Elektrik nedir? Bütün cisimler atomlardan, atomlar ise merkezde olan çekirdekten ve çekirdeğin çevresini saran eksi yüklü elektronlardan meydana gelir. Bir cismi parçalara ayırdığımızda o cismin özelliğini taşıyan en küçük parçanın bir atom yada moleküldür. Atom; merkezdeki çekirdek ve bunun etrafında hızla dönen elektronlardan meydana gelir.
Bütün cisimler atomlardan, atomlar ise merkezde olan çekirdekten ve çekirdeğin çevresini saran eksi yüklü elektronlardan meydana gelir. Bir cismi parçalara ayırdığımızda o cismin özelliğini taşıyan en küçük parçanın bir atom yada moleküldür. Atom; merkezdeki çekirdek ve bunun etrafında hızla dönen elektronlardan meydana gelir.
İki cismin birbirine sürtünmesi ile sıkıştırma gibi herhangi mekanik etki sırasında veya ısının bazı kristallere olan etkisi nedeniyle oluşan ve etkisini kimyasal, mekanik, itme, çekme veya ısı olayları şeklinde gösteren enerji çeşidine elektrik (electric) denir. Elektrik, insanlığın olmazları arasında yer alan, gündelik yaşamı kolaylaştıran; ekonomiden teknolojiye, sağlıktan ulaşıma kadar pek çok alanda kullanılan zorunlu bir ihtiyaçtır. Elektrik, gözle göremediğimiz elle tutamadığımız fakat yaptığı işler sonucunda meydana gelen bir enerjidir. Elektriğin; kokusu, ağırlığı, boyutları, rengi yoktur. Elektrik Dünya’ da en çok kullanılan enerji çeşididir.
Elektriğin tarihçesi incelendiğinde; yüzyıllar önce insanlar elektriği, kehribarın kumaşa sürtünmesi ile toz gibi hafif cisimleri kendisine çekmesi olarak tanımışlardır. Dünya tarihinde elektriğin etkilerini ilk gözlemleyen kişinin Milet’li Thales (Thales of Miletos) olduğu söylenir. Yunan filozof Thales (M.Ö. 640-546) yaşamıştır. Thales, doğa ile ilgili araştırma ve gözlemler yaparken kehribarın yünle ovulduğu zaman tüy, saman gibi hafif nesneleri kendine doğru çektiğini ve uzun süre ovulduğunda ise küçük kıvılcımlar meydana getirdiğini gözlemlemiştir.
Eski Yunanca’da kehribar anlamına gelen elektron sözcüğü, Latince’ye Latince’ye electrica olarak geçmiştir. 1600 yılında İngiliz fizikçi ve filozof William Gilbert, “De Magnete” adlı eserinde electricus kelimesini “kehribar gibi cisimleri kendine çeken” anlamında kullanmıştır. 1634 yılında ise İngiliz Sir Thomas Browne tarafından ilk kez elektrik (electric) sözcüğü kullanılmıştır.
İtalyan bilgini A. Volta’ sürtme ile oluşan statik (durgun) elektrikten başka akan elektriği yaptığı deneylerle bulan kişidir . A. Volta ilk elektrik pilini bulan ve bundan da elektrik akımını elde etmeyi başaran kişidir.
Elektrik nedir? sorusu modern atom teorisi ile günümüzdeki anlamıyla cevaplandı. Rutherford ve Bohr’un atom modeline göre her atom pozitif yüklü protonlar ile yüksüz nötronlardan oluşan bir çekirdek ve bunun etrafında dönen negatif elektrikle yüklü elektronlardan meydana gelmiştir. Atom normal durumda nötr, yani yüksüzdür. Çünkü proton sayısı ile elektron sayısı eşittir. Elektrik akımı, günümüzdeki bilgiler doğrultusunda; iletken adı verilen maddeler sınıfında atomların dış yörüngesindeki elektronlar, manyetik alan, ısı kimyasal reaksiyon sonucu yörüngelerinden kopar ve serbestçe hareket ederler. Bu elektronlara serbest elektron denir.
İletkenlerde serbest elektronların sayısı son derece fazladır. Hareketleri rastgele olduğu için herhangi bir dış etki ile karşılaşmadıkları sürece bir yöne hareket eden elektronların sayısını zıt yöne hareket edenlerin sayısıyla eşit kabul edebiliriz. Bu durumda belli bir yöne hareket söz konusu değildir. Oysa bir dış neden yüzünden iletkenin bir ucunda elektron fazlalığı ve diğer ucunda da elektron eksikliği oluşursa, iletken içindeki serbest elektronlar iki elektrostatik kuvvete karşı kalırlar. Bunlar pozitif ucuna (elektron eksikliği olan uç) doğru çekme kuvveti ve negatif uçtan (elektron fazlalığı olan uç) öteye doğru bir itme kuvvetidir.
