ELEKTİRİK

Elektrik iki türdür:Statik elektrik ve Dinamik elektrik.

Yaklaşık 2000 yıl kadar önce,Yunanlı bilgin Thales Kehribarın kumaş parçasına  sürtülmesi ile küçük kıvılcımlar çıkardığını görmüştür. Statik elektrik  ilk kez bu şekilde gözlemlendi.Statik elektrik durgun, pratik olarak  iş yapmayan elektrik türüdür, kontrolsüz bir enerji şeklidir ve zaman  zaman boşalmalar yapar.Yağmurlu havalarda bulutlar pozitif yüklü  statik elektrikle dolarlar, yeryüzü negatif elektrik yüklü olduğu için, yüksek yerlerden bulutlara elektrik atlar buna yıldırım adı verilir.
Eğer bu elektrik atlaması buluttan buluta ise o zaman şimşek  adını alır. Statik elektriğe; saçımıza sürdüğümüz tarakta, televizyon  ekranınına elimizi sürdüğümüzde de rastlarız. Statik elektrik 
elde etmek için yapılan araca Van De Graaf jeneratörü adı  verilir bu jeneratörle 20 milyon volt kadar statik elektrik elde edilebilir. İkinci elektrik türü Dinamik,yani hareketli elektriktir. Bu elektrik  kaynakları elektron devinimi sağlarlar. Elektronlar negatif kutuptan  pozitif kutba doğru hareket ederler.

Dinamik elektrik iki tipdir.

-D.C. (Direct Current)

-A.C. (Alternatif Current)

D.C. (Direct Current):

Elektrik kaynağı hepimizin çok iyi bildiği piller,akümülatörler  ve dinamolardır.Piller ve Akümülatörler kimyasal reaksiyonlardan  elektrik enerjisi üretirler,akümülatörler ve pillerin bazı tipleri tekrar  doldurulabilir ve tekrar tekrar kullanılabilirler.Nikel Kadmiyum piller,
Nikel Metal Hidrit piller bu tip pillerdendir.Akümülatörlerin esası  sülfürik asit içindeki kurşunun kimyasal reaksiyonudur. Dinamo ise tersine çalışan bir motordur. Kuvvetli bir  manyetik alanda dönen bir sargının (bobin) üzerinde elektrik  akımı oluşması esasına dayanır.

Düz akım denmesinin nedeni;elektriğin bir volt zaman grafiğinde düz bir yol izlemesi nedeni iledir,yani bu elektrik  çeşidinin voltajı zamanla değişmez.

A.C. (Alternatif Current):Alternatörler vasıtası ile elde edilen elektrik çeşididir.
Alternatörleri döndürmek için ise, barajlarda su, elektrik  santrallarında çeşitli yakıtlar kullanılır.

A.C. denmesinin nedeni bu çeşit elektriğin zamanla yön değiştirmesidir. A.C. nin özelliği transformatör denen aygıtlarla voltajın  yükseltilebilmesi veya düşürülebilmesidir.

Voltajın yükseltilebilmesi nedeni ile uzak mesafelere daha az  kayıpla gönderilen bu çeşit elektrik günlük hayatta en çok  kullandığımız elektrik çeşididir. Doğru akım kaynaklarında + ve - kutuplar olduğu halde, alternatif  akımda kutuplar yoktur.

Elektrik Devresi:

Bir üretecin iki ucu iletken bir telle birleştirilip,düzeneğe bir lamba yerleştirilirse,üretecin negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar pozitif   (+) kutba giderler. Kurulan bu düzeneğe bir elektrik devresi denir.

Elektrik Devresinin Elemanları

Üreteç : Bu elektrik devresinde elektrik akımının kaynağı olan piller,devredeki üreteçlerdir.

Anahtar : Devreye akım vermeye  ve akımı kesmeye yarar.

Lamba : Elektrik akımı sonucundan bize ısı ve ışık veren ampullerdir.

   Yapılan elektrik devresinde ampuller ve de piller seri bir şekilde bağlanmıştır.Seri bağlı devrelerde akımın gidebileceği sadece bir yol vardır.Bu akım üretecin kutupları arasındaki elektron akışı ile meydana gelir.

DEVRE, ELEKTRİK

    Bir elektrik donanımını oluşturan bağlantılar ve bileşenleri topluca belirten terim.  Elektrik devresi elektrik akımına (elektrik yüklü akışına) yol sağlamak için biri birine bağlanmış bileşenlerden oluşur. Elektrik çoğu kez ışık, ses ya da ısı gibi farklı bir enerji türü üretmekte kullanılır. 

DEVRENİN BÖLÜMLERİ

            Elektrik devrelerinin çoğunda dört ana bölüm vardır; (1) kimyasal pil, üreteç ya da güneş pili gibi bir elektrik enerjisi kaynağı; (2) lamba, motor  ya da hoparlör gibi bir yük (yada çıktı aygıtı); (3) elektrik enerjisi kaynaktan yüke taşımak için bakır yada alüminyum tel gibi iletkenler ;(4) enerjinin yüke akışını denetlemek için röle,anahtar ya da termostat gibi denetim aygıtı.

DOĞRU AKIM DEVRELERİ

Seri devre: Seri devrede akımın gidebileceği yalnızca bir yol vardır;akım kaynağın bir ucundan çıkar,yükten (çıktıdan) geçerek kaynağın öbür ucuna döner. Metal iletkenli bir devrede bu akım kaynağın negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru çok yavaş elektron akışından oluşur. Bazı yarı iletkenli aygıtlarda örneğin transistörlerde ve yarı iletken diotlarda artı yüklerde karşıt yönde hareket eder. Bu “geleneksel” diye adlandırılan ve artıda eksiye doğru aktığı varsayılan akımla çakışır.

