Elektrik Nasıl İletilir? Akım, Gerilim ve İletkenler
Elektrik akımı, elektrik yüklerinin iletken içindeki düzenli hareketidir. Bu hareketin oluşması için gerilim sağlayan bir kaynak, iletken bir yol ve kapalı bir devre gerekir. Metal tel akımı taşırken plastik kaplama, akımın çevreye geçmesini önler.
Bu yazıda (5)
Elektriğin iletilmesi, elektrik yüklerinin bir devre boyunca hareket etmesiyle gerçekleşir. Pil ya da başka bir kaynak gerilim oluşturur; iletken teller bu etkinin devre elemanlarına ulaşmasını sağlar. Devre yolu kapalı değilse yüklerin sürekli hareketi ve düzenli akım oluşmaz.
Elektrik akımı ve yüklerin hareketi
Elektrik akımı, elektrik yüklerinin belirli bir yönde ve düzenli biçimde hareket etmesidir. Bir telin içinde çok sayıda hareket edebilen elektron bulunur. Metal tellerde akımı taşıyanlar bu elektronlardır. Elektrik akımının yönü tanımlanırken ise pozitif yüklerin hareket edeceği yön esas alınır; bu nedenle elektronların gerçek hareket yönü ile geleneksel akım yönü birbirinin tersidir.
Yüklerin hareketi kendiliğinden düzenli hâle gelmez. Devrede bir elektriksel etki oluştuğunda, iletken içindeki hareketli yükler bu etkinin yönlendirmesiyle ilerler. İletken boyunca elektrik alanı, elektronları hareket ettiren etkilerden biridir. Elektronlar tel içinde atomlarla çarpışırken enerjinin bir bölümü iletkenin atomlarına aktarılabilir; bu nedenle akımı sürdürmek için kaynaktan enerji sağlanması gerekir.
Örneğin bir pil, metal teller ve ampulden oluşan devrede pilin oluşturduğu etki elektronların tel boyunca hareket etmesini sağlar. Bu hareket ampulün içinden de geçtiğinde ampul ışık verir. Burada ışığı oluşturan şey, tek bir elektronun pilin bir ucundan çıkıp hemen ampule ulaşması değil, iletken içindeki yüklerin elektriksel etkiyle düzenli hareket etmesidir. Tuzlu su gibi iyon içeren çözeltilerde ise hem pozitif hem negatif iyonlar hareket ederek akıma katkı sağlayabilir.
Kapalı devre ve akımın oluşma koşulları
Kapalı devre, elektrik kaynağının bir ucundan çıkan iletken yolun devre elemanlarından geçerek kaynağın diğer ucuna kesintisiz biçimde bağlandığı devredir. Akımın sürekli oluşması için gerilim sağlayan bir kaynak, yüklerin ilerleyebileceği iletken bir yol ve bu yolu tamamlayan kapalı bir bağlantı bulunmalıdır.
Devre kapalı olduğunda kaynak, devre boyunca elektriksel bir etki oluşturur ve iletken içindeki yükler hareket edebilir. Ampul, motor veya başka bir devre elemanı bu yolun üzerinde bulunur; yükler elemandan geçerken enerjinin bir kısmı ışık, hareket veya ısı gibi biçimlerde kullanılabilir. Anahtar açıldığında telde fiziksel bir kopukluk oluşur. Yol tamamlanmadığı için yüklerin devre boyunca sürekli hareketi kesilir ve ampul söner.
Örneğin pilin bir ucunu ampulün bir bağlantı noktasına, diğer ucunu da ikinci bağlantı noktasına bağlayan iki tel varsa devre kapalıdır ve uygun koşullarda ampul yanar. Tellerden biri çıkarılırsa devre açık hâle gelir; pil devrede bulunsa bile akım yolu tamamlanmadığından ampul ışık vermez. Bu nedenle yalnızca bir pil ve bir ampulün bulunması yeterli değildir; bağlantıların kesintisiz olması gerekir.
İletken ve yalıtkan maddeler
İletken maddeler, elektrik yüklerinin içlerinde görece kolay hareket edebildiği maddelerdir. Metaller bu yüzden elektrik iletiminde sık kullanılır. Metalin yapısında hareket edebilen elektronlar bulunduğu için elektriksel etki uygulandığında yükler tel boyunca düzenli hareket edebilir. Bakır ve alüminyum gibi metaller, tel ve kablo üretiminde kullanılan iletken maddelere örnektir.
Yalıtkan maddelerde ise yüklerin bir bölgeden başka bir bölgeye serbestçe hareket etmesi zordur. Plastik, kauçuk ve cam günlük yaşamda kullanılan yalıtkan maddelerdendir. Bu maddeler elektrik akımının geçişini tamamen her koşulda yok saymak yerine, normal kullanım koşullarında akımın geçişine büyük ölçüde karşı koyar. Böylece elektrik enerjisinin istenmeyen yerlere yayılması ve insanların iletken kısımlara doğrudan temas etmesi önlenebilir.
Bir elektrik kablosunun içindeki metal telin görevi akımı taşımaktır. Telin dışındaki plastik kaplama ise iletken değildir; telden geçen akımın ele, başka bir tele veya çevredeki maddelere geçmesini zorlaştırır. Örneğin kablonun plastik kaplaması sağlamken kablo güvenli biçimde tutulabilir; metal damar açığa çıkarsa temas ve kısa devre riski artar. Aynı iletkenlik farkı basit bir deneyde de görülebilir: Pil, ampul ve bağlantı tellerinden oluşan devrede araya metal bir parça konulduğunda ampul yanabilir; plastik bir parça konulduğunda devre tamamlanmadığı için ampul yanmaz.
