Elektriklenme 2

I.   STATİK (DURGUN) ELEKTRİK

A. ATOMUN YAPISI VE ELEKTRİK YÜKLERİ

Atom, ortada çekirdek ve çevresinde dolanan elektronlardan oluşur. Atomun çekirdeği proton ve nötronlardan oluşmuştur. Çekirdekteki nötronlar yüksüz ve protonlar pozitif (+) yüklüdür. Çekirdeğin çevresinde dolanmakta olan elektronlar ise negatif (-) yüklüdür. Atomlarda hareketli olan parçacıklar sadece elektronlardır. Bundan dolayı elektrikte yük hareketi elektron hareketiyle gerçekleşir. Pozitif yükler hareketsizdir.

•           Bir atomda pozitif yükler ile negatif yükler birbirine eşit ise buna nötr (yüksüz) atom denir.

•           Eğer nötr bir atom elektron kaybetmiş ise pozitif yükler çoğunlukta olacağı için bu atoma pozitif yüklü atom (iyon) denir.

•           Eğer nötr atom elektron kazanmış ise bu atoma negatif yüklü atom (iyon) denir.

Aynı tür yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker. Yükler arasındaki bu kuvvete Coulomb kuvveti denir.

Coulomb kuvveti yüklerin büyüklükleri ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.

Doğadaki en küçük elektrik yükü elektronun ve protonun yüküdür. Bunlar birbirine değer olarak eşit fakat işaret olarak zıttır. Elektron ve protonun yükü çok küçük olduğu için yük birim olarak coulomb (C) kullanılır.

1 coulomb = 6, 25 .10¹⁸ elektron yüküdür.

B. ELEKTRİKLENME ÇEŞİTLERİ

1.         Sürtünme ile elektriklenme

Ebonit çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde ebonitin (-) , yün kumaşın (+) yüklendiği görülür. Cam çubuk ipek kumaşa sürtüldüğünde camın (+), ipek kumaşın ise (-) yüklendiği görülür. Sürtünme ile elektriklenme yalnızca bazı yalıtkan maddeler arasında gözlenebilir.

2.         Etki ile elektriklenme

Yüklü bir cisme bir başka iletken cisim yaklaştırıldığında aynı tür yükler birbirini itip, zıt yükler birbirini çekeceği için cisimlerin üzerinde bir yük hareketi oluşacaktır.

3.  Dokunma ile elektriklenme

Yüklü bir cisim nötr veya yüklü bir başka iletken -dokundurulduğunda aralarında yük alışverişi olur • süre sonra yükler dengelenerek yük alışverişi durur.

Topraklama : Yüklü bir cismi nötr hale getirmek için torağa dokundurulması olayına topraklama denir.

•           Lastik, plastik, ebonit, kağıt, cam gibi   elektriği iletmeyen maddelere yalıtkan madde denir. Sürtünmeyle elektriklenen ve enerjiyi üzerinde durgun olarak tutan maddeler yalıtkan maddelerdir.

•           Metaller gibi elektriği ileten maddelere iletken madde denir, iletkenlerde elektronlar serbestçe hareket edebilir.

C. ELEKTROSKOP

Cisimlerdeki yük varlığını ve türünü anlamamıza yarayan alete elektroskop denir. Elektroskop yüklendiğinde yaprakları açılır ve yüksüz olduğunda yaprakları kapalı durumda olur.

D. ŞİMŞEK, YILDIRIM ve GÖK GÜRÜLTÜSÜ

Bulutlar hareket ederken birbirlerine ve hava moleküllerine sürtünürler. Sürtünme sonucu üzerlerinde elektriklenme oluşur. Yer yüzünün buluta yakın olan kısımları da cinste (zıt) elektriklenebilir. Bu sebeple bulut ile yeryüzü arasında zaman zaman elektriksel boşalma .Bu olaya yıldırım denir.

Yüksek binaları, kuleleri yıldırımdan korumak için yıldırımlık yapılır. Yıldırımlık (paratoner), toprağa bağlı sivri uçlu bir metal çubuktur. Bu uca düşen yıldırımdaki elektrik, iletken bir kablo yardımıyla toprağa aktarılır. Böylece paratoner yardımıyla yıldırımın tehlikelerinden korunuruz.

