7. Ünite: Elektrik Yükleri ve Elektrik Enerjisi Konu Özeti

A. Elektrik Yükleri ve Elektriklenme

Cisimlerin birbirleri ile etkileşiminden dolayı, elektrik yüklerinin bir cisimden başka bir cisme geçerek birikmesine elektriklenme denir.

• Parkta oynayan çocuklara dokunulduğunda ufak çarpılmalar.

• Bulutlar arası elektrik geçişi.(şimşek)

• Fotokopi makinesi ve yazıcıların çalışma sistemi.

• Otomobil ve beyaz eşyaların boyanması.

• Fabrika bacaları ve baca temizliği vb. günlük yaşamda elektriklenmeye verilebilecek örneklerdir.

Atomun çekirdeğinde bulunan proton(p ) ve nötron(n ) hareketsizdir. Fakat atomun yörüngelerinde bulunan elektronlar(e ) hareketlidir. Elektriklenme, elektronların(e ) bir atomdan başka bir atoma geçmesi ile oluşur.

Elektrik Yükleri ve Birbirine Etkileri

Pozitif yüklü cisim: Pozitif(+) yük sayısı negatif(-) yük sayısından fazla olan cisimlerdir. Elektron kaybeden cisim pozitif yüklü olur.

Negatif yüklü cisim: Negatif(-) yük sayısı pozitif(+) yük sayısından fazla olan cisimlerdir. Elektron(e) alan cisimler negatif yüklü olur.

Nötr cisim: Pozitif(+) yük sayısı negatif(-) yük sayısına eşit olan cisimlerdir.

Cisimlerin yapısında bulunan elektriksel yükler birbirine itme ya da çekme kuvveti uygular. Cisimlerin yük miktarı arttıkça ve cisimler arası mesafe azaldıkça itme ya da çekme kuvveti artar.

ELEKTRİKLENME ÇEŞİTLERİ

Elektriklenme cisimlerin yük kazanması ya da yük kaybetmesi sonucunda gerçekleşir. Elektriklenme sırasında yer değiştiren yük elektronlardır. Protonlar atomun çekirdeğinde olup hareket etmezler.

1. Sürtünme İle Elektriklenme

Birbirine sürtünen cisimler arasında gerçekleşir. İki cisimden birinden diğerine negatif(-) yük geçişi olur. Negatif yük kaybeden cisim pozitif yükle yüklenirken, negatif yük kazanan cisim negatif yükle yüklenir.

• Yülü kumaş ebonit(plastik) çubuğa sürtüldüğünde, yünlü kumaştan ebonit çubuğa elektron(e ) geçişi olur.

Sürtünmeden sonra, ebonit çubuk negatif(-) yün kumaş pozitif(+) yükle yüklenir.

• Cam çubuk ipek kumaşa sürtüldüğünde, cam çubuktan ipek kumaşa elektron(e ) geçişi olur.

Sürtünmeden sonra, cam çubuk pozitif(+) ipek kumaş negatif(-) yükle yüklenir.

Sürtünme ile Elektriklenmenin Özellikleri

• Sürtünen cisimler zıt yükle yüklenir.

• Toplam yük sayısı değişmez.

• Sürtünme ile elektriklenen cisimler birbirine temas ettirildiğinde tekrar nötr hâle gelir.

2. Dokunma(Temas) İle Elektriklenme

Birbirine dokunan cisimler arasında gerçekleşir. Elektron alışverişi yük dengesi sağlanıncaya kadar devam eder. Sonuçta cisimler toplam yükü büyüklükleri oranında paylaşır.

Dokunma İle Elektriklenmenin Özellikleri

• Dokunma sonucu cisimler aynı yükle yüklenirler.

• Toplam yük cisimlerin büyüklükleri oranında paylaşılır.

3. Etki(Tesir) İle Elektriklenme

Cisimler arasında temas ve yük alış-verişi olmadan, cisimlerin geçici olarak elektriklenmesine denir. Tesir ile elektriklenen cisimlerin üzerindeki yük dağılımı değişir, bu duruma kutuplanma denir.

