Gerilim, Akım, Direnç ve Ohm Yasası: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu Eğitimde ele alınan

Elektrik yükünün voltaj, akım ve dirençle ilişkisi.

Gerilim, akım ve direnç nedir?

Ohm Yasası nedir ve elektriği anlamak için nasıl kullanılır.

Bu kavramları göstermek için basit bir deney.

Adım 1: Elektrik Yükü

Elektrik yükü, bir elektromanyetik alana yerleştirildiğinde bir kuvvete maruz kalmasına neden olan maddenin fiziksel özelliğidir. İki tür elektrik yükü vardır: pozitif ve negatif (genellikle sırasıyla protonlar ve elektronlar tarafından taşınır). Yükler iter ve aksine çeker. Net yükün olmaması nötr olarak adlandırılır. Bir nesne, fazla elektrona sahipse negatif yüklüdür ve aksi takdirde pozitif yüklü veya yüksüzdür. SI'dan türetilen elektrik yükü birimi coulomb'dur (C). Elektrik mühendisliğinde amper-saat (Ah) kullanmak da yaygındır; kimyada, temel yükün (e) bir birim olarak kullanılması yaygındır. Q sembolü genellikle yükü gösterir. Yüklü maddelerin nasıl etkileştiğine dair erken bilgi artık klasik elektrodinamik olarak adlandırılıyor ve kuantum etkilerinin dikkate alınmasını gerektirmeyen problemler için hala doğru.

Elektrik yükü, bazı atom altı parçacıkların elektromanyetik etkileşimlerini belirleyen temel korunmuş bir özelliğidir. Elektrik yüklü madde elektromanyetik alanlardan etkilenir veya üretir. Hareket eden bir yük ile bir elektromanyetik alan arasındaki etkileşim, dört temel kuvvetten biri olan elektromanyetik kuvvetin kaynağıdır (Ayrıca bakınız: manyetik alan).

Yirminci yüzyıl deneyleri, elektrik yükünün nicelleştiğini gösterdi; yani, temel yük olarak adlandırılan, e, yaklaşık olarak 1.602×10−19 coulomb'a eşit olan bireysel küçük birimlerin tamsayı katları halinde gelir (1/3e'nin tam sayı katları olan yüklere sahip kuark adı verilen parçacıklar hariç). Proton +e yüküne sahiptir ve elektronun yükü -e'dir. Yüklü parçacıkların ve bunların etkileşimlerinin fotonlar tarafından nasıl aracılık edildiğinin incelenmesine kuantum elektrodinamiği denir.

Adım 2: Gerilim：

Voltaj, elektrik potansiyeli farkı, elektrik basıncı veya elektrik gerilimi (resmi olarak ∆V veya ∆U olarak belirtilir, ancak örneğin Ohm veya Kirchhoff'un devre yasaları bağlamında daha sık V veya U olarak basitleştirilir), iki elektrik potansiyel enerjisi arasındaki farktır. birim elektrik yükü başına puan. İki nokta arasındaki voltaj, test yükünü iki nokta arasında hareket ettirmek için statik bir elektrik alanına karşı yük birimi başına yapılan işe eşittir. Bu, volt birimleriyle ölçülür (coulomb başına bir joule).

Gerilim, statik elektrik alanlarından, bir manyetik alandan geçen elektrik akımından, zamanla değişen manyetik alanlardan veya bu üçünün bazı kombinasyonlarından kaynaklanabilir.[1][2] Bir sistemdeki iki nokta arasındaki voltajı (veya potansiyel farkı) ölçmek için bir voltmetre kullanılabilir; Genellikle sistemin zemini gibi ortak bir referans potansiyeli noktalardan biri olarak kullanılır. Bir voltaj, bir enerji kaynağını (elektromotor kuvveti) veya kayıp, kullanılmış veya depolanmış enerjiyi (potansiyel düşüş) temsil edebilir.

