Elektrik Akımı Nedir

0
1247
elektrik akımı

Merhaba arkadaşlar bu yazımda elektrik akımı, akımın mikroskobik modeli ve elektrik akımı formülleri gösterdim. Suyun akışı ve akım arasında karşılaştırma yapmak öğreticidir. Pek çok yerde, su tasarrufu amacı ile, evlerde su akımını düşüren bataryalar konulmak sure­tiyle yavaş akan duş sistemi yapmak yaygın bir işlemdir. Bu ve benzeri sistem­lerde verilen zaman aralığında akan su miktarını tayin ederek, suyun akışını ölçeriz ve bunu yaygın olarak dakikada litre olarak belirleriz. Büyük bir ölçek üzerinde, özel bir yeri geçen su akışlarının hızını tanımlayarak nehir akımını karakterize edebiliriz. Örneğin, Niagara şelalesinde kıyı üzerindeki su akış hı­zı 1400 m3/s ile 2800 m3/s arasında değişmektedir.

Elektrik Akımı Konu Anlatımı

elektrik akımı
Şekil 27.1

Şimdi hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistemi ele alalım. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu söylenir. Akımı daha iyi tanımlamak için, yüklerin Şekil 27.1 de gösterildiği gi­bi A alanlı bir yüzeye doğru dik olarak hareket ettiklerini farz edelim. (Örne­ğin bu alan, bir telin dik kesit alanı olabilir.) Akım bu yüzeyden geçen yükle­rin akış hızıdır. Bir Δt zaman aralığında bu alandan geçen yük miktarı ΔQ ise ortalama akım (Ior), yükün bu zaman aralığına oranına eşittir:

elektrik akımı formülü
27.1

Yükün akış hızı zamanla değişirse, akım da zamanla değişir. Bu durumda yukarıdaki ifadenin diferansiyel limiti olan ani akım(I)

 

 

ani akım
27.2

olarak tanımlanır. Akımın (SI) deki birimi ampere (A) dir. Ve

amper birimi

dır. Yani, 1A lik akım, yüzeyden 1s de 1C luk yük geçmesine özdeştir.

Şekil 27.1 deki yüzeyden akan yükler pozitif, negatif veya her ikisi de ola­bilir. Pozitif yükün akış yönünü, alışılagelmiş olarak akım yönü olarak seçmek adettir. Bakır gibi bir iletkende akım, negatif yüklü elektronların hareketiyle oluşur. Bu nedenle, sıradan basit bir iletkendeki akımdan söz ederken, akım yönü, elektronların akış yönüne zıt olacaktır. Öte yandan, bir hızlandırıcıdaki pozitif yüklü proton demeti söz konusu ise akım, protonların hareketi yönündedir. Gaz ve elektrolit içeren bazı durumlarda olduğu gibi akım, hem pozitif hem de negatif yük akşının bir sonucudur. Örneğin, yarı iletken ve elektrolit­lerde böyledir.

Şayet bir iletken telin uçları bir ilmek (halka) şeklinde bağlanırsa, ilmek üzerindeki bütün noktalar aynı elektrik potansiyelindedirler ve böylece iletke­nin yüzeyinde ve içinde elektrik alan sıfırdır. Elektrik alan sıfır olduğu için, tel içerisinde net bir yük iletimi yoktur, dolayısıyla akım da yoktur. İletken üzerin­de fazlalık yük olsa bile iletkendeki akım sıfırdır. Bununla birlikte, şayet ilet­ken telin uçları bir pile bağlanırsa, ilmek üzerindeki bütün noktalar aynı po­tansiyelde değildir. Pil, tel içinde elektrik alanı meydana getirerek ilmeğin uç­ları arasında potansiyel farkı oluşturur. Elektrik alan tel içindeki iletkenlik elektronları üzerine kuvvet uygulayarak onların ilmek etrafında hareket etme­sine ve böylece akım oluşmasına sebep olur.

Hareket eden yükü (pozitif veya negatif) hareketli yük taşıyıcısı olarak ifa­de etmek yaygındır. Örneğin, metaldeki hareketli yük taşıyıcıları elektronlar­dır.