B. Elektrik Yüklü Cisimler

ELEKTORSKOP

Bir cismin yüklü olup olmadığını, yüklü ise hangi tür yüke sahip olduğunu anlamamızı sağlayan araca elektroskop denir.

Nötr bir elektroskobun topuzuna elektrik yüklü bir cisim yaklaştırılır ya da dokundurulursa yaprakları açılır. Dokundurulan cismin yük türüne göre elektroskobun her iki yaprağı da pozitif ya da negatif yüklü olabilir. Fakat elektroskobun yaprakları farklı tür elektrik yüküne sahip olamaz. Elektroskobun yapraklarının açılma nedeni aynı yüke sahip yaprakların birbirini itmesidir. Elektroskobun yaprakları ne kadar çok elektrik yükü ile yüklü ise yapraklar o kadar çok açılır.

Elektroskobun Çalışması

 

a. Etki İle Elektriklenme

I. Pozitif ya da negatif yüklü bir cisim nötr elektroskoba yaklaştırıldığında, elektroskobun yaprakları açılır.

II. Yüklü bir cisim yüklü bir elektroskoba yaklaştırıldığında;

• Aynı tür yükle yüklü iseler, yapraklar biraz daha açılır.

• Zıt yükle yüklü iseler, yapraklar biraz kapanır.

b. Dokunma İle Elektriklenme

I. Pozitif ya da negatif yüklü bir elektroskoba nötr bir cisim dokundurulduğunda, elektroskobun yaprakları biraz kapanır.

II. Nötr bir elektroskoba yüklü bir cisim dokundurulduğunda, elektroskobun yaprakları açılır.

III. Yüklü bir elektroskoba zıt yüklü bir cisim dokundurulduğunda;

• Elektroskobun yükü = Cismin yükü ise; Yapraklar tamamen kapanır.

• Elektroskobun yükü > Cismin yükü ise; Yapraklar biraz kapanır.

• Elektroskobun yükü < Cismin yükü ise; Yapraklar önce kapanır sonra tekrar açılır.

IV. Yüklü bir elektroskoba aynı yüklü bir cisim dokundurulduğunda;

• Elektroskobun yükü = Cismin yükü ise; Yapraklar değişmez.

• Elektroskobun yükü > Cismin yükü ise; Yapraklar biraz kapanır.

• Elektroskobun yükü < Cismin yükü ise; Yapraklar biraz açılır.

Elektroskopta etki ile elektriklenmede, iletken topuzdaki elektronların yapraklara geçişi ya da yapraklardaki elektronların iletken topuza geçişi gerçekleşir. Elektroskopta dokunma ile elektriklenmede ise, yüklerin cisim ile elektroskop arasında paylaşımı gerçekleşir.

TOPRAKLAMA

Elektrik yüklü bir cismin iletken tel ile toprağa bağlanmasına topraklama denir. Cisimler topraklama ile yer küreden negatif yük alarak ya da yer küreye negatif yük vererek nötr hâle gelirler. Yerküre büyük kütlesi nedeniyle cisimler nötr oluncaya kadar yük alabilir veya yük verebilir. Elektrikli araçların üzerinde fazla yükler birikebilir. Bu yükler elektrikli araçların bozulmasına ve yangın çıkmasına neden olur. Topraklama ile fazla yükler güvenli bir şekilde nötr hâle getirilmektedir. Yüksek yapıların üzerindeki paratonerler de, gökyüzünde biriken yükün güvenli bir şekilde toprağa geçmesini sağlayarak yıldırımın zarar vermesini önler.

Negatif Yüklü Cisimlerin Topraklanması

Negatif yüklü bir cisim topraklandığında cisim nötr oluncaya kadar, cisimden toprağa negatif yük geçişi olur.

Pozitif Yüklü Cisimlerin Topraklanması

Pozitif yüklü cisim topraklandığında cisim nötr oluncaya kadar, topraktan cisme negatif yük geçişi olur.