Gerilim, akım ve direnci tanımlarken ortak bir benzetme bir su deposudur. Bu benzetmede, yük su miktarıyla, voltaj su basıncıyla ve akım su akışıyla temsil edilir. Yani bu benzetme için şunu unutmayın:

Su = Şarj

Basınç = Gerilim

Akış = Akım

Yerden belirli bir yükseklikte bir su deposu düşünün. Bu tankın dibinde bir hortum var.

Bu nedenle, direnci yüksek olan tankta akım daha düşüktür.

Adım 3: Elektrik：

Elektrik, elektrik yükünün varlığı ve akışıdır. En iyi bilinen şekli, bakır teller gibi iletkenler boyunca elektron akışıdır.

Elektrik, doğal olarak oluşan (yıldırım gibi) veya üretilen (jeneratörde olduğu gibi) pozitif ve negatif formlarda gelen bir enerji şeklidir. Makinelere ve elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullandığımız bir enerji şeklidir. Yükler hareket etmediğinde elektriğe statik elektrik denir. Yükler hareket ederken, bazen 'dinamik elektrik' olarak adlandırılan bir elektrik akımıdır. Yıldırım, doğadaki en iyi bilinen ve tehlikeli elektrik türüdür, ancak bazen statik elektrik, nesnelerin birbirine yapışmasına neden olur.

Elektrik, özellikle su çevresinde tehlikeli olabilir çünkü su bir tür iletkendir. On dokuzuncu yüzyıldan beri elektrik hayatımızın her alanında kullanılmaktadır. O zamana kadar, sadece bir fırtınada görülen bir meraktı.

Bir mıknatıs metal bir tele yakın geçerse elektrik üretilebilir. Bu, bir jeneratör tarafından kullanılan yöntemdir. En büyük jeneratörler elektrik santrallerindedir. Bir kavanozdaki kimyasalları iki farklı metal çubukla birleştirerek de elektrik üretilebilir. Bu bir pilde kullanılan yöntemdir. Statik elektrik, iki malzeme arasındaki sürtünme yoluyla oluşturulur. Örneğin, bir yün şapka ve plastik bir cetvel. Onları birbirine sürtmek bir kıvılcım yaratabilir. Fotovoltaik hücrelerde olduğu gibi güneşten gelen enerji kullanılarak da elektrik üretilebilir.

Elektrik üretildiği yerden kablolarla evlere ulaşır. Elektrik lambaları, elektrikli ısıtıcılar vb. tarafından kullanılır. Çamaşır makinesi, elektrikli ocak gibi birçok ev aleti elektrik kullanır. Fabrikalarda elektrikle çalışan makineler vardır. Evlerimizde ve fabrikalarımızda elektrik ve elektrikli cihazlarla uğraşan kişilere "elektrikçi" denir.

Şimdi diyelim ki iki tankımız var, her tankta alttan bir hortum geliyor. Her tankta aynı miktarda su vardır, ancak bir tanktaki hortum diğerindeki hortumdan daha dardır.

Her iki hortumun ucunda da aynı miktarda basıncı ölçüyoruz, ancak su akmaya başladığında, daha dar hortumlu tanktaki suyun akış hızı, hortumlu tanktaki suyun akış hızından daha az olacaktır. daha geniş hortum. Elektriksel olarak, daha dar hortumdan geçen akım, daha geniş hortumdan geçen akımdan daha azdır. Her iki hortumdan da akışın aynı olmasını istiyorsak, daha dar hortum ile tanktaki su (şarj) miktarını arttırmamız gerekir.

Adım 4: Elektriksel Direnç ve İletkenlik

Hidrolik benzetmede, bir telden (veya dirençten) akan akım, bir borudan akan suya benzer ve teldeki voltaj düşüşü, suyu borudan iten basınç düşüşü gibidir. İletkenlik, belirli bir basınç için ne kadar akışın meydana geldiği ile orantılıdır ve direnç, belirli bir akışı elde etmek için ne kadar basınç gerektiği ile orantılıdır. (İletkenlik ve direnç karşılıklıdır.)