Bulutlarda biriken elektrik yalnız yer yüzüne değil,  bulutun bir noktasından diğer bir noktasına da boşalabilir. Bu olaya şimşek denir. Gerek şimşek, gerekse yıldırım, ışık ile birlikte şiddetli bir ses meydana getirir. Bu sese gök gürültüsü denir. Işık, sesten çok daha hızlı yayılır. Şimşeklerin çaktığı bir havada ilk önce parlak ışığı görür sonrada gök gürültüsünü duyarız. Örneğin; gök gürültüsünün şimşekten bir saniye sonra duyulması yıldırımın 350 metre uzakta oluştuğunu bize gösterir.

ELEKTRİK DEVRELERİ EKTRİK AKIMI

Elektronların iletken içindeki hareketine elektrik akımı denir. Bir iletkenden birim zamanda (t) geçen yük miktarına (q), elektrik akım şiddeti ( I ) denir.

-          Elektrik akımı, üretecin ( + ) ucundan çıkıp ( - ) ucuna girecek şekilde oluşur.

-          Elektron akımı, üretecin ( - ) ucundan çıkıp ( + ) ucuna girecek şekilde olur.

B. ELEKTRİK DEVRE ELEMANLARI

1.         Üreteç

Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirerek devreye elektrik akımı veren elemanlara pil veya akümülatör denir. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara jeneratör denir.

Bir üretecin uçları arasındaki potansiyel farka elektromotor kuvvet (emk, V) denir.

2.         Direnç

Elektrik akımının geçmesine zorluk gösteren yani elektrik enerjisinin harcandığı elemana  direnç denir. Bunlar lamba, ütü, elektrik ocağı vb. cihazlar olabilir. Direncin birimi ohm (W) dur.

3.         Ayarlı Direnç (Reosta)

Devredeki akım şiddetini ayarlamak için  kullanılan değişken dirençlere reosta denir.

4.         Ampermetre

Elektrik akım şiddetini gösteren ölçü aletine ampermetre denir. Ampermetreler devreye daima seri bağlanır. Akım birimi amperdir.

5.         Voltmetre

Elektrik devrelerinde potansiyel farkı (gerilim) gösteren ölçü aletine voltmetre denir. Voltmetre gerilimi ölçülecek elemana daima paralel bağlanır. Potansiyel fark (gerilim) birimi volttur.

Diğer devre elemanları : Topraklama, sigorta

C. OHM KANUNU

Bir iletkenin uçlarındaki potansiyel fark (gerilim) ile iletkenin içinden geçen akım arasında sabit bir oran vardır. Bu orana iletkenin direnci denir.

-          Bir iletkenin direnci; öz direnci ve boyu ile doğru orantılı, kesit alanı ile ters orantılıdır.

Özdirenç : Birim uzunluk ve birim kesitteki iletkenin direncine denir. İletkenin cinsine bağlıdır ve ayırt edici bir özelliktir.

Kısa Devre : Elektrik akımının devresini direncin olmadığı yoldan tamamlamasına denir. Direnç üzerinden akım geçmez.

D. DİRENÇLERİN BAĞLANMASI

1. Seri Bağlama

Dirençlerin birer uçları birbirine bağlanarak (uç uca eklenerek) elde edilen bağlama şekline seri bağlama denir.

Eşdeğer direnç, dirençlerin toplamına eşittir.

Toplam potansiyel fark dirençlerin potansiyel farklarının toplamına eşittir.

2. Paralel Bağlama

Dirençlerin birer uçları bir noktada, diğer uçları da başka bir noktada olacak şekilde bağlanmalarına paralel bağlama denir.

Eşdeğer direnç, 1/Reş = 1/R₁+1/R₂+1/R₃

Devrenin toplam akımı, kolların akımları toplamına eşittir.

Kollardaki potansiyel farklar birbirine eşittir.

III. ELEKTRİK DEVRELERİNDE AKIM VE GERİLİM

1. SERİ BAĞLI DEVRELERDE AKIM VE GERİLİM

-          Seri bağlı devrelerde, toplam gerilim, devredeki dirençlerin gerilimlerinin toplanması ile bulunur.

-          Seri bağlı devrelerde, akım kollara ayrılmadığı için ana kol akımı (I), devredeki dirençlerin akımlarına eşittir.

-          Seri bağlı devrelerde, dirençlerden  geçen akım şiddeti sabit olduğundan, gerilimler, dirençlerin büyüklüğüyle doğru orantılı olur.

1. PARALEL BAĞLI DEVRELERDE AKIM VE GERİLİM

-          Paralel bağlı devrelerde, paralel bağlı dirençlerin gerilimleri birbirine eşittir.

-          Paralel bağlı devrelerde, akım kollara ayrıldığı için toplam akım kollardaki akımların toplanması ile bulunur.

-          Her bir koldan geçen akım, o koldaki dirençle ters orantılıdır. Büyük dirençten az akım, küçük dirençten çok akım geçer.