Bu durumda serbest elektronların rastgele hareketleri sürdüğü halde pozitif uca doğru aynı zamanda net bir elektron hareketi yada akışı gözlenir. Bu elektron akışına elektrik akımı adı verilir. Elektrik akımı büyüklük olarak, birim zamanda bir iletken içinden akan ortalama negatif elektrik yükü (elektron) miktarı şeklinde anlatılır. Serbest elektronların hareketi ile meydana gelen elektrik akımı ile elektrik lambaları yanar, elektrik motorları döner.
Elektrik Akımı: İletken bir cismin kesitinden geçen serbest elektron miktarıdır. Diğer bir ifadeyle elektrik akımı serbest elektronların iletken madde içinden akmasıdır. Bir iletkenin iki ucunu da, uçlarında potansiyel farkı veya gerilim bulunan bir batarya yada jeneratörün uçlarına bağlayarak elde edilebilir. Elektrik akımı şiddetinin birimine Amper denir. 1 Amper, saniyede yaklaşık 1018 elektron akışına eşdeğer bir büyüklüktür.
Elektrik akımının bir devreden akması için o devre kapalı devre olmalıdır. Açık devre olduğunda serbest elektronlar geçemezler ve elektrik akımının meydana gelmesi de sağlanamaz.
Elektrik Voltajı: İletken devrelerden akış sağlayan elektronlardır. Bu akımın meydana gelmesi için de elektrik devresine bir kuvvet uygulanması gereklidir. Serbest elektronlar bir kuvvet sayesinde hareket ederler. Bu da elektriğin oluşmasını sağlar. Elektronların hareket etmesini sağlamak için oluşan bu kuvvete Voltaj denir. Voltaj birimi Volt’tur. Kısaca (V) veya (E) harfi ile gösterilir.
Direnç Nedir? İletken cisimlerin üzerlerinden geçen akıma karşı gösterdiği mukavemete direnç denir. Bir iletken içindeki atomlar ve elektronların serbest halde bulunmasına direnç veya rezistans denir. Elektrik akımına karşı olan bu mukavemet karşısında tel ısınır ve akımın değeri büyür ve büyüdükçe telin sıcaklığı da artar. Rezistans (Direnç) birimi Ohm’dur. Rezistans (R) sembolü ile gösterilir.
Elektrik Enerjisi: Direncin üzerinden akım geçtiği taktirde elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşür. Voltajın devreye uygulanması ile devreden geçen akımın çarpılması sonucunda elektrik gücü ortaya çıkar. Zaman ile elektrik gücü çarpımından da elektrik enerjisi ortaya çıkmaktadır. Elektrik enerjisi birimi de; Waat /Saat (Kw/h) dir.
Elektrik Yükü Nedir? 1733 yılında Fransız kimyacı olan Charles François du Cisternay iki türlü elektrik yükü olduğunu bulmuştur. Bu yükler artı ve eksi yüklerdir. Aynı yükler birbirini iterken ters yükler birbirini çekerler. Sürtünmenin sonunda elektriklenen maddenin elektrik yükü elektroskopla belirlenir.
Elektrik Devresi Nedir? Elektrik devresi lamba, kondansatör, lamba, bakır tel, diyot, pil, transistor vs elemanlardan meydana gelir. Bu elemanlara devre elemanı denir. Devre elemanları birbirine bağlandığı zaman elektrik devresi çalışmaya başlar.
Statik Elektrik Nedir? Bütün maddeler artı (+) ve (-) yükle yüklüdür. Dengede olan artı ve eksi yükler sürtünme ile bozulur ve maddelerin elektriklenmesine sebep olur. Bu durumda statik elektrik meydana gelir. Buna da statik (durgun) elektrik denir. 1650 yılında Alman fizikçi Otto van Guericke statik elektrikle çalışan makine yapmıştır.
Elektrik Evimize Nasıl Gelir?
Şebeke elektrik güç üretim sahasından nasıl gelir? Elektrik nasıl üretilir? Elektrik enerjisi üretimi nasıl olur? Elektrik nasıl iletilir? Elektrik ev ve işyerlerine gelene kadar hangi safhalardan geçer?
