Bir cismin elektrik yükü dengesinin bozulması
YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK
Elektrik enerjisi maddelerin yapılarında bulunan parçaçıkların hareketi ile ortaya çıkar.Günlük hayatta çok kullanılan bir enerji çeşididir.
Atomun çekirdek ve çevresinde dönen elektronlardan oluştuğunu biliyoruz.Elektronlar negatif (-) yüklü taneciklerdir.Çekirdekte bulunan protonlar pozitif(+) yüklü, nötronlar ise yüksüz taneciklerdir.Bir elektronun yükü, bir protonun yüküne eşittir. Maddenin elektrik yükünü q harfi ile gösteririz.Elektrik yükü birimi coulombdur ve C harfi ile gösterilir.
Bazı cisimlerde proton sayısı ile elektron sayısı birbirine eşit durumda olur ki böyle cisimlere nötr cisim deriz.Nötr cisimlerde elektrik yükü dengededir.
Cisimdeki proton sayısı elektron sayısından fazla ise, cisim bir şekilde elektron kaybetmistir.Proton sayısı fazla olan cisimlere pozitif yüklü cisim denir.
Cisimdeki proton sayısı elektron sayısından az ise, cisim bir şekilde elektron kazanmıştır.Elektron sayısı fazla olan cisimlere negatif yüklü cisim denir.
Cisimler yapılan bir iş sonucunda elektron kazanır ya da kaybeder. Böylece elektriklenir.Elektriklenen cisim başka cisimlere bir kuvvet uygulayarak çekme ya da itme hareketine yol açar.Aynı adlı elektrik yükleri birbirini iterken, zıt elektrik yükleri birbirini çeker.(+) ve (+) birbirini iter. (-) ve (-) birbirini iter. (+) ve (-) birbirini çeker.)
ELEKTRİKLENME
Cismin yük dengesinin bozulması, cismin elektriklendiğini gösterir.Katı maddelerin elektronları hareket edebilir.Sıvı ve gaz cisimlerde hareketli olan ise (+) ve (-) yüklü olan iyonlardır.
Cisimlerin elektriklenmesi 3 yol ile olur.
1. Sürtünmeyle Elektriklenme
2. Dokunma ile Elektriklenme
3. Etki ile Elektriklenme
1. Sürtünme ile Elektriklenme
Nötr cisimlerin birbirine sürtünmesi sonucu oluşur.Sürtünme sonucunda cisimlerden biri elektron kaybederek pozitif(+) yük kazanırken, diğer cisim elektron alarak negatif(-) yük kazanır. Sürtünme sonunda elektriklenen cisimlerin elektrik yük büyüklükleri eşittir.
Örneğin; cam bir çubuk ipek kumaşa sürtülürse, cam çubukta elektron kaybı olur ve (+) yük kazanır.İpek kumaş ise cam çubuktan elektron alır ve (-) yük kazanır.
Plastik çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde ise, plastik çubuk elektron kazanıp (-) yükle yüklenirken, yün kumaş elektron kaybettiği için (+) yükle yüklenir.
Yün kazağımızı çıkarırken, saçlarımıza sürtündüğünde saçlarımızın hareketlenmesi ve çıtırtı duymamız. şimşek ve yıldırım sürtünme ile elektriklenmeye örnek gösterilebilir.
Şimşek ve Yıldırım
Bulutlar rüzgarın etkisi ile hareket ederler.Birbirlerine ve havadaki moleküllere sürtünerek elektriklenirler.Zıt elektrikle yüklü bulutlar birbirine yalkaştığı zaman buluttan buluta elektrik atlaması olur.Bu sırada şiddetli bir ışık görülür.Biz bu olaya şimşek deriz.Hava genleşmesi dolayısıyla da büyük bir gürültü olur.Buna da gök gürültüsü denir.
Elektrik atlaması bazen de bulutla yeryüzü arasında olur.Bu boşalmaya da yıldırım adı verilir.Yıldırım sanıldığının aksine buluttan yeryüzüne değil, yeryüzünden buluta olan elektrik boşalmasıdır.Yıldırım ağaç tepesi, minare gibi yüksek yerlere düşer.Çok büyük bir elektrik yükü olduğu için canlıların ölümüne neden olur.Bu nedenle yıldırımdan korunmak için paratoner kullanılır.Paratonerin bir ucu sivri bir metal çubuktur.Metal çubuk telle toprağa bağlanır.Böylelikle yıldırım toprağa verilir.
2. Dokunma ile Elektriklenme
Elektrikle yüklü iletken bir cisim, yüksüz(nötr) ve iletken bir cisme dokundurulduğu zaman, nötr cisim elektrik yüklü cismin yükü ile aynı işaretli yükle yüklenir.Örneğin, nötr bir cisme (+) yüklü bir cisim dokundurulursa son yük durumunda her ikiside (+) yüklenir.