Akımın Mikroskobik Modeli

akımın mikroskobik modeli
Şekil 27.2

Metal içinde iletkenlik için mikroskobik bir model tanımlayarak yük taşıyıcıla­rının hareketiyle akımın ilişkisini kurabiliriz. Bu ilişkiyi göstermek için kesit alanı A olan bir iletkeni (Şekil 27.2) ele alalım. Δx uzunluğundaki iletken elemanının hacmi (Şekil 27.2 deki koyu renkli kısım) AΔx dir. Şayet n birim ha­cim başına düşen hareketli yük taşıyıcılarının sayısını gösterirse, bu hacim ele­manındaki hareketli yük taşıyıcılarının sayısı nAΔx ile verilir. Dolayısıyla, bu parçadaki ΔQ yükü

ΔQ= Taşıyıcıların sayısı x parçacık başına düşen yük =(nAΔx)q

olarak verilir. Burada q, her bir parçacık üzerindeki yüktür. Şayet, yük taşıyıcıları VS hızıyla hareket ederlerse, Δt süresinde alacakları yol Δx=VSΔt ile verilir, Dolayısıyla, ΔQ yükü

ΔQ=(nAVSΔt)q

Şeklinde yazabiliriz. Bu eşitliği her iki tarafını Δt ye bölersek iletkendeki akımın

iletkendeki akım
27.4

İle verileceğini görürüz.

Yük taşıyıcıların VS hızı, gerçekte ortalama bir hızdır ve buna sürüklen­me hızı denir. Sürüklenme hızının manasını anlamak için, içindeki yük taşıyıcı­ları elektronlar olan bir iletken düşünelim. Yalıtılmış bir iletkende bu elektronlar,  gaz moleküllerinin yaptığı gibi, rasgele bir hareket yaparlar. Daha ön­ce tartıştığımız gibi, iletkenin uçlarına bir potansiyel fark uygulandığında (di­yelim bir batarya ile) iletkende bir elektrik alan oluşur. Bu alan, elektronlar üzerinde bir elektriksel kuvvet uygular ve dolayısıyla bir akım oluşur. Gerçek­te elektronlar, iletken boyunca basitçe doğrusal olarak hareket etmezler. Bunun yerine, metal atomlarıyla peş peşe çarpışarak karmaşık zikzak hareketler yaparlar (Şekil 27.3). Elektronlardan metal atomlarına aktarılan enerji, atom­ların titreşim enerjilerinin artmasına ve dolayısıyla iletkenin sıcaklığının yükselmesine sebep olur. Fakat bu çarpışmalara rağmen, elektronlar, iletken bo­yunca (Eve ters yönde), sürüklenme hızı VS adı verilen bir ortalama hız ile yavaşça hareketine devam eder.

elektronun hareketi
Şekil27.3

İletken içinde atom-elektron çarpışmaları, etkin bir iç sürtünme (veya sür­tünme kuvveti) olarak düşünülebilir. Bu durum, yün keçe ile doldurulan bir borunun içine doğru akan sıvı moleküllerinin maruz kaldığı kuvvete benzer.

Çarpışma süresince, elektronlardan metal atomlarına aktarılan enerji, atomla­rın titreşim enerjilerinin artmasına ve dolayısı ile iletkenin sıcaklığının artmasına sebep olur.

Bu yazımda elektrik akımı hakkında konu anlatımı yaptım. Diğer yazımda görüşmek üzere.

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikÇevre Mühendisliği Maaşları
Sonraki İçerikEnerji Sistemleri Mühendisliği Nedir?
Oğuzhan Mallı
Merhaba Ben Oğuzhan Mallı Mühendis Beyinler sitesinin editörüyüm, Bir süre Karadeniz Teknik Üniversitesinde Elektrik ve Elektronik mühendisliği okuduktan sonra, yurtdışında eğitimime devam etmekteyim. Advanced seviyesinde İngilizce ve Rusça bilmekteyim. Yazılarımda yaptıklarımla, düşüncelerimle ilgili pek çok şey bulabilirsiniz. Yorumlarınız, düşünce ve tavsiyeleriniz benim için çok önemli. Yalnızca “Merhaba, buralardaydım.” demek için dahi olsa vakit ayırıp bıraktığınız her bir yorum için çok teşekkür ederim. Bütün yorumlara cevap vermeye çalışıyorum.

Düşünceleriniz Nedir?