Gerilim ve direncin akıma etkisi
Gerilim, elektrik yüklerini iletken boyunca hareket ettiren elektriksel etkidir. Ortaokul düzeyinde gerilimi, yükleri devrede hareket etmeye zorlayan bir tür elektriksel itme olarak düşünebiliriz. Pilin uçları arasında gerilim bulunduğunda ve devre kapatıldığında bu etki iletken içindeki yüklerin düzenli hareketine katkı sağlar. Gerilim artırılırsa, devrenin diğer özellikleri aynı kaldığı sürece akımı artırma eğilimi oluşur.
Direnç ise bir maddenin ya da devre elemanının elektrik akımına karşı gösterdiği etkidir. Yükler iletken içinde ilerlerken maddenin atomlarıyla etkileşebilir; bu etkileşim hareketi zorlaştırır ve elektrik enerjisinin bir bölümünün ısıya dönüşmesine yol açabilir. Direnci büyük olan bir devrede aynı gerilim altında akımın geçişi daha çok engellenir. Direnci küçük olan iletkenlerde ise yüklerin hareketi daha kolaydır.
Bu iki kavram birlikte düşünüldüğünde akımın yalnızca pilin varlığına bağlı olmadığı anlaşılır: Gerilim hareketi oluşturan etkiyi sağlarken direnç bu harekete karşı koyar. Örneğin aynı pil ile ince ve daha fazla direnç gösteren bir tel kullanıldığında akımın geçişi, daha az direnç gösteren bir tele göre daha fazla zorlanır. Akım, gerilim ve direncin sayısal olarak birlikte incelendiği hesaplamalar ayrı bir konudur.
Metal tel ve yalıtkan kaplamanın görevleri
Bir kabloda metal tel ile yalıtkan kaplama farklı görevler üstlenir. Metal tel, hareket edebilen yükler içerdiği için elektrik akımının devre elemanına taşınmasını sağlar. Pil, priz veya başka bir kaynak tarafından oluşturulan gerilim, bu tel boyunca elektriksel etki oluşturur; tel de akımın ampul, motor ya da cihaz gibi hedeflenen elemana ulaşacağı yolu oluşturur.
Plastik ya da kauçuk kaplama ise akımı taşımak için değil, metal kısmı çevreden ayırmak için kullanılır. Yalıtkan kaplama, metal telin başka iletkenlere, insan vücuduna veya temas etmemesi gereken yüzeylere değmesini zorlaştırır. İki kablonun metal kısımları birbirine doğrudan temas ederse akım istenmeyen kısa bir yoldan geçebilir. Kaplama bu temasları önlemeye yardımcı olur ve kablonun güvenli kullanılmasını sağlar.
Örneğin telefon şarj kablosunda içteki iletken damarlar elektrik enerjisini taşır, dıştaki kaplama ise bu damarları birbirinden ve kullanıcıdan ayırır. Kaplama yırtıldığında kablo hemen her zaman işlevini tamamen kaybetmeyebilir; ancak açıkta kalan iletken kısım nedeniyle elektrik çarpması veya devrenin yanlış biçimde tamamlanması riski doğar.
Evlerde kullanılan kabloların içindeki bakır veya benzeri metal damarlar akımı taşır; plastik dış kaplama ise bu iletken kısımlara dokunmayı ve tellerin birbirine temas etmesini önlemeye yardımcı olur. Kaplaması yıpranmış kablolar bu nedenle kullanılmamalıdır.
Geleneksel akım yönü, pozitif yüklerin hareket edeceği yön olarak kabul edilir. Metal tellerde hareket eden yükler elektronlar olduğu için elektronların gerçek hareket yönü geleneksel akım yönünün tersüdür.
Sık sorulan sorular
Elektrik akımı oluşması için yalnızca pil yeterli midir?
Hayır. Gerilim sağlayan bir kaynakla birlikte iletken ve kesintisiz, yani kapalı bir devre yolu gerekir.
Plastik kaplama neden elektrik iletmez?
Plastikte elektrik yüklerinin serbestçe hareket etmesi zordur. Bu nedenle plastik, metal tele göre akıma çok daha fazla karşı koyar ve yalıtkan görevi görür.
Metal telin kablodaki görevi nedir?
Metal tel, hareket edebilen yükler içerdiği için elektrik akımını kaynak ile devre elemanı arasında taşır.
Gerilim ile direnç akımı nasıl etkiler?
Gerilim yükleri hareket ettiren elektriksel etkidir; direnç ise bu harekete karşı koyar. Aynı koşullarda daha büyük gerilim akımı artırma, daha büyük direnç ise akımı azaltma eğilimindedir.
Elektriksel etki devrede elektronların hareketiyle aynı hızda mı yayılır?
Hayır. Devredeki elektriksel etki ile elektronların tek tek ilerleme hızı aynı şey değildir. Etki iletken boyunca yayıldığında devrenin farklı noktalarındaki yükler hareket etmeye başlar.
- •College Physics — Introduction to Electric Current, Resistance, and Ohm's Law / Introduction to Electric Current, Resistance, and Ohm's Lawopenstax.org
- •College Physics — Current / Conduction of Electricity and Heatopenstax.org
- •Physics — Ohm's law / Introduction to Electricity, Circuits, Current, and Resistanceopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org