Elektrik Devresinde Neler Oluyor?

 Pil, direnç, anahtar ve bağlantı kablolarından oluşan bir elektrik devresini, aşağıdaki şekilde görülen su tesisatına benzetebiliriz. Böylece bir elektrik devresinde neler olduğunu anlamamız kolaylaşır.


Su tesisatı içindeki su, vananın açılmasıyla pompa tarafından itilir ve borular içinde ilerler. Kıvrımlı boruya gelen suyun buradan geçmesi zorlaşır. Kıvrımlı borudan geçen su, borular içinde ilerleyerek pompaya geri döner. Suyun tesisat içindeki devri bu şekilde devam eder.
Yukarıda verilen şekildeki elektrik devresinde de buna benzer bir durum vardır. Su tesisatındaki suyu, elektrik devresindeki negatif yüklere benzetebiliriz. Pil, pompaya benzer bir görevle elektrik yüklerine elektriksel bir kuvvet uygular. Bu kuvvet etkisi ile elektrik yükleri elektrik enerjisi kazanır ve bu enerji tel boyunca iletilir. Bu durum iletkendeki yükler arasında enerji aktarımına sebep olur. Yüklerin hareketinden kaynaklanan bu enerji aktarımına elektrik akımı denir.

Elektrik devresi ve su tesisatının birbirine benzeyen yönleri bulunmakla birlikte benzemeyen yönleri de vardır. Örneğin, su tesisatındaki su borusu kesildiğinde suyun akışı devam eder. Ancak elektrik devresinde bulunan teller arasındaki bağlantı koparıldığında elektrik akımı anında kesilir. Soldaki şekilde elektrik devresinin anahtarı açıkken negatif yükler tel içinde düzensiz hareket eder.

Anahtar kapatıldığında ise pilin uyguladığı elektriksel kuvvet ile sağda bulunan şekildeki gibi negatif yükler aynı yönde harekete zorlanır. Böylece elektrik akımı oluşur.
 

Pilin Çalışması

Bir kuru pilin iç ve dış yapısı ile pilin içinde oluşan elektron hareketliliğini aşağıda gözlemleyebilirsiniz.

 

 

Yüklerin Yolculuğu

 

Acaba elektrik devresindeki elektrik akımının yönünü nasıl belirleriz?

Negatif yükler, devre tamamlanır tamamlanmaz harekete başlayacaklardı. Nihayet devre tamamlanmıştı ve pilin uyguladığı kuvvet ile pilin negatif kutbundan itibaren birbirlerini hareket etmeye zorlamışlardı. Böylece sahip oldukları enerjiyi birbirlerine aktararak pilin pozitif kutbuna kadar bu hareketlerini sürdürmüş oldular.
Yukarıda anlatıldığı gibi negatif yükler, sahip oldukları hareket enerjisini pilin negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru aktarır. Ancak bilim insanları yıllar önce akım ile ilgili araştırmalar yaparken akımın yönünün pozitif kutuptan negatif kutba doğru olduğunu düşünmüşler ve birçok bilimsel çalışmalarını buna göre yapmışlardı. Bunun için devredeki akımın yönünün günümüze kadar pilin pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olduğu kabul edilmiştir. Bir elektrik devresindeki elektrik akımının yönünü bulmak için pilin kutuplarına bakmamız yeterlidir. Aşağıdaki devre şemasında görüldüğü gibi pilin devre içindeki gösteriminde uzun olan çubuk pozitif kutbu, kısa olan çubuk negatif kutbu temsil eder.

Devredeki elektrik enerjisi kaynakları (pil, akü vb.) elektrik akımına neden olur. Ampul gibi devre elemanları, elektrik yüklerinin taşıdığı elektrik enerjisinin tamamını kullanır. Elektrik akımının kendisi kullanılıp tüketilmez. Peki, acaba bir elektrik devresinden geçen akımı nasıl ölçebiliriz?


Fotoğrafta bir ampermetre ve ampermetrenin devre içindeki gösteriminde kullanılan sembol görülmektedir. Elektrik akımının birimi amper olarak ifade edilir ve kısaca “A” ile gösterilir. Yukarıdaki tabloda, günlük hayatımızda kullandığımız bazı araçların çalışmaları için gerekli yaklaşık akım şiddetleri verilmiştir.

Gerilim

 

Elektrik devrelerindeki elektrik enerjisi kaynağının işleyişini su pompasının işleyişine benzetmiştik. Şekildeki su akışı, su seviyesinin yüksek olduğu koldan düşük olduğu kola doğru olur. Su akışı, su seviyeleri her iki kolda da eşit oluncaya kadar devam eder ve su seviyeleri eşitlenince durur. Su seviyeleri arasında fark olduğu sürece su akışı devam eder. Şekildeki gibi uygun bir pompa kullanarak bu akışın sürekli olarak devam etmesi sağlanabilir. Suyun akışı elektrik devrelerindeki elektrik akımına benzer.

Elektrik akımı da, devrenin iki ucu arasındaki yüklerin enerjileri arasında fark olduğu sürece olur. Bu enerji farkı gerilime sebep olur. Sonuç olarak gerilim enerji farkının bir göstergesidir. Su tesisatında suyun akışının devam etmesini sağlayan bir pompa bulunduğu gibi, elektrik devrelerinde de elektrik akımının devamlı olmasını sağlayan elektrik enerjisi kaynakları yer alır.

 Yani piller bir elektrik devresinde gerilim sağlayarak elektrik akımına neden olurlar. Devredeki elektrik akımını, ampermetre kullanarak ölçmüştük. Bir devredeki gerilimi de voltmetre adı verilen araçla ölçeriz. Gerilimin birimini ise volt olarak ifade ederiz ve kısaca “V” ile gösteririz. Fotoğrafta, bir voltmetre ve voltmetrenin devre içindeki gösteriminde kullanılan sembol görülmektedir.

Pil gibi elektrik enerjisi kaynaklarının elektrik akımının devreden geçmesini sağladığını öğrendik. Resimlerdeki araçların çalışabilmeleri için farklı gerilimlere sahip elektrik enerjisi kaynaklarının kullanılması gerekir.
Etkinliğimizde bir devre elemanının (ampulün) uçları arasındaki gerilimin, üzerinden geçen akıma olan oranının her durumda sabit kaldığını gözlemledik. Bu sabit oran devre elemanının (ampulün) direncidir. Gerilim/akım oranının birimleri volt/amper olarak yazılır. Bu değer direncin birimi olan ohm ile eş değerdir. Yani direncin birimini volt/amper olarak da ifade edebiliriz. Bu oranı George Simon Ohm (Geork Simon Om) adındaki bir bilim insanı bulduğundan direnç birimi için genellikle volt/amper yerine ohm kullanılır. Aşağıdaki resimde elektrik akımı ve gerilim ile ilgili olarak çalışmalar yapan bilim insanları görülmektedir.