ELEKTRİK AKIMI & ELEKTRİĞİN TEORİSİ NEDİR

Elektrik akımı nedir ? Elektrik akımının tanımı nedir ? Elektriğin teorisi nedir ? Isıtma ve manyetik etki nedir ? Bu ve benzeri sorulara cevap aradığımız Elektrik Akımı ve Elektroniğin teorisi adlı yazımızla sizlerleyiz.Bu yazı içerisinde geniş bir inceleme ile karşılaşacak olup temel elektronik anlamında geniş bir bilgi birikimi elde edeceksiniz.

Başlayalım.

ELEKTRİK AKIMI – ELEKTRİĞİN TEORİSİ

Elektrik Akımı Nedir?

Elektrik akımı, zamanla ilgili olarak iletken bir ortamdan elektrik yükünün akış hızından başka bir şey değildir.Bir iletkenden belirli bir yöne serbest elektronların sürüklenmesinden kaynaklanır.

Hepimizin bildiği gibi, elektriksel değişim ölçü birimi Coulomb’dur ve zaman birimi saniyedir, akım ölçüm birimi saniyede coulomb’dur ve bu  birim ünlü Fransız bilim adamı André-Marie Ampere’den sonra Ampere ismini almıştır.

Eğer toplam Q Coulomb şarjı, bir iletkenden t zamanına kadar geçerse, o zaman I = Q / t coulomb olacaktır.

Daha iyi anlaşılması için, bir örnek verelim, toplam 100 coulombs şarjın 50 saniye içinde bir iletken yoluyla aktarıldığını varsayalım.Burada Akım nedir ?

Akım, herhangi bir zamana göre enerjinin aktarıldığı orandan başka bir şey olmadığından, bunun için gereken zamana aktarılan toplam yükün oranı olacaktır.

İşte burada ;

I = 100 coulomb / 50 sn => 2 Amper olacaktır.

Amper, Sl birimidir.

Elektrik Akımının Tanımı

Bir iletken üzerinde potansiyel bir fark uygulanırken, elektrik yükü içinden akar ve elektrik akımı, birim zaman boyunca iletken boyunca akan elektrik yükünün miktarının ölçüsüdür.

Elektrik Teorisi

Bir atomda eşit sayıda elektron ve proton vardır.Bu nedenle, atom genel olarak nötrdür.

Merkezi nucleus üzerindeki protonlar pozitif yüklü olduğu için ve çekirdeğin etrafında dönen elektronlar, negatiftir, elektronlar ve protonlar arasında bir çekim kuvveti olacaktır.

Bir atomda çeşitli elektronlar kendilerini çekirdekten farklı mesafelerde bulunan farklı yörüngeli kabuklara yerleştirirler.

Kuvvet, çekirdeğe yakın olan elektronlara, atomun dış kabuğunda bulunan elektronlara göre daha çok etki eder.Bu gevşek bağlanmış elektronların bir veya daha fazlası atomdan ayrılabilir.

Elektron eksikliği olan atomlara iyon denir. Elektron eksikliğinden dolayı, proton sayısına kıyasla, söz konusu iyon pozitif olarak yüklenir.Bu nedenle, bu iyon pozitif iyon ve pozitif elektrik yükü nedeniyle ifade edilir ki bu iyon dışarıdan diğer elektronları çekebilir.

Daha önce başka bir atomdan ayrılmış elektron, bu iyonun dış kabuğunu işgal edebilir ve dolayısıyla bu iyon tekrar nötr atom olur.

Atomdan atoma rastgele hareket eden elektronlara serbest seçim yapan denir.Bir iletkene bir voltaj uygulandığında, elektrik alanın varlığı nedeniyle, serbest elektronlar voltaj ve elektrik alanı yönüne göre belirli bir yöne doğru sürüklenmeye başlar.

Bu olay iletkende akıma neden olur.Elektronların hareketi, negatif yükün hareketi anlamına gelir ve bu yük aktarımının zamana göre oranı, akım olarak bilinir.

Bir elektrondaki negatif elektrik yükünün miktarı 1.602 × 10-19 Coulomb’dur. Bu nedenle, bir coulomb negatif elektrik yükü 1 / 1.602 × 10^-19 = 6.24 × 1018 elektron sayısından oluşur.

