Elektrik

Birbirini iten ve çeken iki tür elektrik yükü vardır: pozitif yükler ve negatif yükler. Elektrik yükleri birbirlerine dokunmadıkları sürece birbirlerini iter ya da çekerler. Bu mümkündür çünkü her yük kendi etrafında bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alanı, bir yükü çevreleyen bir alandır. Bir yükün yakınındaki her noktada, elektrik alanı belirli bir yönü işaret eder. Eğer o noktaya pozitif bir yük konulursa, yük o yöne doğru itilecektir. Eğer o noktaya negatif bir yük konulursa, tam tersi yönde itilecektir.

Mıknatıslar gibi çalışır ve aslında elektrik, benzer yüklerin birbirini ittiği ve zıt yüklerin çektiği bir manyetik alan yaratır. Bu, iki negatifi birbirine yaklaştırıp bırakırsanız, birbirlerinden uzaklaşacakları anlamına gelir. Aynı şey iki pozitif yük için de geçerlidir. Ancak bir pozitif yük ile bir negatif yükü birbirine yaklaştırırsanız, birbirlerini çekerler. Bunu hatırlamanın kısa bir yolu, zıt kutuplar birbirini çeker ifadesidir.

Evrendeki tüm maddeler pozitif, negatif veya nötr yüklere sahip küçük parçacıklardan oluşur. Pozitif yüklere proton, negatif yüklere ise elektron adı verilir. Protonlar elektronlardan çok daha ağırdır, ancak protonların pozitif ve elektronların negatif olması dışında her ikisi de aynı miktarda elektrik yüküne sahiptir. "Zıt kutuplar birbirini çektiği" için protonlar ve elektronlar birbirine yapışır. Birkaç proton ve elektron, atom ve molekül adı verilen daha büyük parçacıklar oluşturabilir. Atomlar ve moleküller hala çok küçüktür. Görülemeyecek kadar küçüktürler. Parmağınız gibi büyük bir nesnenin içinde herkesin sayabileceğinden daha fazla atom ve molekül vardır. Biz sadece kaç tane olduğunu tahmin edebiliriz.

Negatif elektronlar ve pozitif protonlar büyük nesneleri oluşturmak için birbirine yapıştığından, görebildiğimiz ve hissedebildiğimiz tüm büyük nesneler elektriksel olarak nötrdür. Elektriksel, "elektriği tanımlayan" anlamına gelen bir kelimedir ve nötr ise "dengeli" anlamına gelen bir kelimedir. Bu nedenle, her şeyin elektrik yüklü olması durumunda olacağı gibi, nesnelerin bizi uzaktan ittiğini ve çektiğini hissetmeyiz. Tüm büyük nesneler elektriksel olarak nötrdür çünkü dünyada aynı miktarda pozitif ve negatif yük vardır. Dünyanın tam olarak dengeli ya da nötr olduğunu söyleyebiliriz. Bilim insanları bunun neden böyle olduğunu hala bilmemektedir.

Elektronlar malzemenin her yerinde hareket edebilir. Protonlar katı bir cismin etrafında asla hareket etmezler çünkü çok ağırdırlar, en azından elektronlara kıyasla. Elektronların hareket etmesine izin veren bir malzemeye iletken denir. Her bir elektronu sıkıca yerinde tutan bir malzemeye yalıtkan denir. İletkenlere örnek olarak bakır, alüminyum, gümüş ve altın verilebilir. Yalıtkanlara örnek olarak kauçuk, plastik ve ahşap verilebilir. Bakır çok iyi bir iletken olduğu ve dünyada çok fazla bulunduğu için iletken olarak çok sık kullanılır. Bakır elektrik kablolarında bulunur. Ancak bazen başka malzemeler de kullanılır.

Bir iletkenin içinde elektronlar sıçrar, ancak uzun süre tek bir yönde ilerlemezler. İletkenin içinde bir elektrik alanı oluşturulursa, elektronların tümü alanın işaret ettiği yönün tersine doğru hareket etmeye başlayacaktır (çünkü elektronlar negatif yüklüdür). Bir pil, bir iletkenin içinde elektrik alanı oluşturabilir. Bir tel parçasının her iki ucu bir pilin iki ucuna (elektrotlar olarak adlandırılır) bağlanırsa, oluşan döngüye elektrik devresi denir. Pil telin içinde bir elektrik alanı oluşturduğu sürece elektronlar devrenin etrafında ve çevresinde akacaktır. Elektronların devre etrafındaki bu akışına elektrik akımı denir.

Elektrik akımı taşımak için kullanılan iletken bir tel genellikle kauçuk gibi bir yalıtkanla sarılır. Bunun nedeni, akım taşıyan tellerin çok tehlikeli olmasıdır. Eğer bir insan ya da hayvan akım taşıyan çıplak bir tele dokunursa, akımın ne kadar güçlü olduğuna ve ne kadar elektrik enerjisi ilettiğine bağlı olarak yaralanabilir hatta ölebilir. Elektrik prizlerinin ve akım taşıyabilecek çıplak tellerin etrafında dikkatli olmalısınız.

