Malzemelerin Elektriksel Özellikleri – 1

0
679

Elektrik sözcüğünün kökeni M.Ö. 600 yılına Eski Yunan dönemine dayanmaktadır. Eski Yunan filozofu Thales, kehribar (fosilleşmiş ağaç reçinesi) çubuğunu yün kumaşa sürterek, çubuğun saman parçalarını çektiğini görmüştür. Kehribar Yunancada elektron anlamına gelmektedir. Elektron sözcüğü, yeni Latincede kehribar gücü anlamına gelen electrica kelimesi olarak kullanım alanı bulmuştur. 1600 yılında elektrik kavramını ilk inceleyen bilim insanı William Gilbert tarafından electricus kelimesi kullanılmış ve 1646’da İngiliz yazar Sir Thomas Browne tarafından yayımlanan Pseudodoxia Epidemica adlı eserinde, elektrik olarak ilk kez kullanılmıştır. Daha sonraları bu kelime evrenselleşmiş; tüm dünya dillerinde aynı kavram için kullanılır hale gelmiştir.

Malzemelerin elektriksel alandan nasıl etkilendiği, elektriksel özellikleriyle ilgilidir.

Bir atomdaki pozitif yüklerin sayısı negatif yüklerin sayısına eşitse, atom nötr bir atomdur. Buradan da anlaşılacağı gibi, bir protonun yüküyle bir elektronun yükü birbirine eşittir. Bu da temel yük olarak adlandırılır.

Temel yük = e = 1,602×10^-19 Coulomb

Elektrik alana maruz kalan malzemedeki protonlar bu alanla aynı yönde; elektronlar, bu alana zıt yönde hareket ederler. Bir noktadan bir saniyede geçen yük miktarı akım şiddetidir ve Amper olarak adlandırılır. Birimi Amper=Coulomb/Saniye dir.

İki tane aynı işaretli yükümüz olsun ve bunlardan biri diğerine sonsuz uzaklıkta bulunuyor gibi düşünelim. Sonsuzda bulunan yükü diğer yükün d kadar uzaklığına getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı iş yaparız. Bu iş, elektriksel potansiyel enerjisine eşittir. Tıpkı, bir cismi yüksek bir potansiyele taşımak için yaptığımız işin, cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşit olması gibi. Elektriksel potansiyelin yani elektriksel gerilimin birimi Volt = potansiyel enerji(joule) / 1 Coulomb = j/C

İletken bir malzemeye potansiyel fark uyguladığımızda buna bağlı olarak akım oluşur ve bu akımın sayısal değeri malzemenin bu akıma karşı gösterdiği direnç tarafından belirlenir. Buna ohm kanunu adı verilir. Direncin birimi ohm dur ve Ω ile gösterilir.

Elektriksel gerilim = Akım Şiddeti × Direnç   –>        V = I × R

Ancak burada direnç R, iletkenin boyutlarına bağlıdır. Örneğin, L uzunluğunda, kesit alanı A olan iletken bir tele V potansiyel farkı uygulandığında bu telin gösterdiği direnç ile; L uzunluğunda, kesit alanı 2A olan aynı iletken tele V potansiyel farkı uygulandığında gösterdiği direnç aynı değildir. Kesit alanı büyük olan tel sanki daha az direnç gösteriyor gibi davranır. Yani burada kesit alanı 2A olan telden geçen yükler daha hızlıdır ve bu teldeki bir noktada bir saniyede geçen yükler yani I akımı, aynı potansiyel fark altında bile kesit alanı A olan aynı teldeki I akımından büyüktür.

Direnç, iletkenin boyutlarına bağlı olduğu için, yeni bir kavram tanımlayarak direnci, iletkenin boyutlarından bağımsız hale getirebiliriz. Bu da özdirenç kavramıdır.

Özdirenç = ρ = (R×A) / L         direnç: R ; Kesit alanı: A ; Uzunluk: L

Aynı şekilde, birim uzunluk ve birim kesit alanına sahip bir iletkenin iletkenliğinden bahsedebilmek için, bu iletkenin iletkenliği boyutlarına göre değişmemelidir. Yani bir iletkenin iletkenliğini boyutlarından bağımsız bir şekilde tanımlamamız gerekiyor. Bu da öz iletkenlik kavramı ile sağlanabilir.

Öz iletkenlik = σ = 1/ρ = 1/(R×A/L) = L/(R×A)

Ohm kanununu iletkenin boyutlarından bağımsız hale getirmek için:

V = I × R          –>       V × A/L = I × R × A/L      –>        V/L = I×ρ/A     –>        V/L = ρ×I/A

I/A = Akı yoğunluğu = J dir. Bir kesit alanında geçen elektrik yükü akı yoğunluğudur. Birimi Coulomb/(saniye×) dir.

V/L  = Ɛ = Elektriksel alan yoğunluğudur. Birimi joule/(Coulomb×metre) dir.

–>        Akı yoğunluğu = öz iletkenlik × elektriksel alan yoğunluğu = J = σ × Ɛ       –>   İletkenin boyutlarından bağımsız ohm kanunu

J = σ × Ɛ ohm kanunu, V = I × R ohm kanunundan farklı olarak öz direnç ve öz iletkenlik kavramlarıyla oluşturulmuştur. Şu uzunlukta veya kesit alanında bir iletken söylemek yerine iletkenin boyutlarından bağımsız ohm kanunu sayesinde malzemenin elektriksel özelliklerinden bahsedebiliriz.

 

Kaynaklar

http://www.elektrikrehberiniz.com/elektrik/elektrigin-tarihcesi-5062/

https://www.youtube.com/user/muhendishane/videos

Paylaş
Önceki İçerikMermer Nedir?
Sonraki İçerikTakım Arkadaşımız Barış Babur
"Bir sır daha var; çözdüklerinden başka. Bir ışık daha var; bu ışıklardan başka. Hiçbir yaptığınla yetinme; geç öteye. Bir şey daha var; bütün yaptıklarından başka."

Henüz Yorum Yok

CEVAPLA