Bu nedenle, elektronun belirli bir yöne doğru kayması sırasında, 6.24 × 10 18 elektron sayısı, iletkenin belirli bir enine kesitini geçerse, bir saniyede akımın bir amper olduğu söylenir.

Zaten akım ünitesini görmüştük. (amper=  coulomb / second)

Akımın Ölçülmesi

Akım ölçümünün en yaygın yöntemi, ölçülecek akımın bulunduğu bir ampermetreyi seri olarak bağlamaktır.Çünkü , devre boyunca akan tüm akım da ampermetre boyunca akmalıdır.

Bir ampermetrenin ideal iç direnci veya empedansı sıfırdır. Bu nedenle, ideal olarak devrede bağlı ampermetre boyunca voltaj düşüşü yoktur. Bir konvansiyonel analog ampermetre bir akım bobininden oluşur.

Akım bu bobinden aktığı zaman, içinden akan akım miktarına bağlı olarak pozisyonundan sapar. Bobin tertibatına bir işaretçi bağlanmıştır; Bu nedenle, ampermetrenin kadranındaki mevcut okumayı gösterir.

Alternatif akımı ölçmek için, normal ampermetre yerine metre veya tong test cihazında klips kullanılabilir.Bu ampermetrede, bir akım transformatör göbeği, canlı akım taşıma iletkenine kolayca klipslenebilen metreye bağlanır.

Bu düzenlemeden ötürü, devrede akım, CT’nin ikinciliğine dönüşür ve bu ikincil akım, daha sonra, konvansiyonel ampermetreden farklı olarak akımın sürekliliğini bozmadan, metre üzerindeki klape üzerinde ölçülür.

Akım vs Elektron Akımının Geleneksel Akışı

İlk günlerde, akımın, pozitif yük akışının ve dolayısıyla akımın her zaman akünün artı kutbundan çıktığı, dış devreden geçtiği ve akünün eksi kutbuna girdiği düşünülmüştür.Buna geleneksel akım akışı denir.

Bu anlayış temelinde, tüm elektrik, formül ve sembol teorileri geliştirilmiştir. Maddenin atomik doğasını geliştirdikten sonra, bir iletkendeki gerçek akım nedeninin serbest elektronların ve elektronların hareketinin negatif bir değişimden kaynaklandığını anladık.

Negatif yük nedeniyle, elektronlar negatif terminalden harici devre üzerinden akünün artı kutbuna hareket eder.Dolayısıyla , normal akım akışı daima elektron akışının ters yönünde.Ancak, daha önce keşfedilmiş olan tüm kuralları, kuralları, kuramları ve formülleri, iletkendeki elektronların akış yönüne göre değiştirmek imkansızdı.

Böylece geleneksel akım akışı kavramı benimsenmiştir. Gerçek elektron akışı sadece belirli etkileri açıklamak gerektiğinde kullanılır (diyotlar ve transistörler gibi yarı iletken cihazlarda olduğu gibi).

Temel elektrik devrelerini ve cihazlarını göz önüne aldığımızda, geleneksel akım akışını kullanırız, yani, pozitif terminalden negatif terminale devrenin etrafında akan akım.

Akım Türleri

Sadece iki tip elektrik akımı, doğru akım ve alternatif akım vardır.

Bunları sırasıyla DC ve AC olarak kısaltıyoruz. DC’den önce AC kavramı geliştirildi.Fakat AC elektrik üretimde en popüler yolu haline geldi çünkü AC akım iletilir ve dağıtılır.

Doğru akımın yönü tek yönlüdür, bu akımın akma sırasında yönünü değiştirmediği anlamına gelir.Günlük yaşamımızda en yaygın DC örnekleri, her türlü akü sisteminden aldığımız akımdır.Ancak en yaygın elektrik akımı türü alternatif akım veya AC’dir.

AC’nin üretime, iletime ve dağıtmaya yönelik olarak DC’ye göre bazı avantajları vardır ve bu nedenle elektrik tedarik şirketlerinden aldığımız akımın normalde alternatif akım olduğunu görürüz.