Topraklanmanın Hayatımızdaki Uygulamaları

• Yüksek binalarda ve cami minarelerinde yıldırımdan korunmak için paratoner takılması.

• Yakıt taşıyan tankerlere yere temas eden zincir takılması.

• Akaryakıt istasyonlarında kıvılcımları önlemek için topraklama yapılması.

• Topraklı elektrik prizlerinde ucu toprağa bağlı üçüncü bir kablonun olması.

• Ameliyathanelerde zeminlerin iletken maddeler ile kaplanarak topraklanması.

• Uçak tekerlerinde iletken maddelerin bulunması.

C. ELEKTRİK ENERJİSİNİN ISI ENERJİSİNE DÖNÜŞÜMÜ

İletkenlerin elektrik enerjisinin iletimine karşı gösterdiği zorluğa direnç denir. İletken telin üzerinden elektrik akımı geçirilirken direnç nedeniyle ısı enerjisi açığa çıkar.

İletken tel üzerinde oluşan ısı enerjisini artırmak için;

1. Telden geçen akım miktarı artırılabilir.

2. Telden geçen akımın süresi artırılabilir.

3. Telin direnci artırılabilir.

Telin direnci;

1. Telin uzunluğuna(uzun telin direnci daha fazladır)

2. Telin kesit alanına(ince telin direnci daha fazladır)

3. Telin cinsine bağlı olarak değişir.(Tungsten, nikel- krom gibi metallerin direnci daha fazladır)

Fırın, elektrikli soba, tost makinesi ve su ısıtıcıları elektrik enerjisini ısı enerjisine çeviren araçlardır. Bu nedenle bu tip araçlarda yüksek dirençli teller kullanılır.

Sigorta: Devreden fazla akım geçtiğinde devrenin akımını keserek güvenliğini sağlayan devre elemanına denir. Sigorta devreye seri olarak bağlanır. Sigortanın akım değeri takıldığı elektrikli aracın akım değerinin biraz üzerinde olmalıdır. Örneğin 10 A ile çalışan bir çay makinesine 11 A’lik bir sigorta takılmalıdır. 9 A’lik bir sigorta takılırsa çay makinesi çalışmadan sigorta atar. 20 A’lik bir sigorta da çay makinesini koruyamaz. 20 A’lik akıma kadar sigorta atmayacağından aşırı ısınma sonucu çay makinesi bozulur ve yangın çıkabilir. Bu nedenle sigortanın akım değeri kullanıldığı devrenin akım değerinin biraz üzerinde olmalıdır. Sigortalar eriyen telli, manyetik ve metal çiftli sigorta olmak üzere üçe ayrılır.

a. Eriyen Telli Sigorta

Eriyen telli sigortalarda iletkenlik özelliği iyi, fakat kolay eriyen teller kullanılır. Devreden fazla akım geçtiğinde sigortanın yapısında bulunan tel ısınma sonucu erir ve devreyi keser.

b. Manyetik Sigorta

Manyetik sigortaların yapısında elektromıknatıs bulunur. Devreden fazla akım geçtiğinde elektromıknatısın çekim gücü artar ve elektromıknatıs devreyi keser.

c. Metal Çiftli Sigorta

Metal çiftli sigortaların yapısında genleşme özelliği farklı olan metaller bulunur. Devreden fazla akım geçtiğinde metallerin farklı miktarda genleşmeleri devreyi keser.

ELEKTRİK ENERJİSİNİN IŞIK ENERJİSİNE DÖNÜŞÜMÜ

• Direnci büyük olan tel üzerinden elektrik akımı geçirildiğinde tel ısınır ve akkor hâline geçerek ışık saçar.

• Ampullerde yüksek sıcaklıklara dayanaklı ince ve direnci yüksek olan tungstenden yapılan teller kullanılır.

• Filaman adı verilen bu tellerin direncini artırmak için telin uzunluğu artırılmış, kesit alanı ise azaltılmıştır. El feneri, bilgisayar ekranı ve ampul elektrik enerjisini ışık enerjisine çeviren araçlardır.

