Elektrik Hakkında…

Elektrik hakkında çok sorulan bir kaç sorunun cevabını dilimiz döndüğünce vermeye çalışalım. Bu soruları sağlıklı bir şekilde cevaplayabilmek için öncelikle elektrik kavramını tanımlayan ve genelde hep formül üzerinde kalan, üzerinde fikir yürütmediğimiz voltaj ve akım niceliklerinin iyi betimlenmesi gerekiyor.

Elektrik dediğimiz şey, atomların etrafında elektromanyetik kuvvet yardımı ile dönen elektronların toplu olarak bir noktadan bir noktaya hareket etmesiyle oluşur.  Fakat elektronların bu hareketleri atomlardan atomlara düz bir şekilde gerçekleşmez. Atom etrafında normal bir şekilde dönen elektron herhangi bir başka elektromanyetik kuvvet tarafından çekildiğinde yada itildiğinde elektron enerji kazanmaya başlar ve bu enerjisi atom çekirdeğinin daha çok titreşmesine neden olur. Enerji kazanan elektron, spiral bir hareketle başka bir atoma geçer. (Yay şekline benzeyen bir harekettir) Yalnız burada dikkat edilmesi gereken şey, fiziksel yollarla oluşturulan ve fiziksel yollarla iletilen elektrikte bir atomdan başka bir atoma elektron geçişi ancak elektronu gönderen atomun gönderdiği elektron yerine başka bir elektron alması ile mümkün olur.  Yani elektrik akımının oluşabilmesi için bir kapalı devre sörkülasyonunun olması gerekir.

Akım, bir alandan belli bir zaman aralığında geçen elektronların tamamını kapsayan bir niceliktir. Akım ne kadar artarsa o alandan geçen elektriğin tahribatı da o derece artar. Voltaj ise yüklü atomların elektriksel olarak birbirlerini etkileme gücünü belirten niceliktir. Akımın oluşabilmesi için voltaj farkı yani atomlar arasında güç farkı olması gerekir ki birisi zayıfken diğeri onun elektronunu çekebilsin. Eğer atomlar arasında voltaj farkı yoksa atomların elektronları çekme ve itme eğilimleri eşit olduğundan atomlar arasında herhangi bir elektriksel akım oluşmaz.  Bu tanımlara göre iki atom arasındaki voltaj farkı artarsa elektronlar üzerine etkiyen güç arttığından akım da artar. Direnç ise akıma karşı yavaşlatıcı etki vaparak voltaj farkı oluşmasına sebep olur.  Buradan şu meşhur formülü çıkarabiliriz. V=I.R ( buradaki V, voltaj değil voltaj farkıdır!)  

İnsanı çarpan voltaj mı yoksa akım mıdır?  Kazağımızı çıkartırken kazak üzerinde oluşan yüzlerce volt elektrik bizi neden çarpmıyor?

İnsanı doğal şartlarda çarpan akımdır. Statik elektrik binlerce volt’a sahip olmasına rağmen herhangi bir temas halinde en fazla saçlarımızı dikleştirir. Çünkü statik elektrikte  atomlar arasında voltaj farkı yoktur. Bu yüzden atomlar arasında oluşan doğrultulmuş bir akımdan söz edemeyiz.  Saçları dikleştirmek için kullanılan statik elektrik topunun üzerinde 10 bin volta kadar bir voltaj değeri oluşur.  Yüksek voltajlı bu topa deydiğimizde toptaki atomların yüksek potansiyellerinin(itme ve çekme eğilimlerinin) olması vucudumuzdaki atomları etkileyip vucut uzuvlarının en sonuna iter.  Bu yüzden saçlarımız ve kıllarımız dikleşir.  Çok daha fazla yüksek voltajlar herhangi bir akım oluşturmasa bile hayati tehlikelere neden olabilirler.

İnsan üzerinden yaklaşık olarak 30 miliamperin 2-3 saniye süresince geçmesi ölüme sebebiyet verir. Bu da yaklaşık olarak 50-60 volttur(daha doğrusu voltaj farkı).  İnsan üzerinde hayati tehlike oluşturan elektriksel etkiler akım-zaman grafikleri ile verilir.  Aşağıdaki  grafikten de görebilirsiniz. Grafikteki bölümlerden AC-1 bölümü tehlikesiz bölge, AC-2 bölümü biraz titretir. AC-3 bölgesinde ölüm tehlikesi başlar. AC-4 bölümündeyseniz %99 ölürsünüz.

Eğer voltaj farkı yoksa akım oluşmayacağından insan da çarpılmaz. Islak olmayan insan vücudunun direnci yaklaşık olarak 2000, 3000 ohmdur. Buradan üzerinizden geçen akımı V=I.R formülünden hesaplayabilirsiniz.

