Elektrik Akımı, Potansiyel Farkı ve Direnç

Elektrik, elektriksel potansiyel farktan dolayı elektronların hareket etmesiyle oluşur. Elektronlar potansiyelin az olduğu (negatif kutuptan) noktadan çok olduğu noktaya (pozitif kutuba) doğru akar. Elektrik akımı da bu elektron akışının tersi yönünde gözlemlenir. Yani pozitif uçtan negatif uca doğru bir elektrik akımı görülür (bu kural genel kabuldür, farklı kabullerde bulunmaktadır).

Elektronlar, elektriğin iletilebildiği ortamlarda yani bir iletkenin üzerinden akar. Her iletkenin (ihmal edilmediği sürece) bir direnci vardır. Bu 3 kavram arasındaki ilişki basit bir formülle verilir.

Elektrik Akımı

Elektrik akımı bir iletkenin kesitinden bir yöne doğru hareket eden yüklerden oluşur. Yani elektriği oluşturan temel olay yüklü parçacıkların hareketidir. Yani elektrik akımının şiddetini; birim zamanda geçen yük miktarı şeklinde formüle dökebiliriz.

Reklam

Cisimlerde hareket halindeki yüklü parçacıklar elektronlardır çünkü protonlar yüklü olsa dahi öteleme hareketi yapamaz. Bundan dolayı da elektrik akımı oluşumunu etkilemez.

İletken özellikteki katıların (genellikle metaller) atomlarının son yörüngesinde 1, 2, veya 3 elektron bulunur ve bu elektronlar küçük bir enerjiyle atomdan ayrılabilir. Bu serbest elektronlar eğer bir yöne doğru hareket ederler ise birim zamanda kesit alanda yük değişimi olmuş olur ve buna elektrik akımı denir.

Elektronlar elektrik akımına zıt yönde hareket eder. Bu durumda bir devrede elektronların yönü üretecin eksi kutbundan artı kutbuna doğru, akım yönü ise artı kutuptan eksi kutba doğrudur.

Akım Şiddeti (I)

Birim zamanda iletkenin kesit alanından geçen net yük (q) miktarı akım olarak tanımlanır. Akım şiddeti ampermetre ile ölçülür ve birimi amperdir.

Bir iletkenin kesit alanından geçen yük miktarı 1 saniyede 1 C ise iletkenden geçen akım şiddeti 1 A olur. Akım şiddeti (I) aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

İletken sıvılarda ( iyonik çözeltiler), ise serbest elektron yoktur fakat sıvı içinde hareket edebilen ve akımı oluşturabilen eksi ve artı yüklü iyonlar vardır.
Gazlarda serbest elektron veya iyon bulunmadığı için elektrik iletilmez yani gazlar yalıtkandır.
Plazmanın içinde çok sayıda serbest elektron ve iyon vardır. Bu serbest elektron ve iyonlar plazmanın içinde katı veya sıvıdaki hareketinden daha hızlı olduğu için plazmanın elektrik iletkenliği katı ve sıvıdan yüksektir.
Plazma iyi iletken kabul edilen bakırdan dahi yüz kat daha iletken yapıdadır.

Potansiyel Farkı (Elektriksel Potansiyel) (V)

Elektronları bir noktadan başka noktaya hareket ettirmek için birim yük başına gereken enerjiye potansiyel (gerilim)farkı adı verilir. Potansiyelin birimi volttur (V). İki nokta arasındaki elektriksel potansiyel farkı, bu iki nokta arasındaki birim yükün taşınması için gerekli olan enerjiyi tanımlar.

Elektriksel Direnç (R)

Maddelerin elektronların hareketine yani elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa direnç adı verilir. Devrelerde direnç, R sembolü ile gösterilir. SI birim sisteminde birimi ohm dur (Ω ).

Reklam

Direnç etkisi, hareketli yüklerin sabit atomlarla çarpışmaları sonucu oluşur.

Çivili eğik bir yüzeyde tepeden bırakılan bilyenin hareketinin çivilerce zorlaştırılması gibi düşünülebilir. Çarpışma miktarı (direnç), hareketli yüklerin yolu (iletkenin uzunluğu) uzadıkça artar, genişliği (iletkenin kesit alanı) arttıkça azalır.

Maddenin akım doğrultusundaki uzunluğu arttıkça direnç artmakta, akım doğrultusundaki dik kesiti arttıkça direnç azalmaktadır. Kısacası, maddelerin direnci boyu ile doğru orantılı, kesiti ile ters orantılıdır. Ayrıca direnç maddenin cinsine bağlı olarak farklı değer alır. Bu ilişki aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir.

Direnç =

R : Direnç Ω ( ohm )
ρ : Öz direnç ( Ω.m )
L : Akım doğrultusundaki uzunluk ( m )
A : Akım doğrultusundaki dik kesit ( )

Formüldeki ρ (ro) ile gösterilen büyüklük öz dirençtir. Saf ve belli sıcaklıktaki maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Öz direnç düşük ise madde iyi iletken eğer çok yüksek ise yalıtkan olarak nitelendirilir.