Eğer (+) ve (-) yüklü cisimler birbirine dokundurulduğunda eğer yük miktarları eşitse son durumda her ikiside nötr olur. Eğer (-) miktarı fazlaysa son durumda her ikiside (-), (+) miktarı fazlaysa son durumda her ikisi de (+) yüklü olur.
Yukarıda 1 numaralı şekilde cisimlerin dokunma öncesi elektrik yükleri, 2 numaralı şekilde de dokonmadan sonraki elektrik yükleri gösterilmiştir.Dokunma yoluyla elektriklenmede cisimlerin toplam yük miktarında değişme olmaz, yük korunur.Toplam elektrik yükü cisimlerin büyüklükleri eşit ise yük eşit olarak paylaşılır. Ancak cisimlerin biri büyük, biri küçük ise, yük büyüklüğe göre paylaşılır.
Örnek:
Birbirine özdeş olan 4 tane kürenin elektrik yükleri sırasıyla +12q, +9q, -8q ve +7q'dur.Küreler yalıtkan ayaklara bağlıdır.Kürelerin birbirine dokundurulması sonucunda kürelerin son elektrik yükleri ne olur?
Çözüm:
Toplam yük = +12q+9q + (-8q) +7q = 20 q
Küreler özdeş olduklarıdan yükü eşit paylaşır.
20 : 4 = 5q olur.
Küre şeklinde olan cisimler toplam yükü yarıçapları ile orantılı olarak paylaşır.Yani
Örnek:
Çözüm:
Dokundurma sonunda cisimlerin yüklerinin işaretleri aynı olur. Sonuçta cisimler yükü fazla olan cismin yükünün işareti ile yüklenir.Yük alışverişi elektronlarla sağlanır.B küresinin (+) yükü artmış, A küresinin (-) yük miktarı artmıştır.
Topraklama:
Elektrikle yüklü iletken bir cisme toprak bağlantısı yapılarak cismin yükünün toprağa verilmesi olayına topraklama denir.Yükünü toprağa veren cisim nötr hale geçer.
(+) yüklü bir cisim topraklandığında (-) yükler topraktan cisme gelerek, cismi nötrleştirir.
(-) yüklü cisimler topraklanınca (-) yükler toprağa akar. ve cisim nötr hale gelir.
3. Etki ile Elektriklenme
Yüklü bir cisim yüksüz olan bir iletkene dokundurulmadan yaklaştırılırsa iletkende serbest halde bulunan elektronları hareket ettirir.(İter ya da çeker.).Buna etki ile elektriklenme denir.Etki ile elektriklenmede elektron alışverişi olmaz.Yüklü cismin yaklaştırıldığı iletkenin kendisine yakın olan tarafı kendisiyle zıt, uzak olan tarafı kendisiyle aynı elektrikle yüklenir.Elektrikle yüklü cisim geri çekilirse iletken yeniden nötr hale gelir.Yani elektronlar eski yerlerine döner.
Etki ile elektriklenme geçici bir elektriklenme gibi görünse de kalıcı elektriklenme elde edilebilir.Kalıcı elektriklenme topraklama ile sağlanabilir.
ELEKTROSKOP
Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, elektrikle yüklü ise hangi tür elektrik yükü olduğunu anlamamıza yarayan araca elektroskop denir.
Elektroskoptaki lastik tıpa yalıtkan madde görevi görür.Cam fanus ise düzeneği dış etkilerden korur.
Elektroskop nötr durumda iken metal yapraklar kapalı konumda durur.Eğer elektroskop yüklü ise yapraklar yükün büyüklüğü oranında açılır.Elektroskoba bir cisim dokundurulduğunda yapraklar hareket etmiyorsa cismin yüksüz olduğunu anlarız.
Yüksüz bir elektroskoba yüklü bir cisim yaklaştırıldığında topuz ve yapraklar zıt yükle yüklenir ve yapraklar açılır.
Bir cismin elektrik yükünü elektroskopla nasıl anlarız?
Daha önceden yüklü olduğunu ve yükünün hangi cins olduğunu bildiğimiz bir cismi elektroskoba dokundururuz.Daha sonra yükünü öğrenmek istediğimiz cismi elektroskoba yaklaştırırız.Elektroskobun yaprakları daha çok açılıyorsa cismin yükü elektroskopla aynıdır. Yapraklar kapanıyorsa cismin yükü elektroskopla zıttır.
Elektriklenmenin Günlük Yaşamdaki Uygulamaları
Elektriklenme günkük hayatta yararlı olduğu gibi zararlı da olabilir.
Elektriklenmeden fotokopi makinelerinde yararlanılır.
