Elektrik Enerjisi Nasıl Taşınır?
1- Elektrik Yükü Çeşitleri (Artı ve Eksi Yükler) :
Doğada iki çeşit elektrik yükü vardır. Bunlar pozitif yani (+) artı ve negatif yani (-) eksi elektrik yükleridir.
• Aynı cins elektrik yükleri birbirlerini iterler.
• Zıt elektrik yükleri birbirlerini çekerler.
İTER İTER ÇEKER
2- Elektrik Akımının Oluşması :
Zıt elektrik yükü ile yüklü olan veya üzerinde biriken elektrik yüklerinin sayısı farklı olan iki cisim iletken bir tel ile birbirlerine bağlandığında cisimlerden birinden diğerine elektrik yükü hareketi olur. Elektrik yüklerinin hareketine elektrik akımı denir. Elektrik akımı, daima (–) yüklerin yani elektronların hareketi sayesinde oluşur.
Elektrik akımının oluşabilmesi için iletken telin iki ucu arasındaki elektrik yüklerinin enerjilerinin farklı olması gerekir. Elektrik akımının oluşması sırasında enerji, yüksek enerjili cisimden (kutuptan) düşük enerjili cisme (kutba) doğru gerçekleşir.
Elektrik akımının sürekli olabilmesi için elektron hareketinin sürekli olması gerekir. Elektron hareketini sürekli hale getirebilmek için elektrik enerjisi (elektron yani (–) elektrik yükü) üreten kaynaklar kullanılır. Elektrik enerjisi (elektron yani (–) elektrik yükü) üreterek sürekli elektrik akımının oluşmasını sağlayan kaynaklara elektrik akımı kaynağı veya güç kaynağı veya üreteç denir. Pil, akümülatör, dinamo, jeneratör elektrik akımı kaynaklarıdır.
Pil, basit elektrik devrelerindeki yüklere elektriksel bir kuvvet uygulayarak yüklerin elektrik enerjisi kazanmalarını ve bu enerjinin iletken tel boyunca iletilmesini sağlar. Bunun sonucunda iletken teldeki elektrik yükleri arasında enerji aktarımına neden olur. Negatif elektrik yüklerinin titreşim hareketleri sonucu yükler arasında gerçekleşen elektrik enerjisi aktarımına elektrik akımı denir.
Elektrik akımı, yüklerin akışı anlamına gelmez. Elektrik akımı, yüklerin titreşim hareketinin sonucunda oluşur yani elektrik akımı yüklerin akışı sonucunda değil, yüklerin titreşim hareketi sonucunda oluşur.
3- Elektrik Yüklerinin Akışı :
Zıt elektrik yükü ile yüklü olan yani (+) pozitif ve (-) negatif elektrik yükü ile yüklü olan iki cisim iletken bir tel ile birbirlerine bağlandığında (-) negatif yüklü cisimden (+) pozitif yüklü cisme doğru elektron akışı olur. İletken tel üzerinde elektronların akması sonucu elektrik akımı oluşur. Elektrik akımı sayesinde de elektrik enerjisi oluşur.
Elektrik akımı oluşurken;
• Negatif (-) yüklü cisme negatif (-) kutup veya katot denir.
• Pozitif (+) yüklü cisme pozitif (+) kutup veya anot denir.
• Elektron akışının yönü negatif (-) kutuptan yani katottan pozitif (+) kutba yani anota doğrudur.
• Elektrik akımının yönü pozitif (+) kutuptan yani anottan negatif (-) kutba yani katota doğrudur.
4- Pil, Pil Çeşitleri ve Pillerin Özellikleri :
Kimyasal enerjiyi depolayan, gerektiğinde depoladığı kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektron yani (-) elektrik yükü üreten kaynaklara pil denir.
Pillerin; Volta pili, limon pili, Daniell pili, kuru pil (Leclanche pili) gibi çeşitleri vardır.
Bütün pillerde ortak olan bazı özellikler vardır. Bunlar;
• Bütün pillerde (+) ve (-) kutup bulunur.
• Bütün pillerde iki farklı cins metal kullanılır.
• Bütün pillerde elektrik akımını ileten yani elektronların geçişini sağlayan bir sıvı bulunur.
5- Basit Elektrik Devreleri :
Pil, pil yatağı, ampul, duy, anahtar ve bağlantı kablolarından oluşan devreye basit elektrik devresi denir.
(Elektrik yüklerinin üretecin bir kutbundan çıkıp diğer kutbuna girmesini yani akışını sağlayan düzeneğe basit elektrik devresi denir).
• Devredeki pil elektrik enerjisi üretir (yani elektrik yükü yani elektron kaynağıdır ve elektrik akımının oluşmasını sağlar).
• Devredeki pil yatağı, pillerin devreye bağlanmasını sağlar.
• Devredeki iletken tel, elektrik enerjisinin (elektrik yüklerinin yani elektronların) akışını sağlar.
• Devredeki ampul, iletken telden elektrik enerjisinin (yani elektronların) geçtiğini ya da geçmediğini (yani elektrik akımının oluşup oluşmadığını) gösterir.