         En basit doğru akım devrelerinden biri olan el feneri seri devreye örnek verilebilir. Böyle bir anlatmak için devre bileşenlerinin fiziksel görünüşlerini benzer çizimlerin yer aldığı resimsel bir şekil kullanılabilir. Elektrikçilerin ve teknisyenlerin yeğledikleri bir yöntemde bağlantılı simgelerden oluşan bir çizim kullanmaktır;böyle bir çizimde, her simge, bir elektriksel bileşeni temsil eder.

         El fenerinde elektrik kaynağı, her birinin emk’sı 1,5 Volt olan ve devreye 3 Volt sağlayan seri bağlanmış iki kuru pildir.3 Voltluk bir ampul devrenin çıktısını oluşturur ve kaynak ile çıktı (yük) arasına sürgülü bir anahtar bağlanır. Bu durumda içine kuru pillerin konulduğu tüp biçimindeki metal gövde iletim yolunu oluşturur. Anahtar açıkken,akım geçmediği için ampul yanmaz. Ancak anahtar kapalı iken devre tamamlanır ve devreden akım geçerek ampulü yakar. Akım ampulün flamanını ısıtarak akkor haline getirir;bu durumda ampul ısının yanı sıra ışıkta yayar.

         Böyle bir devreden geçen akım,ampulle seri bağlanmış bir ampermetre ile ölçülürse kızgın flamanın direnci om yasası ile hesaplanabilir. Bu yasa doğru akım elektrik devresindeki üç nicelik arasında bağıntı kuran bir denklemdir. Bu denklemde voltaj(gerilim) V ile,akım şiddeti I ile direnç R ile gösterilirse buna göre Ohm yasası birbiri ile eş değerli olan 3 biçimde yazılabilir:

            V=I*R           R=V/I         I=V/R  

         Örneğin el fenerinin 3Vluk kaynakktan aldığı akım 0.1 A ise ampulün R direnci 30W olur. Voltaj iki pile bağlanmış bir voltmetre ile ölçülebilir. Ampulün direnci ampule bir ohmmetre bağlanarak anahtar açıkken ölçülebilir.Soğuk direnç denilen bu değer 30W mun çok altında bulunur. Çünkü flaman yüksek bir sıcaklığa ulaştığında direnç önemli ölçüde artar.

         Sık rastlanan bir başka seri devre örneğide yılbaşı ağaçlarını süslemede kullanılan küçük ampuller bağlanan ışık telidir. Böyle düzenlemenin sakıncası bir ampul sönerse elektriksel yolun kopması ve bütün ışıkların sönmesidir.Daha iyi bir düzenleme söndüğü zaman kısa devre oluşturan yani akıma direnci sıfır olan ampuller kullanılmasıdır. Bu ampullerden biri sönerse diğeri yanmayı sürdürür. Kirchhoff yasası nedeniyle kalan ampullerin tümünde daha çok voltaj vardır ve devreden daha çok akım geçer. Çünkü Kirchhoff yasasına göre tamamlanmış bir devredeki voltaj düşüşlerinin toplamı uygulanan emk ya eşit olmak zorundadır. Seri bağlanmış bir devreye Ohm yasası uygulandığında bütün seri dirençlerin toplam direnci R dir. Böyle bir devrede tüketilen toplam güç ampullerin her birinde harcanan ayrı ayrı güçlerin toplamıdır.

Paralel devre: Paralel bağlanmış bir devrenin ayırıcı özelliği,bütün çıktıların (ya da yüklerin) kaynakla aynı voltajda ve birbirinden bağımsız olarak çalışmasıdır. Yani çıktıların biri devreden çıkarılırsa öbürleri bundan etkilenmez. Otomobillerde kullanılan elektrik sistemi,DA Paralel devresine örnek verilebilir; bu sistemde akünün sağladığı 12 V’luk voltaj aynı anda ateşleme sistemine farlara park lambalarına radyoya ve klimaya elektrik enerjisi sağlar.

            Paralel bir sisteme başka bir yük (çıktı) eklenirse akım için yeni bir yol oluşturur. Ve bu nedenle kaynaktan gelen toplam akım artar. Bu Kirchhoff’un akım yasasının bir uygulamasıdır; söz konusu yasaya göre herhangi bir noktadan devreye giren akımların toplamı o noktadan çıkan akımların toplamına eşittir. Başka bir direnç Paralel bağlandığında paralel devrenin birleşik direnci belirgin biçimde azalır.  Seri devrede olduğu gibi paralel devrede de toplam güç ayrı ayrı güçlerin toplamından oluşur. 

Seri-Paralel Devre: Seri-paralel devreler, bazı bileşenlerin birbirleriyle paralel bağlandığı, paralel birleşimlerinse başak bileşenlerle seri halde bulunduğu devreler olarak tanımlanabilir.  Kaynağa seri bağlanmış bir anahtar ve bir sigorta ya da devre kesici ile paralel bağlanmış bir çok bileşen böyle bir devre oluşturur. 

Karmaşık Devreler:  Yalnızca seri ya da sadece paralel bileşimlerden oluşan bölümlere ayrılabilen bir devreye “Karmaşık Devre” denir.  Bir direncin ölçülmesinde kullanılan Wheatstone köprüsü adındaki devre buna iyi bir örnektir.  Bu devre, temel olarak bir karenin dört kenarını oluşturan, birbirine bağlanmış dört rezistörden oluşur.  Çapraz köşelerin ikisine bir voltaj kaynağı öbür ikisine ise belli bir direnci olduğu bilinen bir galvanometre bağlanır.  Ancak köprü devresi dengede olduğunda galvanometreden hiç akım geçmediğinde devre seri paralel bileşimidir.  Toplam direnci bulmak amacıyla böyle bir devreyi çözümlemek için özel teknikler gereklidir. 