Evinizin ve işyerlerinizin elektrik enerji ihtiyacı kilometrelerce uzaklıktaki enerji kaynakları tarafından sağlanır ve tüketicilere ulaştırılır.
- Üretim – Generation; Elektrik bir enerji santralinde üretilir. Güç, üretim sahasına verilir .
- İletim – Transmission; Üretilen elektrik yükseltici trafolar aracılığı ile yüksek voltaja çevrilir ve iletim hattı ile bulunduğumuz bölgeye iletilir
- Dağıtım – Distribution; İletim hatlarından gelen yüksek voltajlı (gerilimli) enerji daha sonra düşürücü trafolar ile elektrik 230 V civarına düşürülerek evlerinize işyerlerinize ve diğer tesislere dağıtılır.
- Tüketim – End Use; Elektrik, evleri aydınlatmak ve ulaşımı sağlamak için kullanılır.
Hidroelektrik Santral Termik Santral Güneş Enerjisi Paneli Rüzgar Tribünleri
Elektrik bir generatör üreteç tarafından üretilir. Elektrik, fosil yakıtların (kömür, doğalgaz, petrol vb.) yakılmasıyla termik santrallerde, rüzgar kullanılarak rüzgar tribünleriyle veya rüzgar gülü, ışık kullanılarak güneş panelleriyle, su kullanılarak hidro elektrik santrallerinde ya da nükleer reaksiyonlar kullanılarak nükleer enerji santrallerinde, bu enerji kaynakları generatörün türbinini döndürürek mıknatıslanmasını ve elektrik üretmesini sağlar.
İletim ve Dağıtım
Aşağıdaki resimde enerjinin üretim safhasından iletim dağıtım tüketim safhasına yolculuğu anlatılmıştır.
Elektrik üretildikten sonra kullanılmak üzere evlere, işyerlerine ve diğer faaliyet alanlarına ulaştırılmalıdır. İşte buna iletim denir.
Substation – Trafo Merkezi: Üretilen enerji öncelikle trafo merkezine iletilir ve burada yüksek voltaja dönüştürülür. Bunun nedeni elektriğin uzak mesafelere iletiminin kolaylaştırılması ve enerjinin verimli hale getirilmesidir.
Step-up Transformers – Yükseltici Transformator: Enerjinin yüksek voltaj elektriğe dönüşmesine ve uzun mesafe iletimine yardımcı olur. Yani yüksek gerilim kablolarıyla ve direkleriyle tüketim noktalarına iletilir.
Sensors – Algılayıcı: İletim sürecinde anahtar noktalara sensorler yerleştirilir. Bu sensorler vasıtasıyla elektriğin nerede ve ne zaman kesilebileceği kontrol edilir.
Wires – Kablolar: Elektrik, elektrik direkleri üzerinde gerili kablolar aracılığıyla tüketim merkezlerine ve evlerimize iletilir. Büyük elektrik direkleri üzerinde çok yüksek gerilimlerde elektrik vardır.
Poles – Direkler: Elektrik direkleri topraklama kablosuna sahiptir. Topraklama kablosu topraktan elektrik direklerinin tepesine kadar uzanır. Bunun iki amacı vardır. Birincisi elektronlar için iyi bir dönüş yolu sağlamak, diğeri ise olası yıldırım düşmesi durumunda elektrik yüklü kabloları korumaktır.
Step-Down Transformers – Düşürücü transformatör: Evlere ve iş yerlerine dağıtılabilmesi için yüksek voltajla iletilen elektriği alçak voltaja dönüştürür. Kentsel bölgelerde transformatörler trafo hücreleri şeklinde de görülebilir.
End Use – Tuketim: Dağıtım tamamlandığında, elektrik enerjisi soğutma sistemlerinde, endüstride ısıtma, havalandırma, aydınlatma, bilgisayar sistemlerinde, cihazları şarj etmek için kullanılır.
Elektrikli Taşıtlar Evler Ticari Bölgeler Endüstri Bölgeleri
Dağıtım trafosundan çıkan elektrik, kablolardan akarak evlerimize ulaşır. Evlerimize gelen elektrik, elektrik sayacından geçerek kullanılır. Böylece buzdolabı, fırın, çamaşır makinesi, aydınlatmada kullandığımız lambalar, kısacası elektrikle çalışan bütün aletlerin çalışmasını sağlar.
Elektrik artık madde içermediğinden çevre dostudur. Elektrik enerjisinde dikkatsizlik sonucunda meydana gelen en büyük tehlike elektrik çarpması, sonucu ölümdür. Bunun yanında maddi hasar ve yaralanmalara da neden olabilir.