IV. ÜRETEÇLERİN BAĞLANMASI

A. SERİ BAĞLAMA

1.  Düz Seri Bağlama

Seri bağlamada bir üretecin (+) ucu diğer üretecin (-) ucuna bağlanır. Bu durumda toplam potansiyel fark, üreteçlerin potansiyel farklarının toplamına eşit olur.

Üreteçler seri bağlandığında toplam potansiyel fark artar. Bu nedenle devre akımı artar. Çekilen akım şiddeti arttığı için üreteçlerin ömrü azalır.

2.  Ters Seri Bağlama

Seri bağlı üreteçlerin aynı kutupları birbirine bağlandığında üreteçler ters bağlanmış olur. Bu durumda şekildeki üreteçlerin toplam potansiyel farkı; V=V₁+V₂-V₃ olur. (V₁ + V₂ > V₃ ise,)

B. PARALEL BAĞLAMA

Üreteçlerin (+) uçları birbiriyle, (-) uçları da birbiriyle bağlanırsa buna paralel bağlama denir. Paralel bağlı üreteçlerin potansiyel farkları eşittir. Bu durumda toplam potansiyel fark; yine V kadar olur.

Üreteçlerin toplam potansiyel farkı bir üretecinki kadar olur. Bu nedenle üreteç sayısı arttıkça devrenin toplam potansiyel farkı ve akımı artmaz. Çekilen akım şiddeti artmadığı için üretecin ömrü uzun olur. (Üreteçlerin iç dirençleri ihmal ediliyor.)

V. GÜÇ VE ENERJİ

Elektronlar bir iletkenden geçerken iletkenin atomlarına çarparak titreşimlere sebep olurlar. Bu titreşimler iletkene ve çevreye yayılarak ısı enerjisinin oluşmasına sebep olurlar. Bu şekilde elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşmüş olur.

Isınan iletkenin erime noktası çok yüksek ise iletken akkor hale gelerek ışık enerjisi de yayar.

1. ENERJİ

Bir elektrik devresinden akım geçirildiğinde iş yapılmış (bir miktar enerji harcanmış) olur. Bu enerji

Enerji = Gerilim x Akım x Zaman

E = V . I . t    olur.

                                             V2

V = I . R olduğundan enerji E = —- . t veya E = I² . R. T şeklinde de ifade edilir.         

                                               R

      1 wh    =  3600 J

      1 kwh  =   1000 wh

      1 J      =   0,24 cal

B. ELEKTRİKSEL GÜÇ

Bir elektrik devre elamanının harcadığı güç;

           Harcanan enerji                         V . I . t

Güç =   ----------------------             P =    --------------

                Zaman                                    t       

Güç = Gerilim • Akım                P = V . I

                                              V²

V = l . R olduğundan güç   P = ---- veya P = l² . R şeklinde ifade edilir.    

                                              R

VI. MANYETİZMA

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

Elde ediliş biçimlerine göre; doğal ve suni mıknatıs şeklinde ikiye ayrılırlar.

Mıknatıslık sürelerine göre ise; geçici ve daimi mıknatıs şeklinde ikiye ayrılırlar. Mıknatıslar şekillerine göre incelendiğinde; atnalı, çubuk, U şeklinde ve pusula iğnesi şeklinde olanları vardır.

A. MIKNATISIN KUTUPLARI VE MANYETİK KUVVET ÇİZGİLERİ

Mıknatısın çekme özelliği fazla olan uç kısımlarına mıknatısın kutupları denir.

Çubuk mıknatıs tam ortasından bir iple asıldığında, kutuplardan biri kuzeye, diğeri güneye yönelir. Kuzeye yönelen uca kuzey kutup (N), güneye yönelen uca güney kutup (S) adı verilir.

Mıknatıslar; demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekerler. Mıknatıs tarafından çekilebilen bu tür maddelere manyetik maddeler denir.

Mıknatısın, manyetik cisimleri her yönde çekebildiği alana mıknatısın çekim alanı denir. Mıknatısın bu çekim alanına mıknatısın manyetik alanı da denir.

Mıknatısın çevresinde oluşturduğu bu manyetik alan, manyetik kuvvet çizgileri ile gösterilir.

Manyetik kuvvet çizgileri, mıknatısın  N  kutbundan çıkıp S kutbuna görecek şekilde yönlendirilir.

