Elektrik nasıl oluşur?

Elektrik yükü nedir?

Her şey atomlardan oluşur ve atomların içinde pozitif yüklü protonlar ile negatif yüklü elektronlar bulunur. Normalde bir cisimdeki pozitif ve negatif yükler birbirine eşittir, bu yüzden cisim nötrdür. Bir cisim elektron kazandığında negatif, elektron kaybettiğinde pozitif yüklenir. Aynı cins yükler birbirini iter, zıt cins yükler birbirini çeker. Elektriğin bütün görünümleri bu temel etkileşime dayanır.

Statik elektrik nasıl oluşur?

İki farklı madde birbirine sürtüldüğünde elektronların bir kısmı bir maddeden diğerine geçebilir. Yünlü kazağı çıkarırken duyulan çıtırtılar, saça sürtülen balonun duvara yapışması ya da kapı koluna dokunurken hissedilen küçük çarpılma, statik elektriğin örnekleridir. Burada yükler bir yerde birikir ve hareket etmez; ancak uygun bir yol bulduklarında aniden boşalırlar.

Antik Yunan’da Milet’li Thales’in, kehribarın sürtüldüğünde hafif cisimleri çektiğini gözlemlediği aktarılır. Elektrik kelimesinin İngilizcedeki karşılığı da Yunanca “kehribar” anlamına gelen elektron kelimesinden türemiştir. Bulutlar içinde biriken yüklerin büyük ölçekte boşalması ise şimşek ve yıldırımı oluşturur. Benjamin Franklin, 1752’de yaptığı uçurtma deneyiyle yıldırımın elektriksel bir olay olduğunu göstermesiyle tanınır.

Elektrik akımı nedir?

Yüklerin bir iletken boyunca düzenli hareketine elektrik akımı denir. Metallerde akımı serbestçe dolaşabilen elektronlar taşır. Akımın oluşması için yükleri iten bir “basınca”, yani gerilime (potansiyel farkı) ve kesintisiz bir yola, yani kapalı bir devreye ihtiyaç vardır.

Alman fizikçi Georg Simon Ohm’un adıyla anılan Ohm yasası bu üç büyüklüğü birbirine bağlar: V = I · R. Gerilim sabitken direnç arttıkça akım azalır. Bakır gibi direnci düşük maddeler iyi iletken, plastik ve cam gibi direnci çok yüksek maddeler ise yalıtkandır.

Elektrik yükünün birimi coulomb‘dur. Bir amperlik akım, bir iletkenin kesitinden her saniye bir coulomb yük geçmesi demektir; bu da yaklaşık 6,24 × 10¹⁸ elektrona karşılık gelir. Akım birimi amper, Fransız fizikçi André-Marie Ampère’in adını taşır. Bir elektrikli cihazın gücü ise gerilim ile akımın çarpımıyla bulunur ve watt ile ölçülür.

Elektrik nasıl üretilir?

Sürekli akım elde etmenin ilk yolu kimyasal tepkimelerdi. İtalyan fizikçi Alessandro Volta, 1800’de çinko ve bakır diskler arasına tuzlu suya batırılmış karton yerleştirerek ilk pili yaptı. Gerilim biriminin adı “volt” ona atfen verilmiştir.

Büyük ölçekli üretimin temelini ise İngiliz bilim insanı Michael Faraday attı. Faraday 1831’de, bir mıknatısın bir tel sargının içinde hareket ettirilmesinin telde akım oluşturduğunu keşfetti. Bu olaya elektromanyetik indüksiyon denir. Bugünkü santrallerdeki jeneratörler aynı ilkeyle çalışır: Dönen bir parça (rotor), sabit sargılar (stator) içinde değişen bir manyetik alan oluşturur ve sargılarda akım meydana gelir. Santraller arasındaki fark, jeneratörü döndüren türbinin hangi kaynakla çevrildiğidir:

• Termik ve nükleer santraller: Kömür, doğal gaz ya da nükleer yakıtla üretilen ısı suyu buhara çevirir; buhar türbini döndürür.
• Hidroelektrik santraller: Barajda biriken suyun akışı türbini çevirir.
• Rüzgâr santralleri: Rüzgâr türbin kanatlarını döndürür.
• Güneş panelleri: Jeneratör kullanmaz; fotovoltaik hücreler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirir.

Jeneratörler genellikle yönü düzenli aralıklarla değişen alternatif akım üretir. Türkiye’deki şebekede bu değişim saniyede 50 kez gerçekleşir, yani frekans 50 hertzdir. Piller ve güneş panelleri ise yönü değişmeyen doğru akım verir. Telefonlar ve bilgisayarlar gibi elektronik cihazlar da doğru akımla çalışır; bu yüzden şebekeye bağlanırken alternatif akımı doğru akıma çeviren adaptörler kullanılır.

Elektrik evlere nasıl ulaşır?

Santralde üretilen elektrik, tüketildiği yere çoğu zaman yüzlerce kilometre uzaktan gelir. Uzun iletim hatlarında akım ne kadar büyükse tellerde ısı olarak kaybolan enerji de o kadar fazladır. Bu kaybı azaltmak için elektriğin gerilimi santralin çıkışında yükseltici transformatörlerle çok yüksek değerlere çıkarılır; aynı gücün daha yüksek gerilimde, daha düşük akımla taşınması kayıpları önemli ölçüde azaltır.

Elektrik yerleşim yerlerine yaklaştıkça indirici transformatörler gerilimi adım adım düşürür ve sonunda evlerde kullanılan düzeye, Türkiye’de 230 volta indirir. Transformatörler yalnızca alternatif akımla çalışır. 19. yüzyılın sonunda doğru akımı savunan Thomas Edison ile alternatif akımı savunan Nikola Tesla ve George Westinghouse arasındaki rekabette alternatif akımın üstün gelmesinin temel nedenlerinden biri budur.

Elektrikle ilgili sık yapılan yanılgılar

“Elektronlar kablonun içinde ışık hızıyla koşar.” Elektronların kendisi iletken içinde oldukça yavaş ilerler; hızla yayılan, elektronları harekete geçiren elektrik alanıdır. Bu yüzden düğmeye basıldığında lamba anında yanar. “Pil elektrik depolar.” Pil, elektriği değil kimyasal enerjiyi depolar ve devre kapandığında bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.