Tehlikeli madde taşıyan tankerlerin arkasından zincir sallanarak tankerde biriken yük toprağa verilerek elektriklenmenin zararından korunulur.Uçakların hava molekülleri ile sürtünmesinden doğan elektrik yükü de uçak tekerleklerinin kauçuktan yapılması ile yere aktarılır.
ELEKTRİK AKIMI
Çeşitli yollarla elektriklenme olduğunu öğrendik.Yük akışının sürekliliği sağlandığı zaman elektrik akımı elde edilmiş olur.Elektronların iletken bir tel içinde düzenli olarak hareket etmelerine elektrik akımı denir.Kullandığımız pek çok elektrikli alet vardır.Bu alet ve makineler için gerekli olan elektriği çeşitli yollarla sağlarız.Pil, akümülatör, jeneratör elektrik akımı sağlayan üreteçlerdir.
PİL
Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren araçlara pil denir.
Bir asit çözeltisinin içine iki metal levha koyularak elde edilen pil, Volta pili adıyla anılır.Metal çubukların adı elektrot, asit çözeltisinin adı elektrolittir.Asit çözeltisi(elektrolit) ve metal levhalar(elektrotlar) kimyasal bir etkileşim içindedir.Elektronların bazıları elektrottan elektrolite doğru hareket ederken, bazı elektronlar da asit çözeltisinden diğer elektrota doğru hareket eder.Böylece elektrotlardan biri (+) yükle yüklenirken, diğer elektrot (-) yükle yüklenir.Pilin kutupları bu şekilde oluşur.
Sulu olan bu pillerin kullanımı zor olduğu için biz kuru pilleri kullanırız.Alkali piller ve civalı piller de kullanım açısından kolaylık sağladığı gibi uzun ömürlü olmaları açısından da tercih edilir.
Piller birbirine bağlanarak batarya adı verilen düzenekler elde edilir.Bir batarya oluşturmak için en az iki pil gerekir.Batarya ile elektrikli cihazların daha uzun süre çalışmasını sağlasak bile, bir süre sonra piller biter ve batarya işe yaramaz hale gelir.
Akümülatör:
Uzun süreli elektrik akım elde etmek için kullanılan üreteçlere akümülatör denir.Akümülatör kimyasal enerjiyi depolar ve gerektiğinde elektrik enerjisi olarak verir. Akümülatör boşaldığında boşalma yönünün tersine elektrik akımı verilirse akümülatör dolar.
Akümülatörler otomobil, gemi, denizaltı, uçak ve telefon santrallerinde kullanılır.
ELEKTRİK DEVRELERİ
Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilir ve bir ampul yerleştirilirse üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif (+) kutba giderler.Bu düzeneğe elektrik devresi denir.Ampulden geçen elektronlar ampulun ışık ve ısı vermesine neden olur.
Bir elektrik devresinde herhangi bir noktadan 1 saniyede geçen yük miktarına akım şiddeti denir.(I veya i ile gösterilir)
Akım şiddeti birimi amperdir.A ile gösterilir.Akım şiddeti ampermetre ile ölçülür.Ampermetreler bir elektrik devresine seri bağlama ile bağlanır.
Pilin kutupları arasındaki gerilime voltaj denir.Elektrik gerilimi veya potansiyel fark olarak da adlandırılır.Voltaj elektronları hareket ettirmek için elektronlara verilen enerjinin ölçüsüdür.Serbest elektronları hareket ettirerek devreden elektrik akımının akmasını sağlar.Voltaj birimiVolttur. Kısaca (V) harfi ile gösterilir.Pilin kutupları arasındaki gerilim voltmetre ile ölçülür.Voltmetre elektrik devresine paralel olarak bağlanır.
Pilde kutuplar arasındaki gerilim ne kadar büyükse, elektronlara uygulanan kuvvet de o kadar büyük olur, elektronlar o kadar çok enerji taşır.Pilin boyutu ile gerilimin büyüklüğü alakalı değildir.
OHM KANUNU
Bir iletkenin direncinin, iletkenin boyuna, kalınlığına, iletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlı olduğunu hatırlayalım.Direncin bağlı olduğu üretecin potansiyel farkı(gerilimi) V olursa, dirençten geçen akım I olur.Potansiyel fark 2 V ye çıkarsa akim da 2 I olur.Yani potansiyel fark ile akım arasında sabit bir oran vardır.Bu oran da dirence eşittir.
Bu ilişkiyi ilk bulan kişi Alman bilim adamı George Simon Ohm'dur.Ohm'a göre; bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir.Bu sabit iletkenin direncine eşittir.Buna Ohm Kanunu denir.
Direnç birimi Ohm olarak kabul edilmiştir.