Bir mıknatısın manyetik kuvvet çizgileri, mıknatısın uçlarına yakın bölgelerde daha sık, uzak bölgelerde ise seyrektir. Manyetik alanın şiddeti manyetik kuvvet çizgilerinin sık olduğu yerlerde büyük ve manyetik kuvvet çizgilerinin seyrek olduğu yerlerde küçük olur.

B. MIKNATISLANMA

Manyetik maddeler, sürtünme, dokunma ve tesir ile mıknatıslanabilirler.

Bir mıknatısın manyetik alanı içine yerleştirilmiş, mıknatıs özelliği olmayan bazı maddeler, alan içinde belli bir süre kaldıktan sonra mıknatıslık özelliği kazanırlar. Bu tür mıknatıslanmaya tesir ile mıknatıslanma denir.

Isıtma, çarpma ve manyetik alanının ortadan kaldırılması gibi yollarla maddelerin mıknatıslık özellikleri yok edilebilir.

Mıknatıslık özelliği olmayan manyetik maddelerin manyetik özellik gösteren küçük bölgelerinin dizilişi düzensiz ve karışıktır. Mıknatıslandığında ise bu manyetik özellik gösteren küçük bölgelerin dizilişi düzenli hale gelir.

Demir, mıknatıslandığında mıknatıslığı geçici olur ve buna geçici mıknatıslanma denir.

Çelik ise mıknatıslık özelliğini uzun süre korur ve buna daimi (sürekli) mıknatıs denir.

Mıknatısın Bölünmesi:

Bir mıknatıs bölündüğünde oluşan her parçacığın mıknatıslığı devam eder. Bu nedenle her parçanın N ve S kutupları bulunur.

Bölünmüş mıknatısın bir ucu N kutbunu iter, diğer ucu ise çeker. N kutbunu iten uç N, çeken uç ise S tir. Mıknatısın bölme işlemi defalarca tekrarlandığında elde edilen her parçada N ve S kutuplarının etkisi devam eder.

Mıknatısların Çekme ve İtme Kuvvetleri :

iki mıknatıs birbirine yeterince yaklaştırıldığında aralarında çekme veya itme şeklinde bir kuvvet oluşacaktır.

Mıknatıslarda aynı tür kutuplar birbirini iter ve zıt kutuplar birbirini çeker.

Mıknatıs etkisinin ortamlardan geçişi:

Mıknatısın manyetiklik etkisi manyetik kuvvet çizgileri ile belirtilir. Bu manyetik kuvvet çizgileri manyetik maddelerde daha sık ve etkin olurlar. Buna karşılık manyetik olmayan maddelerde seyrek olacakları için mıknatıslık etkisini iyi iletemezler.

Manyetik alan, boşluk dahil her ortamda etkindir ve yalıtılması ortam etkisi ile mümkün değildir.

Bir mıknatısın kutuplarının pusula ile belirlenmesi:

Kutupları bilinmeyen bir mıknatısın hangi ucunun kuzey (N), hangi ucunun güney (S) olduğu bir pusula ile belirlenebilir.

Mıknatısın bir kutbu, pusula ibresinin kuzey yönü gösteren ucuna yaklaştırıldığında, çekme etkisi görülürse bu uç S kutubudur veya itme etkisi görülürse N kutbu olduğu anlaşılır.

1. YERKÜRE`NİN MANYETİK ALANI

Ortasından bir iplik ile bağlanarak asılan çubuk mık sın belirli bir doğrultuyu alması, mıknatısa bir manyetik alanın etki ettiğini gösterir. Bu alan yerin manyetik alanıdır.

Mıknatısın N kutbu kuzeyi ve S kutbu güneyi gösteri kuzeyde bir güney mıknatıs kutbunun ve güneyde kuzey mıknatıs kutbunun olduğunu gösterir.

Pusula ibresi, manyetik kutuplar doğrultusunda sapacağı için, coğrafi kuzey-güney ekseni arasında bir açı oluşur. Bu açıya sapma açısı denir.

Yerin manyetik kutupları arasındaki eksen ile dönme ı seni arasında yaklaşık 15° lik açı vardır. Dünya`nın manyetik alanının gösterdiği etki yerin merkezine konmuş büyük bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benzer

1. ELEKTROMIKNATIS

İçinden elektrik akımı geçen telin yanına bir pusula yerleştirildiğinde pusula ibresinin saptığı gözlenir. Pusula ibresinin ancak manyetik alan etkisi ile saptığı bilindiğine göre akım geçen iletkenin çevresinde manyetik alan oluşturduğu anlaşılmaktadır.

Galvanoskop : Pusula tel sargı düzeneğine galvanoskop denir. Bu alet elektrik akımının varlığını tespit etmek için kullanılır.