Alternatif akım

Akışı tek yönlü olmayan akım dahası bir frekansta dönüşümlü olarak, alternatif akım olarak adlandırılır.Başka bir deyişle, akımın yönü sürekli olarak ileriye doğru geriye ve sonra da ileriye doğru geriye doğru değişir.

Bu yönün sayısı, bu yönden ileriye doğru veya geriye doğru, saniyede ileriye doğru değişir, akımın frekansı olarak adlandırılır.Alternatörde üretilen akım daima alternatif bir akımdır.

Alternatif bir akımın dalga şeklinin şekli genellikle sinüsoidaldir.Ancak kare, üçgen ve diğer dalga formları da akımlara katılabiliyor.

Alternatif Akımın Yaygın Yönü

Doğru akım olarak, alternatif akım ok ile gösterilir.Bir AC, hem ileriye hem de geriye doğru akış yönüne sahiptir.Ok başı daima akımın ileri yönünü gösterir.

Farklı bir bakış açısında, akım pozitif bir valfe sahip olduğunda, akım yönü referans ok ile aynıdır ve akım negatif değer aldığında; onun yönü, referans okun tam tersidir.

Elektrik Akımının Etkileri

Isıtma etkisi ve manyetik etki gibi, akımın iki etkisi vardır. Günlük hayatımızda gördüğümüz her bir elektrik kullanımı, ya ısıtma etkisinden ya da akımın manyetik etkisinden dolayıdır.

Örnek olarak, evimizdeki ampul parlaması, akımın ısınma etkisinden ve fanın evimizde dönmesi nedeniyle akımın manyetik etkisinden kaynaklanmaktadır.

Akımın etkisini de gösterebilen binlerce başka örnek var.

Elektrik Akımının Isıtma Etkisi

Akım bir iletkenden geçtiği zaman, iletkendeki omik kayıptan dolayı bir ısı oluşumu olacaktır. Bu genellikle akımın ısıtma etkisi olarak bilinir.

Elektrik enerjisini doğrudan kullanamadığımız için, ısı, ışık veya mekanik güç vb. gibi başka bir kullanılabilir güce dönüştürmemiz gerekir.

Akım bir iletkenden geçerken, bazı kayıplar meydana gelir ve bu kayıp neredeyse kaçınılmaz olur ve daha fazla dirençli iletkenlerde, daha fazla kayba sebep olur.İletkenin elektrik direncinden kaynaklanan bu kayıp esas olarak akımın ısınma etkisi nedeniyledir.

Bazı elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüştüğünden, bu durum Joule yasası tarafından şöyle ifade edilebilir:

H = i^2 x r x t

Burada, H, kalorilerde üretilen ısıdır, i telden geçen akımdır ve amper cinsinden ölçülür, r, ohm’daki (Ω) iletken direncidir ve t saniyeler içinde akan akımın süresidir.

Akan akımın zamanını, telin direncini ve akım akış miktarını biliyorsak, devrenin üretilen ısısını kolayca bulabiliriz.Bu ısı çeşitli şekillerde kullanılabilir.

Telin elektriksel direncinin, devredeki üretilen ısıdan ne kadar fazla olduğunu, ancak akımın ısınma etkisiyle ilgili daha doğru bir şekilde bilmenin atomik seviyeden bilmesi gerektiğini gördük.

Akımın akışı elektronların akışından başka bir şey olmadığı için, her zaman iletkenin sabit atomlarından gelen direnç olacaktır.Telin sabit atomları elektronların akışına direnir ve bunun sonucunda çarpışmalar olur ve kinetik enerji ısı enerjisine dönüştüğünden telin ısındığını görürüz.

Elektrik Akımının Isıtma Etkisi Uygulamaları

Şimdi, üretilen ısı birçok açıdan görülebilir.Bazen sadece bir kayıp olarak görülür ve en aza indirilmeye çalışılır. İletkenden ısı yayılımını en aza indirmek için çeşitli adımlar atılmıştır.

Ancak, günlük yaşamımızdaki akımın ısınma etkisinin birçok olumlu uygulamasını görebiliriz.Elektrik demir, tüm fikir veya çalışma prensibi, akımın ısınma etkisine bağlıdır.