ELEKTRİK AKIMI

ELEKTRİK  YÜKÜNÜN  ÖLÇÜLMESİ 

      Elektrik yüklerinin ( elektronların ) iletken içindeki hareketi elektrik akımını oluşturur. Elektrik yüklerinin hareketine elektrik akımı  denir.

      Metallerde iletkenliği sağlayan serbest elektronlardır. Sıvı çözeltilerde ve gazlarda ise pozitif ve negatif yüklü iyonlardır.

      Elektrik akımının yönü pozitif yüklerin hareket yönü ile aynı yönlü , negatif yüklerin (elektronların ) hareket yönü ile zıt yönlü kabul edilmektedir.

      Elektrik yükünün ölçülmesi için yük ölçer gerekir. Basit bir elektrik devresinde şunlar bulunabilir : Üreteç , iletken teller , lamba , reosta , anahtar  gibi.

      Pil devrede elektron akışının sürekliliğini sağlayan bir üreteçtir. Pilin (+) ve (-) kutupları vardır. Pilin devrede yük akışını sağlamasının nedeni (+) ve (-) kutuplar arasında potansiyel farkının (gerilim) olmasıdır. Potansiyel farkı ( V ) sıfır olduğunda yük akışı durur ve akım geçmez.

Elektroliz : Bileşik halindeki bir sıvı maddenin elektrik akımı etkisiyle ayrışmasına Elektroliz denir.         

    Elektrik akımının etkisi ile ayrışan bileşiğe (çözeltiye ) Elektrolit  denir. Elektrik akımını çözeltiye getiren iki iletkene Elektrot denir. Üretecin (+) kutbuna bağlı elektrota  Anot  denir. Üretecin (-) kutbuna bağlı elektrota da  Katot   denir. Elektrikle yüklü atom veya atom gruplarına  İyon  denir. Bir devrede anoda giden (-)  yüklü iyonlara  Anyon  denir: Katoda  giden (+)  yüklü iyonlara da  Katyon  denir.

   Akım Şiddeti: Bir iletkenin kesitinden bir saniyede geçen elektron miktarına akım şiddeti denir. i harfi ile gösterilir. Akım şiddeti ampermetre denilen aletle ölçülür. Ampermetre devreye seri bağlanır. Bağlandığı yerin direncini etkilememesi için ampermetrenin iç direnci çok çok küçüktür. Pratikte sıfır kabul edilir. Akım şiddeti birimi amperdir. A harfi ile gösterilir.

1 amperin binde birine miliamper denir.

 Bir İletkenin Direnci

    Elektronlar bir iletken içinde hareket ederken atom ve moleküllerle etkileşir ve enerji kaybederler. İyi iletken olmayan maddeler içinde ise hareket edemez ve akım oluşturamazlar, yani engellerle karşılaşırlar. Maddeler üzerinden geçen akıma karşı bir tepki yani direnme gösterirler. Bu direnmeye direnç denir. Direnç şekildeki gibi gösterilir ve R ile sembolize edilir.

Direnç birimi ohm olup kısaca W ile gösterilir.

Kısa Devre

Akımın dirençsiz yolu tercih etmesine kısa devre denir.

    Değişken Direnç (Reosta)

Bir iletkenin direncini değiştirmek için kullanılan alete reosta denir. Reostaya ayarlı dirençte denilir. Kısa devre prensibi geçerlidir.

    Potansiyel Farkı (Gerilim)

Potansiyel iş yapabilme yeteneği olarak ifade edilebilir. Potansiyel enerji, depolanmış ve kullanıma hazır enerji demektir. Pil ve üreteçlerde de böyle bir enerji vardır. Potansiyel farkı denildiğinde iki noktanın potansiyellerinin farkı demektir. Üreteçlerin (+) ve (–) kutuplarının potansiyelleri farklıdır. Dolayısıyla üretecin iki ucu arasında bir potansiyel farkı (gerilim) vardır. Bu potansiyel farkına gerilim de denir.

ELEKTROMOTOR KUVVETİ

   Pil, akü ve üreteçlerin içinde kullanılmaya hazır bir enerji varıdr. İçerisinde mekanik, kimyasal veya başka çeşit enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere elektromotor kaynakları (emk) denir.

   Örneğin pil ve akümülatörler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Üretecin, bir q yükünü devrede dolaştırmak için harcadığı enerji, o üretecin elektromotor kuvveti (emk) olarak tanımlanır. e ile gösterilir.

   Üreteçler bir devrede akım sağlayan kaynaklardır. Bir iletken üretece bağlanmaz ise, iki ucu arasında potansiyel farkı oluşmaz ve üzerinden akım geçmez.

Üreteçlerin Bağlanması

1. Seri Bağlı Üreteçler

   Bir üretecin (+) kutbunu diğer üretecin (–) kutbuna bağlanmasıyla elde edilen bağlama şekline seri bağlama denir.

   Seri bağlı üreteçlerin her birinden eşit şiddette akım çekilir. Dolayısıyla üretecin tükenme süresinden bir kazanç yoktur.

   Üreteçlerin toplam elektromotor kuvveti, her birinin elektromotor kuvvetlerinin toplamına eşittir.

εt = ε1 + ε2 + ε3 dür.

Üreteçler seri bağlı olduğundan iç dirençlerinin toplamı,

                                 rT = r1 + r2 + r3 olur.