33Kilovolt, canlı elektrik akımı taşıyan elektrik kablosuna konan kuşlar niçin çarpılmaz?

Yukarıda da belirttiğimiz gibi canlıları çarpan akımdır. Eğer canlı vucudundan akım geçmez ise canlı çarpılmaz. Belki yüksek voltajdan etkilenebilir bu da tüylerinin kabarması gibi etkilere sebep olur. Akım taşıyan kabloların üzerine konan kuşun üzerinden akım nası geçmiyor peki? diye haklı bir soru sorabilirsiniz.   Bu soruyu şöyle açıklayalım.

Akımın oluşabilmesi için herhangi iki nokta arasında bir voltaj farkının olması gerekir demiştik.   Mesela pilin bir kutbu “+” diğeri ise “-” kutuptur. Bu işaretler “+” kutbun voltaj kutbu diğer “-” kutbunun ise “0” volt yani nötr kutbu olduğunu belirtir.  Bu sebeple iki kutup birbirine bağlandığında bir voltaj farkı oluşur ve elektronlar “-” kutuptan “+” kutba doğru hareket etmeye başlarlar.(Eleketron hareketi ile akım ters yönlüdür).  Akım taşıyan ve direnç ya da empedansı çok az olan bir telin üzerindeki   farklı noktalar arasında bir voltaj farkı yoktur. Ya da yok denecek kadar azdır.  Çünkü voltaj değerlerinin birbirinden farklı olduğu noktalar  telin voltaj kaynağına ya da direnç, empedans elemanlarına bağlandığı noktaların diğer kutuplarıdır.

Bunu şu örnekle açıklayabiliriz.

Yukarıdaki devrede ok işareti  5V tu, alt alta çizik çizgili işaret ise 0 volt’u belirtir.   Bu durumda ortaya konulan iki direncın uçlarında farklı voltajlar oluşacaktır.  Çünkü direnç akımı engellediği için direncin iki ucundaki atomların birbirlerini çekme ya da itme eğilimleri direnç tarafından engellenecek ve azalacaktır. Buda bir voltaj farkı oluşmasına sebep olacaktır. Aynı telin empedans olmayan farklı noktaları arasında bir voltaj farkı oluşmaz. Kuşlar ise aynı tele bastıkları için bastıkları noktalar arasında bir voltaj farkı yoktur. İki nokta da 33kilovolt değerindedir. Bu sebepten dolayı kuşun üzerinden bir akım geçişi söz konusu olmaz. Yani lisedeki hocalarımızın dediği gibi aslında kuş kısa devre olmuştur. Fakat kuşun bir bacağı yahut başka bir uzuvu farklı bir voltaja sahip bir noktaya değerse kuşun üzerinden 100 lerce Amper akım geçecektir. Ve kül olacaktır.  🙂

Yıldırım yerden mi yukarı yoksa yukardan mı yere düşer? 

Halk arasında kullanılan yıldırım düştü ya da düşer gibi tabirler aslında fiziksel olarak çoğu zaman yanlış bir tabirdir. Çünkü yıldırım çoğu zaman aslında yerden yukarıya düşer. 🙂  Elektron hareketi “-” yükten “+” yüke doğru gerçekleşir.  Bu durumda akım ise elektron hareketine zıt yönlü oluşur.  Özellikle kış aylarında bulutlar “+” yüklerle yüklenirler. Ve yeryüzünde “-” yüklerin gökyüzüne yakın olduğu yerden gök yüzüne bir elektron boşalması gerçekleşir.  Fakat bu boşalmanın oluşabilmesi için havanın direncini kırabilecek ve onu iyonlaştırabilecek devasa bir birikme olması gerekir.  Bazen tam tersi durumlarda mümkün olur. Yani bulutların “-” yer yüzünün ise “+” yüklendiği durumlarda bu sefer elektron boşalması gök yüzünden yer yüzüne doğru gerçekleşir.

 Pillerin üzerinde yazan akım değerleri ne anlama geliyor?

Arkadaşlar çoğu arkadaş bu değerlerin pilin hangi devreye bağlarsak bağlayalım üzerinde yazan akımı verdiğini sanıyor.  Halbuki akım dirence bağlıdır. Devre üzerinden akan akım devre empedansına göre değişir. Pilin üzerinde yazan akım değeri sadece pilin bir saat süre boyunca verilen akımın çekilmesi neticesinde biteceğini belirtir. Ve siz pilin bitme süresini bağladığınız devrenin empedansına bakaraktan hesaplayabilirsiniz. 🙂  Eğer pil kısa devre olursa sonsuza yakın bir akım akar ve pili bitmelik edersiniz. 🙂  Zaten pillerin üzerinde de A/H yazar yani saat başına verilen amper miktarı anlamına gelir.