Yüksek dirençli tel, elektrik bobinde ana bobin olarak kullanılmakta, akım bobinden aktığı zaman, bobin ısınmakta ve ütüyle çalışmaktadır.Peki ya elektrikli demirin aşırı ısınması ?.Bu problem, bimetalik iletkenler kullanılarak çözülebilir.

Devrede iki farklı metalden yapılmış bimetalik plakalar kullanılır.Isının genleşme katsayısı iki metal için farklı olduğundan, ısıtma etkisinden dolayı bir metalin genleşmesi diğer metalden farklıdır; sonuç olarak levha bükülür ve belirli bir sıcaklıkta ulaştıktan sonra devrenin teması kesilir ve bobin boyunca akan akım durdurulur ve elektrik demiri de artık ısıtılmaz.

Elektrikli ısıtıcıda aynı mekanizma kullanılır, tek fark bimetalik plaka veya devre kesici içermemesidir.

Elektrik ampullerinde akımın ısıtma etkisinin başka bir uygulaması görülmektedir.Ampulün içinde kullanılan tel aydınlanır ve belli bir sıcaklığa ulaştıktan sonra ışık yayar. Ampulde kullanılan metal esas olarak tungstenden yapılır.

Son olarak ve belki de akımın ısıtma etkisinin en önemli uygulaması, hemen her yerde kullanılan elektrik sigortalarındandır.Büyük endüstrilerden yerel seviyeye, her yerde elektrik sigortası bir zorunluluktur.

Sigorta, belirli bir erime noktasına sahip olan bu metallerden yapılır.Normal akım için iyidirler, fakat aşırı akım devre boyunca akarken; sigorta telindeki üretilen ısı, sigorta telinin metal kısmını eritmek ve devreyi kesmek için yeterlidir.

Bu sayede maliyetli ekipman büyük akım akışı olarak korunur, ekipmana kalıcı olarak zarar verebilir.

Elektrik Akımının Manyetik Etkileri

Akım Taşıyan İletkene Bağlı Manyetik Alan ;

1819’da Danimarkalı bir fizikçi olan Hans Christian Oersted tarafından bir akımın her zaman belirli bir manyetik etki ile gerçekleştirildiği keşfedilmiştir. Manyetik bir iğnenin yanına yerleştirildiğinde akım taşıyan bir iletken gözlemledi; iğne belirli bir yöne doğru sapar.

Ayrıca, iletkendeki akımın yönü tersine döndüğünde, iğnenin ters yönde saptığı gözlemlenmiştir.

Bu, akım taşıyan iletkene bağlı bir manyetik alan olduğu anlamına gelir.Daha fazla araştırma, iletken etrafındaki manyetik alanın bir dizi eş merkezli kapalı hattan oluştuğunu göstermektedir.

Şekilde gösterildiği gibi bir kart üzerinden bir iletken aracılığıyla bir iletken geçirirsek ve bu karttaki manyetik iğnenin yardımıyla alanı çizmeye çalışırsak, şekilde gösterildiği gibi manyetik çizgilere sahip oluruz.Bunlar kapalı daireler ve iletken ile eş merkezlidir.

Şimdi, iletkendeki akımı tersine çevirirsek ve aynı deneyi şekilde gösterildiği gibi tekrar edersek, gösterildiği gibi iletkenle eş merkezli olarak birbirine dönük kapalı dairesel manyetik çizgilere sahip oluruz.

Aynı zamanda, iletken iletkenin içinden yukarı doğru aktığı zaman, dairesel manyetik çizgilerin yönünün, tepeden bakıldığında saat yönünün tersi olduğu bulunmuştur.

Diğer yandan; Akım iletkenden aşağıya doğru akarsa, üstte gözlemlersek dairesel manyetik çizgiler saat yönünde olur.

Akım taşıyan bir iletkene bağlı manyetik alanın özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir.

Manyetik alanın bütün çizgileri, birbirlerine simetrik olan ve akım taşıma iletkeni ekseni ile eş merkezli olan daireseldir.

İletken ekseninden uzaklaştıkça kuvvet çizgileri yarıçapı artar.

Manyetik dairesel hattın yönü, iletken aracılığıyla akımın akış yönüne bağlıdır.