2. Ters Bağlı Üreteçler

   Bir üretecin (–) kutbunu diğer üretecin (–) kutbuna ya da (+) kutupların birbirine bağlanmasıyla elde edilen bağlama şekline ters bağlama denir. Ters bağlamada emk lar birbirini yok edici yönde etki yapar. Eğer ters bağlı iki üreteç özdeş ise toplam emk sıfır olur.

εT = |ε1 – ε2| dir.

Büyük emk değeri küçük emk değerinden çıkarılır.

Üreteçler ters bağlı olsa da iç dirençler seri bağlıdır. Dolayısıyla toplam iç direnç

rT = r1 + r2 olur.

3. Paralel Bağlı Üreteçler

   Üreteçlerin (+) kutbu bir noktada (–) kutbu da başka bir noktada olacak şekilde birleştirilerek oluşturulan bağlamaya, paralel bağlama denir.

   Paralel bağlı üreteçler özdeş seçilir. Özdeş olmaması durumunda devre analizi için yeni kurallar gereklidir.Paralel bağlı üreteçlerin devreye verdikleri akımlar eşit olur.

Toplam emk üreteçlerden birinin emk sına eşittir.

εT = ε dir.

   İç direnci önemsiz paralel bağlı üreteç sayısının artması devreden geçen akım şiddetini etkilemez. Fakat üreteç sayısı arttıkça her bir üreteçten geçen akım azalır ve üreteçlerin tükenme süreleri artar.

   Paralel bağlamanın özelliği gereğince, toplam iç direnç,

Üreteçlerin Tükenme Süresi

   Bir üretecin tükenme süresi, yapılış boyutlarına, yapısını oluşturan maddenin cinsine ve üreteçten birim zamanda çekilen akıma bağlıdır.

   Bir üretecin tükenme süresi, üreteçten çekilen akımla ters orantılıdır. Akım ne kadar çok çekilirse üreteç o kadar çabuk tükenir.

   Buna göre, devreye eşit şiddette akım veren seri bağlı özdeş üreteç ya da piller paralel bağlı olanlara göre daha çabuk tükenir.

ELEKTRİKSEL ENERJİ

   Uçları arasındaki potansiyel farkı V olan üretece bir R direnci bağlandığında i akımı geçiyor.

   Akım geçerken çok hızlı hareket eden elektronlar iletkenin atom ve moleküllerine çarparak kazandıkları kinetik enerjilerin bir kısmını bu parçacıklara aktarırlar. Bu enerji ısı enerjisi alarak açığa çıkar. İletkenden t sürede akım geçtiğinde ısıya dönüşen elektriksel enerji,

E=V.i.t

bağıntısından bulunur. V = i . R değeri yerine yazılırsa,

E = i2 . R . t olarakta kullanılabilir.

V; volt, i : amper, t : saniye cinsinden alınırsa, elektriksel enerji Joule cinsinden bulunur.

Elektriksel Güç

Bir iletkenin birim zamanda yaydığı elektriksel enerjiye o iletkenin gücü denir.

Buna göre, elektriksel güç,

P=i , V=i2.R   olur.

LAMBALARIN IŞIK ŞİDDETİ (PARLAKLIĞI)

   Yanan bir lambanın ışık şiddeti ya da parlaklığı lambanın gücü ile orantılıdır.

    Direnci R, uçları arasındaki gerilimi V olan lambadan i şiddetinde akım geçiyorsa, lambanın gücü,

    Buna göre, lambadan geçen akım ya da lambanın gerilimi azalırsa lambanın ışık şiddeti veya parlaklığı da azalır.

ELEKTRİK AKIM KAYNAKLARI

    Bir iletkenden elektrik akımının geçebilmesi için iletkenin iki ucu arasında bir potansiyel farkı olmalıdır. Elektrik akımı katı iletkenlerde (-) uçtan  (+) uca doğru akan elektronlar , sıvı ve gazlarda ise  (+) ve (-) iyonların hareket etmesiyle sağlanır.

    Elektrik akımı , elektrik yüklerinin iki nokta arasında sürekli akışıdır. Elektrik devrelerinde iki nokta arasında potansiyel farkı oluşturan ve yüklerin sürekli olarak hareketlerini sağlayan düzeneklere Elektrik  Akımı Kaynakları denir. Örneği  pil , akümülatörler ve elektrik santralleri  gibi. Elektrik akım kaynakları ikiye ayrılır. Bunlar doğru akım kaynakları  ve alternatif akım kaynaklarıdır.

Doğru  Akım  Kaynakları

   Kimyasal reaksiyonlar sonucu elektrik akımı  elde etmek mümkündür. Elektrik enerjisi üreteçlerde elde edilir.

   Doğru Akım ( DC ) : Bir elektrik devresinde elektrik yüklerinin veya akımın belli bir yönde akan , yön değiştirmeyen ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir

.

   Bir yönde akım sağlayan kaynaklara da doğru akım kaynakları denir. Örneğin  Pil , akümülatör ve dinamo gibi.

      Piller

   
   Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. (+) ve (-) kutupları vardır. Dolu pilin kutupları arasında Potansiyel farkı vardır. Çeşitli piller vardır. Her pilin yapısında iki elektrot ve elektrotların içine batırıldığı bir elektrolit vardır. Potansiyel farkı Voltmetre veya elektrometre ile ölçülür. Potansiyel farkı birimi  Volttur. Piller  basit pil , kuru  pil ve doldurulabilen piller diye üçe ayrılır.

1-Basit  Pil:

Volta  Pili : Bakır ve çinko elektrotlar  H2SO4  çözeltisine batırılınca akım elde edilir. H2SO4   ile çinko (Zn) elektrot arasında kimyasal reaksiyon oluşur. Çinko (Zn) atomları ikişer  elektronunu çinko elektrota bırakarak   Zn+2  iyonu halinde  çözeltiye karışır.

