküsünün marş motorunu çalıştırırken 4,00 saniyede 720 C yük hareket ettirdiği kabul edilirse akım şiddeti I = 720 / 4,00 = 180 A olur. Bu değer, devrenin ilgili kesitinden her saniye ortalama 180 coulomb yük geçtiği anlamına gelir. Buna karşılık bir el hesap makinesi küçük bir akımla çalışır; az miktardaki yük daha uzun bir zaman aralığında geçtiği için akım şiddeti küçüktür.

Akım şiddetinin birimi ve ölçülmesi

Akım şiddetinin SI birimi amperdir ve A sembolüyle gösterilir. Bir amper, bir iletkenin belirli kesitinden bir saniyede bir coulomb elektrik yükü geçmesi anlamına gelir: 1 A = 1 C/s. Bu nedenle akım değerini yorumlarken coulomb ve saniye arasındaki oran dikkate alınır.

Akım şiddeti ampermetre ile ölçülür. Ampermetre, akımın ölçülmek istendiği devre elemanıyla aynı akım yoluna bağlanır; yani devreye seri bağlanır. Böylece devreden geçen yük akışı ölçüm aracının içinden de geçer. Ampermetrenin devrenin iki noktası arasına paralel bağlanması, akım yolunu doğru biçimde izlemeyeceği için temel bağlantı kuralına uygun değildir. Sigorta ve birçok elektrikli araç üzerindeki akım değerleri de amper cinsinden ifade edilir.

Elektrik akımının yönü

Elektrik akımının yönü, pozitif yüklerin hareket edeceği yön esas alınarak tanımlanır. Bu yön, elektrik alanın yönüyle ve geleneksel akım yönüyle aynıdır. Metallerde hareket eden yükler elektronlar olduğu için elektronların hareket yönü, geleneksel akım yönünün tersidir.

Bu iki yönün farklı olması elektronların negatif yüklü olmasından kaynaklanır. Negatif bir yük, elektrik alanın yönünün tersine hareket ettiğinden metal telde elektronlar bir yönde ilerlerken devredeki geleneksel akım oku karşı yönde gösterilir. Devre şemalarında kullanılan akım yönü, elektronların gerçek hareket yönünü değil, pozitif yüklerin hareket edeceği kabul edilen yönü belirtir.

Örneğin bir metal kabloda elektronlar pilin negatif ucundan pozitif ucuna doğru hareket ederken geleneksel akım yönü pilin pozitif ucundan negatif ucuna doğru kabul edilir. Yön sorularında önce hangi akım tanımının kullanıldığı belirlenmelidir; standart devre gösterimlerinde tercih edilen yön geleneksel akım yönüdür. Elektronların iletken içindeki hareketinin ortalama yönü, akım yönüyle arasındaki farkın incelendiği ayrı bir konudur.

Akımın devre elemanları ve devre koşullarıyla ilişkisi

Bir elektrik devresinde kaynak, bağlantı kabloları, anahtar ve lamba ya da motor gibi devre elemanları bulunabilir. Kaynak, yükleri hareket ettiren elektriksel etkiyi sağlar; kablolar yüklerin izlediği yolu oluşturur; anahtar devrenin açık veya kapalı olmasını belirler; alıcı eleman ise üzerinden akım geçtiğinde elektriksel bir işlev gösterir. Akımın devam etmesi için bu elemanların uygun biçimde bağlanması ve devre yolunun kapalı olması gerekir.

Kapalı devrede kaynak tarafından oluşturulan potansiyel fark, yüklerin devre elemanlarından geçmesini sağlar. Herhangi bir noktada bağlantı koparsa veya anahtar açılırsa yüklerin tamamlanmış bir yol boyunca hareketi kesilir. Bu nedenle yalnızca kaynağın devrede bulunması yeterli değildir; kaynak ile diğer elemanlar arasında iletken ve kesintisiz bir bağlantı bulunmalıdır. Bir lambanın parlaklığı gibi sonuçları ayrıntılı olarak yorumlamak ise devredeki diğer büyüklüklerin de incelenmesini gerektirir.

Akım şiddeti, devredeki gerilim ve dirençle temel olarak ilişkilidir; gerilim yükleri hareket ettiren etkiyi, direnç ise bu harekete karşı gösterilen etkiyi ifade eder. Bu ilişkinin sayısal olarak nasıl kurulduğu direnç ve Ohm yasası başlığında ele alınır. Katı, sıvı ve gazlarda elektrik iletiminin ayrıntıları da elektrik akımı tanımından ayrı olarak incelenir.