Örnek:
DİRENÇLERİN BAĞLANMASI
1. Seri Bağlama: Dirençlerin uç uca bağlanması ile oluşur.Dirençlerin üzerinden geçen akımlar hem birbirine hem de ana koldan geçen akıma eşit olur.
Dirençlerin uçları arasında olan potansiyel farkın toplamı,devredeki üretecin potansiyel farkına eşittir.
NOT: Bir devrede birden fazla direncin etkisini tek başına gösterebilen dirence eşdeğer direnç denir.
Örnek:
Çözüm:
2. Paralel Bağlama: Bir elektrik devresinde dirençlerin birer uçlarının(+ uçlar) bir noktaya, diğer uçlarının(- uçlar) başka bir noktaya bağlanıp, ortak iki uç meydana getirilerek bağlanmasına paralel bağlama denir.
Paralel bağlamada dirençlerin uçları arasındaki potansiyel fark, üretecin potansiyeline eşit olur.( V = V1 = V2)
Paralel bağlamada ana koldan geçen akım(pilden gelen akım) dirençlerden geçen akımın toplamına eşittir.( i = i1 + i2)
Devrenin eşdeğer direnci
Paralel bağlı dirençlerin eşdeğeri, devredeki en küçük dirençten daha küçüktür.Direnç sayısına "n" tane dersek
Kısa Devre
Elektrik devrelerine, devreyi açıp kapatmak için anahtar konur.Anahtar açıksa "devre açık" denir, bu sırada devreden akım geçmemektedir.Anahtar kapalı ise "devre kapalı" denir ve bu sırada devreden akım geçmektedir.
Akım bazen dirençsiz koldan geçer.Bu duruma kısa devre denir.
Örnek
Çözüm:
A anahtarı açıkken 4 Ohm luk direncin üzerinden akım geçmez.Bu yüzden ampermetreden geçen i1 akımı
A anahtarı kapanınca 4 Ohm luk direnç üzerinden de akım geçeceği için devredeki dirençlerin eşdeğeri R2 ve ampermetreden geçen akım i2 olduğunda
PİLLERİN BAĞLANMASI
1. Seri Bağlama
Bir pilin (+) kutbunun, diğer pilin (-) kutbuna bağlanması şeklinde olur.Seri bağlamada pil sayısı arttıkça gerilim de artar.Devreye bağlı lamba varsa ampulün ışığı parlaklaşır.
Eşdeğer gerilim pillerin gerilimlerinin toplamına eşit olur.
Seri bağlı olan pillerden birisi biter ya da devreden çıkarılırsa devreden geçen akım kesilir.
Seri bağlama yapılırken pillerin aynı adlı kutupları birbirine bağlanırsa(buna ters bağlama denir) devredeki elektrik enerjisi tükenir.
2. Paralel Bağlama
Pillerin (+) kutuplarının bibirine, (-) kutuplarının birbirine bağlanması durumudur.Paralel bağlama yapılırken özdeş pil kullanırsak eşdeğer gerilim pillerden birinin gerilimine eşit olur.
Paralel bağlı devrede pil sayısının arttırılması ampulün parlaklığını etkilemez.Ancak pillerin daha uzun süre dayanmasını sağlar ve ampul daha uzun süre yanar.
Paralel bağlı devreden pil çıkarılırsa ampulün yanma süresi azalır.
AMPULLERİN BAĞLANMASI
Ampul içindeki iletken telin(flaman) ısınıp akkor haline gelmesi ile ışık veren bir araçtır.Ampulü bir çeşit direnç olarak düşünebiliriz.Ampulün parlaklığı gücüne bağlıdır.(GÜÇ: Birim zamanda harjanan enerji)Ampul ya da elektrikli bir aletin gücü üzerinden geçen akımın büyüklüğü ve uçları arasındaki gerilimin büyüklüğü ile ilgilidir.Akım ve gerilim artarsa, güç de artar.Örneğin 60 Wattlık bir ampul saniyede 60 Joule enerji harcar.100 Wattlık bir ampul saniyede 100 Joule enerji harcar.Dolayısıyla daha parlak ışık verir.
1. Seri Bağlama
2. Paralel Bağlama
*Paralel bağlamada ampuller özdeş ise kollara ayrılan akımlar eşit olduğundan , ampullerin parlaklığı eşittir.
*Ampul sayısı artsa bile ampullerin gerilimi pilin gerilimi kadar olduğundan üzerlerinden geçen akım değişmez. Bu nedenle ampullerin parlaklığı da değişmez.Ampul sayısının artması ile daha çok enerji harcanacağı için pilin tükenme süresi kısalır.
*Ampullerden biri patlarsa sadece bozulan ampul söner.
*Paralel bağlı ampuller seri bağlanırsa devrede eşdeğer direnç artar, ampullerden geçen akım azalır.Buna bağlı olarak ampullerin parlaklığı da azalır.