Çinko elektrot üzerinde elektronlar birikir. Çözeltideki  H+  iyonları  Zn+2  tarafından bakır elektrota  itilir. Akım geçince dış devreden gelen elektronlar  H+   iyonlarını  nötrleştirir. Bakır elektrot üzerinde biriken   H  gazı bir süre sonra akımın kesilmesine yol açar.  Volta pilinde bakır elektrotun   H gazı ile  kaplanarak akım veremez duruma gelmesine kutuplanma  veya  Polarizasyon  denir. Volta pilinde çinko elektrot pilin (-)  kutbunu , bakır elektrot  ise (+) kutbunu oluşturur.

Danielle  Pili : Bakır sülfat  çözeltisi içine bakır elektrot , çinko sülfat çözeltisi içine çinko elektrot aralarına da Parşömen kağıdı konularak elde edilen pildir.

Leclanche Pili : Nişadır çözeltisi  içerisine batırılmış mangandioksit  ve  karbondan  oluşmuş bir  pildir.

2- Kuru   Pil

     Pilin kabı çinkodan yapılmıştır. Bu kap aynı zamanda pilin (-) kutbu görevini yapar. Karbon çubuk (+) kutbunu oluşturur. Karbon çubuğun etrafında  %75  mangandioksit    ve %25 grafitten oluşan bir katman bulunur. Pildeki elektrolitik sıvı ise amonyum klorür çözeltisidir.

    Pil akım verirken amonyum iyonları ( NH4+ ) karbon  çubuktan elektron alarak H2   ve   amonyak ( NH3 ) haline geçer. Çinko kaptan çözünen çinko iyonları ( Zn+2 )  ise  Cl-  ile  birleşerek çinko  klorür haline  geçer. Amonyak   çinko  klorür ile  H2  ise  mangandioksit  ile tepkimeye  girer.

   Birden fazla pil birbirine ağlanarak bataryalar elde edilir.

3-  Doldurulabilen  Piller

    Pilin doldurulması  olayına  Şarj  denir. Pilin  boşalmasına  Deşarj  denir. Doldurulabilen pillere Nikel kadmiyum pilleri  ve kurşunlu  akümülatörler örnek verilebilir.

    Pilden akım alınırken  Kadmiyum , kadmiyum  Hidroksit haline dönüşür. Nikel  Oksi  Hidroksit  ise Nikel  Hidroksite  dönüşür. Kadmiyum ve nikel oksi hidroksit tükendiğinde  pil boşalır. Doldurulma olayı  dışarıdan  verilen elektrik  enerjisi  ile      sağlanır.

Diğer  Doğru  Akım  Kaynakları

Akümülatörler

      Akümülatör de bir tür  pil çeşididir.

     Elektrik  enerjisini kimyasal enerji olarak depolayan  ve bunu istenildiğinde  tekrar elektrik enerjisi olarak dönüştüren  düzeneğe Akümülatör  denir.

    Elektrotlar  arasına bir doğru akım kaynağı bağlanır. Bu sırada elektroliz olayı gerçekleşir. Buna akümülatörün şarjı  denir. Akümülatör  dolarken  H+  iyonları  (-) elektroda  , (   SO4)-2  iyonları da  (+)  elektroda gider. Bu olay esnasında anotta kurşundioksit (PbO2 )  , katotta ise  kurşun ( Pb )  oluşur. Çözeltinin içinde  iki farklı elektrot elde edilir. Böylece şarj  olmuş akümülatör  elektrotlar arasında oluşturulacak devreye akım verir.  Akümülatörün akım vererek her iki elektrotun kurşun haline dönüşmesine akümülatörün boşalması (Deşarj ) denir. Dolma sırasında depo edilen kimyasal enerji  boşalma sırasında  elektrik enerjisine  dönüşür.

    Ayrıca  Demir- Nikel akümülatörleri de vardır. Akümülatörlerden başka doğru akım kaynakları da vardır. Örneğin Dinamo , güneş pili , termoelektrik  pil , fotoelektrik pil  gibi.

Pil  Oluşumu  İle  Maddelerin  Aşınması  ( KOROZYON )

     İki farklı elektrot bir elektrolit içine batırılınca pil oluşur. Pilden akım alınırken elektrotlar  değişime uğrar. Kendiliğinden oluşan piller de vardır. Bunlara istenmeyen piller denir. Doğal ortamlarda birbirine dokunmakta olan iki farklı metal nemli ortamda bulunuyorsa istenmeyen pil oluşabilir. İstenmeyen pil oluşumu metallerin aşınmasına yol açar.

Korozyon: Metal yüzeylerinin istenmeyen pil oluşumu ile kendiliğinden aşınmasına korozyon denir.

    Metallerin ısı etkisi ile aşınması , zımpara ve diğer araçlarla oluşturulan aşınmalar  korozyon değildir.

   Korozyon etkisi ile parlak metal yüzeyleri donuklaşır. Demir üzerinde pas oluşur. Çinko beyaz ve donuk bir tabaka ile örtülür. Bakır üzerinde yeşil bir katman oluşur. Gümüş kararır. Platin ve altın parlak kalır. Bazı metaller kolay bazıları ise zor korozyona uğrarlar. Bazı metaller daha fazla aktif bazıları ise az aktiftir. Çok aktiften az aktife doğru bazı metaller şöyle sıralanır :

 Magnezyum , alüminyum , çinko ,  demir , kurşun , kalay , bakır , gümüş ,  platin, altın.

    İki metal bir araya getirilince daha soy olan ( az aktif olan ) metal  (+) elektrot , diğeri  (-) elektrot  olur. (-) elektrot olan metal korozyona uğrar , diğeri  ise korunur.