• Devredeki duy, ampullerin devreye bağlanmasını sağlar.
• Devredeki anahtar, elektrik enerjisinin (yani elektrik yüklerinin yani elektronların) geçmesini ya da geçmemesini sağlar.
Basit elektrik devrelerinde anahtar açıkken devreden elektrik enerjisi (elektrik yükleri yani elektrik akımı) geçemez ve ampul yanmaz. Böyle devrelere açık devre denir.
Basit elektrik devrelerinde anahtar kapalı iken devreden elektrik enerjisi (elektrik yükleri yani elektrik akımı) geçebilir ve ampul yanar. Böyle devrelere kapalı devre denir.
Basit elektrik devrelerinde elektrik akımının yönü, pilin dışında (+) kutuptan (-) kutba doğru, pilin içinde ise (-) kutuptan (+) kutba doğrudur.
Basit elektrik devrelerinde elektronların akış yönü pilin dışında (-) kutuptan (+) kutba doğrudur.
1. Alternatif Etkinlik : El Feneri
Amaç : El fenerindeki ampulün ışık vermesi için devrenin kapalı olması gerektiğinin farkına varmak.
Yapılacaklar : • Anahtarın kullanımını sorular okunarak şekil üzerinde
gösterilir.
6- Devre Elemanları ve Sembolleri :
Basit elektrik devresini oluşturan araçlara devre elemanı denir.
7- İletken ve Yalıtkan Maddeler :
a) İletken Maddeler :
Elektrik enerjisinin (elektrik yüklerinin yani elektronların) üzerinden serbestçe geçebildiği (akabildiği) maddelere iletken maddeler denir.
(Elektrik akımını iletebilen maddelere iletken maddeler denir).
Metaller (altın, gümüş, bakır, demir, çinko, alüminyum), çivi, alüminyum folyo, tuzlu su, asitli su, sirke (bazlı su, insan vücudu) iletken maddelerdir.
b) Yalıtkan Maddeler :
Elektrik enerjisinin (elektrik yüklerinin yani elektronların) üzerinden serbestçe geçemediği (akamadığı) maddelere yalıtkan maddeler denir.
(Elektrik akımını iletemeyen maddelere yalıtkan maddeler denir).
Plastik, cam, tahta, hava, porselen, kauçuk, silgi, kâğıt, saf su, alkol, şekerli su, ebonit, mika, teflon, bakalit yalıtkan maddelerdir.
NOT :
1- Elektrik enerjisini iletkenlerden az, yalıtkanlardan daha fazla iletebilen maddelere
yarı iletken maddeler denir. Silisyum, germanyum, karbon (kömür), bakır oksit yarı iletken maddelerdir.
2- Elektrik enerjisini iletkenlerden daha iyi iletebilen maddelere süper iletken maddeler denir. Altın, gümüş, platin süper iletken maddelerdir. (Süper iletkenler sıcaklık azaldığında direnç küçüldüğü için elektrik akımını daha iyi iletirler).
3- Yalıtkan olan sıvılar, yüksek elektrik enerjisi altında iletken hale geçebilirler.
Gazların İletkenliği :
Katı ve sıvı haldeki maddeler iletken veya yalıtkan maddeler olabilirler. Gaz halindeki maddeler ise normal şartlarda yalıtkan olmasına rağmen bazı özel durumlarda yani uygun şartlar sağlandığında iletken hale geçebilirler. Gaz halindeki yüksek elektrik enerjisinde iletken hale geçebilirler.
Hava, gaz halindeki bir maddedir ve normal şartlarda yalıtkandır. Ancak bazı durumlarda hava da iletken hale geçebilir.
Şimşek ve yıldırım olayları elektrik enerjisi boşalmasıdır. Şimşek ve yıldırım olaylarında normalde yalıtkan olan hava yüksek elektrik enerjisi sayesinde iletken hale gelir.
Aydınlatmada kullanılan flüoresan ve neon lambalar, gazların özel koşullarda (düşük basınçta ve havasız ortamda) iletken hale gelmesinden yararlanılarak yapılmıştır.
NOT : 1- Benjamin Franklin, 1752 yılında yaptığı deneyde, fırtınalı bir havada ucuna metal bir anahtar bağladığı uçurtmanın yükselmesini sağlayarak yıldırım çarpması sonucu anahtardan kıvılcım çıkmasını sağladı. Bu sayede yıldırımın elektrik enerjisi boşalması olduğunu gösterdi.
9- Elektrik Enerjisinin Taşınması :
Farklı enerji türlerinden elektrik enerjisinin üretilmesini sağlayan kuruluşlara elektrik santrali denir. Elektrik santrallerinin termik santral, hidro elektrik santrali, nükleer santral gibi çeşitleri vardır. Bunun dışında rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi ve jeotermal (termal su kaynakları) enerji ile çalışan santraller de vardır.
Elektrik enerjisi, basit bir elektrik devresinde olduğu gibi elektrik santralinde başlayıp evlere, işyerlerine kadar uzanan ve oradan tekrar santrale dönen kapalı bir devrede taşınır. Elektrik enerjisi, kullanıldığı yerlere göre ışığa, sese, ısıya ve harekete dönüşür.
Elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisinin kullanılacağı yerlere taşınmasını enerji nakil hatları sağlar. Enerji nakil hatları, ya toprak altında bulunan iletken tellerden ya da çelik direkler üzerinde bulunan iletken tellerden oluşur.
Enerji nakil hatlarında genelde bakır veya alüminyumdan yapılan iletken teller kullanılırken demirden yapılan iletken teller kullanılmaz. Enerji nakil hatlarında demir gibi iletkenlerin kullanılmamasının nedeni de bakır ve alüminyumun demire göre hem kolay işlenmesi hem de daha kolay eğilip bükülmesidir. (Enerji nakil hatlarında genelde alüminyumdan yapılan iletken teller kullanılır).
Enerji nakil hatlarında kullanılan çelik direkler iletkendir. Elektrik enerjisinin taşınması sırasında iletken tellerin çelik direklere temas etmesi halinde elektrik enerjisi toprağa akar ve enerji kaybı olur. İletken tellerin çelik direklere temas etmesini önlemek için bu tellerin direklere temas eden kısımlarında cam, seramik gibi yalıtkan maddeler kullanılır.
10- Yalıtkan Maddelerin Elektrik Enerjisinin Tehlikelerine Karşı Kullanılması :
Maddeler elektrik enerjisini iletebilme özelliğine göre iletken ve yalıtkan maddeler olarak iki grupta incelenirler. İletken maddeler elektrik enerjisinin taşınması için kullanılırken yalıtkan maddeler de elektrik enerjisinin zararlı etkilerinden korunmak için kullanılırlar. Bunun için iletken maddelere yalıtkan maddeler ile yalıtım yapılır. Yalıtım yapılırken en çok porselen, plastik, bakalit ve kauçuk gibi yalıtkanlar kullanılır.
Günlük hayatta kullanılan elektrikli ev aletlerinin (ütü, televizyon, fırın, süpürge, bilgisayar, müzik seti) çalışabilmesi için elektrik enerjisi gereklidir. Şehir şebekesinden evlere gelen, evlerden de elektrikli ev aletlerinin içine giren elektrik enerjisinin zararlı etkilerinin önlenmesi için elektrik enerjisini taşıyan iletken kablolar veya içerisinde elektrik enerjisi bulunan ev aletleri yalıtkan maddeler ile kaplanmıştır. Bundan dolayı ev aletlerine rahatça dokunulabilir ve elektrik enerjisinin zararlı etkilerinden korunulabilir. Ev aletlerindeki iletken kablolara dokunulması halinde elektrik çarpması görülür ve bu da zararlı sonuçlar doğurabilir.
Ev aletleri kullanılırken;
• Yıpranmış kablolar yenileri ile değiştirilmelidir.
• Bir prize birden fazla fiş takılmamalıdır.
• Elektrik kablolarının yanında yanıcı ve ısıtıcı cihazlar kullanılmamalıdır.
• Elektrikli cihazlar tamir edilirken elektrik enerjisi kesilmelidir.
• Nemli ortamlarda elektrikli cihazlar kullanılmamalıdır.
• Bozulmuş prizler yenileri ile değiştirilmelidir.
NOT : 1- Fiş, duy, priz, kablo gibi araçların üzerindeki cam, seramik veya plastik gibi yalıtkan maddeler elektrik enerjisinin zararlı etkilerinden korur.
2- Elektrik kablolarında elektrik enerjisinin taşındığı kısım metaldir yani iletkendir. Elektrik kablolarının dış kısmı ise plastikle kaplanmıştır. Elektrik kablolarının üzerinin yalıtkan maddelerle kaplanmasının nedeni ısı kaybını önlemek ve elektrik enerjisinin zararlı etkisini yok etmek içindir.
3- Elektrikli cihazlarda yalıtkan olarak sert plastik, kablolarda ise yumuşak plastik kullanılır. Kablolarda yumuşak plastiğin kullanılmasının nedeni esneme ve bükülebilme özelliğine sahip olması ve kabloların kolay kullanılmasıdır.
4- Elektrik tellerinin bakır ya da alüminyumdan yapılıp demirden yapılmamasının
nedeni bakır ve alüminyumun iyi iletken olması, kolay işlenmesi kolay eğilip bükülmesidir.
5- Elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisini yerleşim yerlerine taşıyan enerji nakil hatlarında alüminyumdan yapılan iletken tellerin kullanılmasının nedeni hafif ve ucuz olmasıdır.
6- İletken kablolar kullanım amacına göre farklı kalınlıkta ve şekilde olabilirler. Bu kablolar üzerinden geçen elektrik enerjisinin miktarında göre farklı teknikler ve malzemeler kullanılarak yalıtılırlar.
7- Piller güvenli elektrik enerjisi kaynaklarıdır ve kullanımı sırasında zarar vermezler.
8- Şehir elektriği yüksek elektrik enerjisine sahiptir ve kullanırken dikkatli olunmalıdır.