Gerilimin kendisi değil, gerilim düşüşü (yani, direncin bir tarafındaki gerilimler ile diğer tarafındaki gerilimler arasındaki fark), bir dirençten akımı iten itici gücü sağlar. Hidrolikte buna benzer: Bir borunun iki tarafı arasındaki basınç farkı, basıncın kendisi değil, içinden geçen akışı belirler. Örneğin, borunun üzerinde suyu borudan aşağı itmeye çalışan büyük bir su basıncı olabilir. Ancak borunun altında, suyu borudan yukarı itmeye çalışan eşit derecede büyük bir su basıncı olabilir. Bu basınçlar eşitse, su akmaz. (Sağdaki resimde borunun altındaki su basıncı sıfırdır.)

Bir telin, direncin veya başka bir elemanın direnci ve iletkenliği çoğunlukla iki özellik tarafından belirlenir:

• geometri (şekil) ve
• malzeme

Geometri önemlidir çünkü suyu uzun ve dar bir borudan geçirmek geniş ve kısa bir borudan daha zordur. Aynı şekilde, uzun, ince bir bakır tel, kısa, kalın bir bakır telden daha yüksek dirence (düşük iletkenliğe) sahiptir.

Malzemeler de önemlidir. Saçla dolu bir boru, suyun akışını aynı şekil ve büyüklükteki temiz bir borudan daha fazla kısıtlar. Benzer şekilde, elektronlar bir bakır telden serbestçe ve kolayca akabilirler, ancak aynı şekil ve büyüklükteki bir çelik telden o kadar kolay akamazlar ve şekli ne olursa olsun esasen kauçuk gibi bir yalıtkandan hiç akamazlar. Bakır, çelik ve kauçuk arasındaki fark, mikroskobik yapıları ve elektron konfigürasyonlarıyla ilgilidir ve özdirenç adı verilen bir özellik ile ölçülür.

Geometri ve malzemeye ek olarak, direnci ve iletkenliği etkileyen çeşitli başka faktörler de vardır.

Aynı basınçta dar bir borudan daha geniş bir borudan daha fazla hacim sığdıramayız. Bu direniştir. Dar boru, su, daha geniş boruya sahip tankla aynı basınçta olsa bile, içinden geçen su akışına "direnir".

Elektriksel olarak, bu, eşit voltajlara ve farklı dirençlere sahip iki devre ile temsil edilir. Daha yüksek dirençli devre, daha az yükün akmasına izin verir, bu da daha yüksek dirençli devrenin içinden daha az akım geçtiği anlamına gelir.

Adım 5: Ohm Yasası：

Ohm yasası, iki nokta arasındaki bir iletkenden geçen akımın, iki nokta arasındaki voltajla doğru orantılı olduğunu belirtir. Orantı sabiti, direnç tanıtıldığında, bu ilişkiyi tanımlayan olağan matematiksel denkleme ulaşılır:

burada I, amper birimlerinde iletkenden geçen akımdır, V, iletken boyunca volt birimlerinde ölçülen voltajdır ve R, ohm birimlerinde iletkenin direncidir. Daha spesifik olarak, Ohm yasası, bu ilişkideki R'nin akımdan bağımsız olarak sabit olduğunu belirtir.

Yasa, 1827'de yayınlanan bir incelemede, çeşitli uzunluklarda kablolar içeren basit elektrik devreleri aracılığıyla uygulanan voltaj ve akımın ölçümlerini tanımlayan Alman fizikçi Georg Ohm'un adını almıştır. Ohm, deneysel sonuçlarını yukarıdaki modern formdan biraz daha karmaşık bir denklemle açıkladı (bkz. Tarih).

Fizikte, Ohm yasası terimi, orijinal olarak Ohm tarafından formüle edilen yasanın çeşitli genellemelerine atıfta bulunmak için de kullanılır.