    Evlerde  kullanılan metalden yapılmış eşyalar kendisinden daha soy olan metallere uzun süre dokundurulmamalı Örneğin çelik tencere gümüşe dokunursa korozyona uğrar. Korozyon olayı kuru ortamlarda da gerçekleşebilir. Metallerin gazlarla etkileşmesi sonucu gerçekleşen bu olaya Kuru Korozyon denir.

     İstenmeyen pil oluşumlarında bir metalin korozyonunu önlemek için daha az soy olan bir metale dokundurulur. Bir metalin korozyonunu önlemek için kullanılan metale Kurban Elektrot denir.

Alternatif  Akım  Kaynakları 

Alternatif  Akım ( AC ): Yönü ve şiddeti sürekli olarak değişen akıma alternatif akım denir.

      Alternatif akım elde etmeye yarayan düzeneklere  Alternatör  veya  Alternatif Akım Jeneratörü denir.

   Mekanik , ısı , kimyasal yada nükleer enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere elektrik santralleri denir.

Hidroelektrik  Santraller

     Su gücünden yararlanarak çalıştırılan elektrik santralleridir. Barajlarda toplanan suda potansiyel enerji depo edilir. Yüksek bir yerden düşürülen yada akıtılan su Kinetik enerji kazanır. Bu su yüksekten akıtıldığında su türbinine çarparak enerjisini mekanik enerji olarak çarklara aktarır. Çarklar santralin üretecinin rotorunu döndürür.  Rotor  bir mıknatısın kutupları  arasında döner.  Rotorun bağlı olduğu jeneratörde alternatif akım üretilir. Bu santrallerin çevreye önemli bir zararları yoktur.  Hidroelektrik santrallerde enerji dönüşüm sırası şöyledir :          

Potansiyel Enerji—Kinetik  enerji – Mekanik Enerji -- Elektrik Enerjisi 

Termik  Santraller

     Elektrik enerjisi elde edebilmek için kömür , gaz petrol gibi yakıtların ısıya dönüştürülmesi ile çalışan santrallerdir.Burada su  kaynatılarak buhar elde edilir. Yüksek basınçlı buhar , buhar türbinlerine gönderilerek türbinin döndürülmesi sağlanır. Dönen bu türbin jeneratörün elektrik enerjisi üretmesini sağlar. Bu santraller yeşil alanlara zararlıdır, ormanları yok eder.Termik santrallerde enerji dönüşüm sırası şöyledir :

 Kimyasal Enerji – Isı Enerjisi—Mekanik Enerji—Elektrik                                                     

Jeneratörlerin  Yapısı

     Türbinlerde alternatif akım üreten sistemlere  Jeneratör denir. Jeneratörde manyetik alan oluşturan mıknatıs ile mıknatısın kolları arasında dönen dikdörtgen tel çerçeveler vardır. Çerçeve döndükçe düzgün manyetik alan oluşturur. Negatif yüklü elektronlara bir kuvvet etki eder. Çerçeve içinde elektronlar bir akım oluşturur. Bu akım halkalar üzerindeki fırçalar yardımıyla dış devreye alternatif akım olarak  verilir.

     Jeneratörün yapısında stator ve rotor diye iki önemli kısım vardır. Dıştaki sabit kısım  statordur. Rotor ise statorun iç kısmında bulunur ve bir eksen etrafında döner.

Jeneratörlerin  Akım  Vermesi

   Tel çerçeveyi döndürmek yerine manyetik alanı döndürmek daha kullanışlı  bir jeneratör oluşturur.

   Çubuk mıknatıs bir akım makarasının içinde hareket ettirilirse , makaraya sarılı iletken  telin uçlarında oluşan akıma   İndüksiyon Akımı  denir.

Transformatör:

 Alternatif gerilimin düşürülmesi veya yükseltilmesini sağlayan araçlara  denir.

      Transformatör  Primer (Giriş) devre , Sekonder (Çıkış) devre ve demir çekirdek diye üç ana kısımdan oluşur. Gerilimin uygulandığı sargıya  Primer  sargı denir.  Gerilimin alındığı  sargıya  Sekonder sargı denir.

     Bir transformatörde çıkış olarak az sarımlı sargı kullanılırsa gerilim düşer. Çıkıştaki sarım sayısı giriştekinden fazla ise gerilim yükselir.

            Vs    =  Ns   =  İp     

            Vp        Np       İs

Vs = Sekonder Gerilim

Vp = Primer Gerilim

Ns = Sekonder Sarım Sayısı

Np = Primer Sarım  Sayısı

İp= Primer Akım

İs = Sekonder Akım        

  Güç (P) : Birim zamanda yapılan iştir. Birimi wattır.    

             P = V. İ

  Bir transformatörün verimi :   Verim = Alınan Güç / Verilen Güç

Verim = Vs.İs/Vp. İp

ELEKTRİK ALANI ve ELEKTRİK KUVVET ÇİZGİLERİ

Elektrostatik:

Elektrik yükleri arasındaki kuvvet ve bununla ilgili olayları inceleyen fizik dalıdır.

Elektrik Alanı:
Elektrik yüklü iki cisim aralarında bir bağ olmamasına rağmen birbirlerini etkiler.

Yüklü iki cisim arasındaki uzaklık artırıldığı zaman  aralarındaki elektriksel kuvvet azalır. Bu demektirki elektrik yükleri etkilerini belli yerlerde göstermektedir.

Bir elektrik yükünün  etkisini gösterdiği bu bölgeye o yükün elektrik alanı denir.