Bir elektrikli cihazı bir devreye bağlamak mümkündür, böylece elektrik akımı bir cihazdan akacaktır. Bu akım, cihazın yapmasını istediğimiz bir şeyi yapmasını sağlamak için elektrik enerjisi iletecektir. Elektrikli cihazlar çok basit olabilir. Örneğin, bir ampulde akım, filaman adı verilen özel bir tel aracılığıyla enerji taşır ve bu da ampulün parlamasını sağlar. Elektrikli cihazlar çok karmaşık da olabilir. Elektrik enerjisi, matkap veya kalemtıraş gibi bir aletin içindeki elektrik motorunu çalıştırmak için kullanılabilir. Elektrik enerjisi ayrıca telefonlar, bilgisayarlar ve televizyonlar gibi modern elektronik cihazlara güç sağlamak için de kullanılır.

Elektrikle ilgili bazı terimler

İşte bir kişinin elektriğin nasıl çalıştığını incelerken karşılaşabileceği birkaç terim. Elektriğin incelenmesi ve elektrik devrelerini nasıl mümkün kıldığı elektronik olarak adlandırılır. Elektrik mühendisliği adı verilen ve insanların elektriği kullanarak yeni şeyler bulduğu bir mühendislik alanı vardır. Tüm bu terimleri bilmek onlar için önemlidir.

• Akım, akan elektrik yükü miktarıdır. 1 saniyede 1 coulomb elektrik bir yerden geçtiğinde, akım 1 amperdir. Bir noktadaki akımı ölçmek için bir ampermetre kullanırız.

• "Potansiyel fark" olarak da adlandırılan voltaj, akımın arkasındaki "itme "dir. Bir elektrik kaynağının elektrik yükü başına yapabileceği iş miktarıdır. 1 coulomb elektrik 1 joule enerjiye sahip olduğunda, 1 volt elektrik potansiyeline sahip olacaktır. İki nokta arasındaki voltajı ölçmek için bir voltmetre kullanırız.

• Direnç, bir maddenin akımın akışını "yavaşlatma", yani yükün madde içinden akma hızını azaltma yeteneğidir. Eğer 1 voltluk bir elektrik gerilimi bir telden 1 amperlik bir akım geçiriyorsa, telin direnci 1 ohm'dur - buna Ohm yasası denir. Akım akışına karşı çıkıldığında enerji "tüketilir", yani diğer formlara (ışık, ısı, ses veya hareket gibi) dönüştürülür.

• Elektrik enerjisi, elektrikli cihazlar vasıtasıyla iş yapabilme yeteneğidir. Elektrik enerjisi "korunmuş" bir özelliktir, yani bir madde gibi davranır ve bir yerden bir yere taşınabilir (örneğin, bir iletim ortamı boyunca veya bir bataryada). Elektrik enerjisi joule veya kilowatt-saat (kWh) cinsinden ölçülür.

• Elektrik gücü, elektrik enerjisinin kullanılma, depolanma veya aktarılma hızıdır. Elektrik hatları boyunca elektrik enerjisi akışı watt cinsinden ölçülür. Elektrik enerjisi başka bir enerji türüne dönüştürülüyorsa, watt cinsinden ölçülür. Eğer bir kısmı dönüştürülüyor ve bir kısmı depolanıyorsa volt-amper olarak ölçülür veya depolanıyorsa (elektrik veya manyetik alanlarda olduğu gibi) volt-amper reaktif olarak ölçülür.

Elektrik enerjisi çoğunlukla elektrik santrali adı verilen yerlerde üretilir. Çoğu elektrik santrali suyu kaynatarak buhar haline getirmek için ısı kullanır ve bu da bir buhar makinesini döndürür. Buhar makinesinin türbini 'jeneratör' adı verilen bir makineyi döndürür. Jeneratörün içindeki sarmal teller manyetik bir alanda dönecek şekilde yapılmıştır. Bu da elektriğin tellerden akmasına neden olarak elektrik enerjisi taşır. Bu sürece elektromanyetik indüksiyon denir. Michael Faraday bunun nasıl yapılacağını keşfetti.

Elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilecek birçok ısı kaynağı vardır. Isı kaynakları iki tipte sınıflandırılabilir: ısı enerjisi arzının asla tükenmediği yenilenebilir enerji kaynakları ve arzın eninde sonunda tükeneceği yenilenemeyen enerji kaynakları.

Bazen rüzgar gücü veya su gücü gibi doğal bir akış doğrudan bir jeneratörü döndürmek için kullanılabilir, böylece ısıya gerek kalmaz.