İletken içinden akan akım artarsa ​​ve akım azaldığında azalırsa, iletken etrafındaki manyetik alanın manyetik akı yoğunluğu artar.

Akım Taşıyan Bir İletkenin etrafındaki manyetik alanın belirlenmesi ;

Akım taşıyan bir iletken nedeniyle manyetik alanın yönünü belirlemek için başlıca iki popüler kural vardır ve bunlar Cork vidası kuralı ve Sağ el kuralıdır.

Sağ vidalı vidayı, akımın yönüne işaret eden iletkene paralel olarak eksenine tutturulur ve vidanın başı, vidanın akım akışı yönünde hareket ettiği bir yönde döndürülürse, vidanın başı döndürülen, manyetik kuvvet çizgilerinin yönü olacaktır.

Sağ El Kuralı : 

Akım taşıyan iletken, gözlemcinin sağ elinde tutulduğu takdirde, parmakları sağa doğru, parmak akımı yönünde akan parmaklar ile çevrelendiğinden parmak uçları, manyetik kuvvet çizgilerinin yönünü gösterecektir.

Akım taşıyan bir iletkene bağlı manyetik akı yoğunluğu

Çevreyi çevreleyen bir manyetik alan belirdiğinde. Akım taşıyan iletkenin bu manyetik alanının yönü, Cork Vidası kuralı veya Sağ El kuralı ile belirlenebilir.

Biot Savart yasasına göre, bir akıma (P) yakın bir noktada (P) akımın manyetik akı yoğunluğunun ifadesi ‘I’ akımını taşıyan bir iletkene daha yakındır.

dB = (µ/4π)x(I x dl x sinα / r^2)

Burada dB, P noktasındaki sonsuz akı yoğunluğudur.

Akım I iletkenden geçiyor.

dl, infinitesimal iletken uzunluğudur.

r, dl elemanının merkezinden P noktasına kadar olan yarıçap vektörüdür.

Current -> akım ve yarıçap vektörü arasındaki açıdır.

Şimdi, iletkenin toplam uzunluğuna bağlı olarak P noktasında gerçek manyetik akı yoğunluğunu B bulmak için, dl’ye göre dB ifadesini entegre etmek zorundayız.

B = (µI / 4π) ∫ (sinα / r^2) x dl

Yukarıdaki ifade, sonsuz uzun doğrusal iletken nedeniyle herhangi bir noktada manyetik akı yoğunluğunu B değerlendirmek için kullanılır ve bu

B = µI / 2πr

Burada, R, iletkenden P noktasına kadar olan radyal mesafedir.

Şimdi eğer B’yi mevcut taşıma iletkenini çevreleyen bir R yarıçapı yolu etrafında entegre edersek,

Bu denklem, H’nin kapalı bir yol etrafındaki integralini, yolun kapsadığı akıma eşit olduğunu göstermektedir. Bu Ampere’nin yasasından başka bir şey değildir.Entegrasyon yolu ise ;  her biri aynı yöndeki bir akım I olan telin N sayısı ile çevrilmişse ;

∫H x dl = NI

Bu ilişki çok önemli bir ilişkidir; Bir iletken sisteminin kaçak akısını belirlemek için kullanılır. Akı bağlantısından, sistemin indüktörü kolayca belirlenebilir.

İletkendeki akım değişirse, akı bağlantısının değişmesine neden olur. Akı bağlantısının değişiminin iletkenlerde bir voltaj oluşturduğunu ve akı bağlantısının değişim hızının indüklenen voltaj ile doğru orantılı olduğunu biliyoruz.

Bu Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasaları olarak bilinir.

ELEKTRİK AKIMI – ELEKTRİĞİN TEORİSİ NEDİR SONUÇ :

Bugün ki yazımızda Elektrik Akımı – Elektriğin Teorisi ve Isıtma-Manyetik Etkisi adlı yazıyı sizlerle paylaştık.Temel elektronik yazı dizisinin 3. yazısı olan bu inceleme ile geniş bir inceleme yazısını sizlerle paylaşmış bulunmaktayız.Temel olarak Elektrik akımı ve teorileri hakkında umuyorum faydalı bir yazı olmuştur.

İyi Çalışmalar