Bu alanın varlığını anlamak istersek o noktaya deneme yükü dediğimiz bir yük yerleştirmeliyiz.Bu deneme yüküne o noktada bir bir elektrik kuvveti etki ederse o noktanın bir elektrik alanı olduğu anlaşılır.

Elektrik kuvveti vektörel bir büyüklüktür. Dolayısı ile elektrik alanı da vektöreldir. E ile gösterilir

Yüklü bir cismin bir noktadaki elektrik alanını o noktanın pozitif birim yüke uygulanan kuvvet olarak tanımlarız.

Buna göre:

Bir q¹  yüküne F kuvveti uygulanırsa E elektrik alanının şiddeti:    E=F/q¹   olur.

Elektrik alanının yönü pozitif birim yüke etki eden kuvvet yönündedir.

Negatif kuvvet alan ile zıt yönlüdür.

+ yükün alan vektör yönü yükten dışa doğru; negatif(-) yükün kü ise dıştan yüke doğrudur.

YÜKLÜ BİR İLETKENİN İÇİNDE VE DIŞINDAKİ ELEKTRİK ALANI

İçi oyuk ve boş olan iletken kürede yükler dış yüzeyde toplanır.

İçi oyuk kürenin içine nötr deney küreciği dokundurulup bir elektroskopa dokundurulduğunda elektroskop etkilenmez.

İçi boş kürenin dış yüzeyine dokundurulmuş deney küreciği elektroskobun yapraklarını açar

Örneğin yalıtkan saplı nötr bir deney küreciği negatif yüklü yarık ve içi boş bir kürenin içine dokundurulup yaprakları kapalı bir elektroskobun topuzuna dokundurulursa elektroskobun yaprakları açılmaz.Ancak kürecik oyuk ve negatif yüklü kürenin dış yüseyine dokundurulduktan sonra elektroskobun topuzuna dokundurulursa negatif yükler elektroskopu – yükler ve yaprakları açılır.

YÜKLÜ BİR KÜRENİN ELEKTRİK ALANI

Yüklü bir kürenin elektrik alanı ,kürenin merkezinden olan uzaklığa bağlıdır.Elektrik yüklü bir iletken kürenin yükleri dış yüzeyine dağılır.

Bir   q   yükünün   d   kadar uzağındaki elektrik alanı:E=k.q/d² idi..Bu duruma göre:

d  içinde ) ise alan  E=0 olur

d=r ise(yani yüzeyde) alan  E=k.q/r² olacaktır(elektrik alan en büyük değerde olur)

d>r ise (yani küreden uzaklaştıkça) alan   E=k.q/d² kadar olacaktır(Uzaklaştıkça alan azalır)

ELEKTRİK ALANIN KUVVET ÇİZGİLERİ

Kuvvet çizgileri var olduğunu bildiğimiz ancak göremediğimiz hayali çizgilerdir.Yani alanların resmidir.Elektrik ve magnetik alanları gözümüzde canlandırabilmemiz için FARADAY hayali alan çizgilerini ortaya atmıştır.

Elektrik alan içindeki yüklü bir cisme F=E.q değerinde  bir kuvvet etki eder.Bu kuvvetin etkisindeki cisim ise elektrik alan doğrultusunda harekete başlar.Yüklü cisim değişik konumlara konulursa yörüngelerde farklı olur.Bu yörüngelere elektrik alanının kuvvet çizgileri adı verilir. Çizgi sayıları alan şiddeti ile doğru orantılıdır.

Elektrik alan desenlerini göz önünde canlandırmanın uygun bir yolu, yönü her noktada elektrik alan vektörü ile aynı doğrultuda olan çizgiler çizmektedir. Elektrik alan çizgileri denilen bu çizgiler uzayın herhangi bir bölgesinde aşağıdaki biçimde bağlıdır:

            1.E  elektrik alan vektörü, elektrik alan çizgisine her noktada teğettir.

            2.Alan çizgilerine dik birim yüzeyden geçen çizgilerin sayısı, o bölgedeki elektrik alan şiddeti ile orantılıdır.Buna göre, alan çizgileri birbirlerine yakın olduğunda E büyük, uzak olduğunda küçüktür.

            Herhangi bir yük dağılımının elektrik alan çizgilerinin çiziminde:

1.Yük fazlalığı olduğunda, Alan çizgileri artı Yüklerden çıkıp, eksi yüklerde veya sonsuzda son bulmalıdır.

2.Bir artı yükten ayrılan veya eksi bir yüke ulaşan alan çizgilerinin sayısı yük miktarı ile orantılıdır.

3.İki alan çizgisi birbirini kesemez.

YÜKLÜ İKİ DÜZLEM ARASINDAKİ ALAN

Elektrik alanı pozitif levhadan negatif levhaya doğrudur.Yüklerin çoğu birbirlerine bakan yüzeylerde toplanmıştır.Levhanın dıi yüzeyinde çok az miktarda yük bulunur.Alanın kuvvet çizgileri levhanın kenarlarına doğru ve dışta eğrileşir.Levhalar dahada büyütülür ve aralarındaki mesafe kısaltılırsa alan çizgileri eşit aralıklı ve birbirine paralel olur.Şiddeti ve doğrultusu bütün alanlarda aynı olan alanlara düzgün elektrik alan denir.

Düzgün alanda E=F/q       F=q.E dir

Elektroliz

    Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy’ın başlarında gerçekleştirilmiştir.Elektroliz sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır.

    Elektroliz ile ilgili bazı terimler:

            Elektrolit:İçinde serbest iyon bulunduran ortamlara denir.

            Elektrot:Elektrolit içine batırılan metallere denir.

            Anot:Bir elektroliz kabında üreticinin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir.

            Katot: Elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir.        