ELEKTRİK ENERJİSİNİN HAREKET ENERJİSİNE DÖNÜŞÜMÜ

Elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren araçlarda elektrik motoru bulunur. Elektrik motorlarının yapısında elektromıknatıs ve mıknatıslar bulunur. Elektromıknatıslar, üzerinden elektrik akımı geçtiğinde mıknatıs özelliği kazanan bobinlerdir. Elektrik motoruna elektrik akımı verildiğinde üzerinden akım geçen bobin elektromıknatısa dönüşür ve diğer mıknatısla etkileşir. Mıknatıslar bobine itme ve çekme kuvveti uygular. Bobinin hareketi ile elektrik enerjisinden hareket enerjisi elde edilir. Elektrik motorları; çamaşır makinesi, vantilatör, matkap ve mikser gibi araçların yapısında bulunur.

HAREKET ENERJİSİNİN ELEKTRİK ENERJİSİNE DÖNÜŞÜMÜ

Bobin içerisinde mıknatısın hareketi ile elektrik akımı elde edilir. Bu şekilde elektrik akımının elde edildiği araçlara jeneratörler, dinamolar ve güç santralleri örnek olarak verilebilir.

Hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren araçlarda, daha fazla elektrik enerjisi elde etmek için;

• Bobindeki sarım sayısı.

• Mıknatısların gücü.

• Mıknatısın hareket hızı artırılabilir.

Elektrik enerjisi elde etmede kullanılan santrallere güç santralleri denir. Elektrik enerjisi üretmek etmek için kullanılan yöntemlerde, hareket enerjisi farklı kaynaklardan sağlanabilir.

1. Rüzgâr Santralleri

Rüzgârın etkisiyle türbinler döndürülür ve elektrik enerjisi elde edilir.

2. Hidroelektrik Santraller

Barajlarda biriken suyun çekim potansiyel enerjisi vardır. Potansiyel enerjiye sahip su, belli bir yükseklikten düşerken kinetik enerjiye dönüşür. Suyun hareketi türbinleri döndürür ve elektrik enerjisi elde edilir.

3. Termik Santraller

Kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtların yanması sonucu elde edilen enerjiyle su ısıtılır ve buharlaştırılır. Elde edilen yüksek basınçlı buhar ile türbinler döndürülür ve elektrik enerjisi elde edilir.

4. Jeotermal Santraller

Yerin altından çıkan sıcak suyun buharının oluşturduğu basınç türbinleri döndürür ve elektrik enerjisi elde edilir.

5. Nükleer Santraller

Uranyum, plütonyum gibi elementlerin çekirdeklerinin parçalanması sonucu elde edilen enerji ile su ısıtılır ve buharlaştırılır. Elde edilen yüksek basınçlı buhar ile türbinler döndürülür ve elektrik enerjisi elde edilir.

HAREKET ENERJİSİNİN ELEKTRİK ENERJİSİNE DÖNÜŞÜMÜ

Elektrik enerjisini tasarruflu ve bilinçli kullanmak için aşağıda sıralanan önlemleri alabiliriz.

• Enerji verimi yüksek elektrikli araçlar kullanılmalıdır.

• Akkor ampullerin yerine LED lambaları kullanılmalıdır.

• Buzdolabının kapağı gereksiz yere açık tutulmamalıdır.

• Boşa yanan lambalar kapatılmalıdır.

• Kullanılmayan elektrikli araçların fişi çekilmelidir.

• Yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmalıdır.

• Çamaşır makinesi tam dolmadan çalıştırılmamalıdır.

Kaçak Elektrik: Elektrik tüketiminin doğru tespit edilmesini engelleyecek uygulamalar yapılmasına denir. Enerjide tasarruf sağlamanın yollarından biri de kaçak elektrik kullanımının önlenmesidir. Kaçak elektrik kullanımı ülke ekonomisine büyük zararlar vermektedir.