    Elektrolizin Uygulama Alanları

    Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Elektroliz, ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) baş vurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, sidik yolu (üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır.

ELEKTROLİZDEN YARARLANMA

            1.Metallerin Ayrıştırılması

            Bunun için hangi metal ayrıştılıcaksa,o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır.Bu yöntem en çok bakır matali için kullanılır.Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır diğeri de arı olmayan bakırdır.Bakır iyonları (+)yüklü olduğundan katoda gider orada nötrleşerek arılaştırılmış olur.

            2.Metalle Kaplamacılık

            Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim elektroliz kabında katot olarak kullanılır.Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir.Çözelti yerine anot olarak kullanılan metalin tuzunun, sudaki çözeltisi alınırTeknikte kromaj,nikelaj ve gümüşle kaplama bu metodla olur.Bir demir çatal nikelle kaplanmak isteniyorsa,çatal katot,nikel ise anot olarak seçilir.Çözelti olarak nikel tuzu çözeltisi kullanılır.Sulu çözelti içindeki nikel iyonları katoda gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler

FARADAY KANUNLARI

BİRİNCİ KANUNU :

Deney : Bir akım devresinde –içinde aynı elektrolit (AgNO3) bulunan- şekilleri, elektrotları arasındaki uzaklıkları, eriyiğinin sıcaklık ve yoğunluğu başka başka olan birçok voltmetreyi seri olarak bağlayalım. Belli bir zaman sonra, bütün voltmetrelerin katotlarında toplanan gümüş miktarlarının aynı olduğu anlaşılır.Demek oluyor ki, toplanan gümüş miktarlarının aynı olduğu anlaşılır. Demek oluyor ki, toplanan gümüş miktarı, ne elektrotların şekil ve uzaklıklarına ve ne de elektrolitin sıcaklığına ve yoğunluğuna bağlıdır. Toplanan gümüş miktarı yalnız, devreden geçen elektrik miktarına bağlıdır. Faraday bu deneye göre şu kanun bulmuştur. // Bir elektroliz olayında ayrışan elektrolitin kütlesi, sadece, voltmetreden geçen elektrik miktarına bağlı ve onunla doğru orantılıdır.

İKİNCİ KANUNU :

Deney: İçinde türlü elektrolitler (AgNO3,CuCl2,CuSO4,AuCl3...) bulunan voltmetreleri bir akım devresine, seri olarak bağlayalım. Belli bir zaman içinde bütün voltmetrelerden aynı elektrik miktarı geçer. Her voltmetrenn katodunda toplanan maden miktarları belirtilirse şu sonuca varılır. Buna göre türlü elektrolitlerden aynı elektrik miktarı geçtiğinde açığa maden(veya Hidrojen)miktarları bunları eşdeğer ağırlıkları ile doğru orantılıdır.

Elektrolizi Kim Bulmuştur?

Michael Faraday

(Newington, Surrey, bugün Southwark – Hampton Court   1791-1867)

Londra’da bir kitapçı kırtasiyede çalışmaya başladı, daha sonra bir ciltçinin yanında çırak oldu. Böylece çok sayıda kitap okuma fırsatını buldu ve özellikle Kimya ve elektriğe ilgi  duydu.  Geceleri  Davy’nin  Royal   İnstitution’da verdiği derslere katıldı ve bilimsel konferansları izledi. Davy burada kendisine asistanlık görevi verdi;  aynı yerde 1825’te laboratuar müdürü, 1833’te de kimya profesörü oldu.

Kimya ile ilgili ilk araştırmalarında maden kömürü katranlarında benzeni  buldu. Basit  bir aletin  içinde  sıkıştırma  ve soğutma yoluyla, çağında   bilinen  hemen  hemen  bütün  gazları  sıvılaştırmayı  başardı. Qersted’in buluşundan sonra 1824 yılında elektromanyetikliği incelemeye başladı ve bir mıknatısın elektrik akımı üzerindeki etkisini gözledi; böylece Ampére’in kuramlarını tamamlamış oldu. Bu yolla, sürekli mıknatısların etkisi altındaki bir devreyi döndürmeyi başardı ve elektrik motorunu çalıştıracak ilkeyi bulmuş oldu. 1831’de, kuşkusuz en önemli buluşunu gerçekleştirdi: mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektromanyetik indüklemeyi bularak dinamoların yapımını sağladı.1833’te elektroliz kuramını ortaya koydu; olayın adını, elektrot ve iyon terimlerini ortaya attı: kendi adını taşıyan nitelik ve nicelik yasalarını belirledi. Daha sonra elektrostatikle uğraştı, 1843’te elektroskopa bağlı silindir yardımıyla elektriğin korunumu ilkesini doğruladı. Etkiyle elektriklenme kuramını ortaya koydu; çukur bir iletkenin ( Faraday kafesi) elektrostatik etkilere ekran oluşturduğunu gösterdi. 1846’da elektrostatik enerjinin dielektriklerde yerleştiğini buldu. Bu buluşu Maxwell’in elektromanyetiklik kuramını geliştirmesine yardımcı oldu ve elektrikle Hertz dalgaları arasındaki bağıntıları açıklamaya yaradı. Yine bu buluş yalıtkanların özgül indükleme gücünü tanımlamayı sağladı. 1838’de elektro-ışıldama olayını ortaya koydu. 1845 tarihli son buluşları, polarize ışığın manyetik alan üzerindeki etkisi de diyamanyetikliktir.

Başlıca yapıtları:

Elektrikte Deneysel Araştırmalar,1839-1855(Experimental Researches In Electricity)Kimya ve Fizikte Deneysel araştırmalar,1850 (Experimental Researches In Chemistry and Physics )

-3-