Ohm Kanunu ve Basit Elektrik Devresi

Elektrik, yüklü parçacıkların hareketidir. Elektron veya iyonlardan oluşan bu parçacıkların hareket etmesi ile ‘elektrik akımı’ olur. Bizim evlerimizde, şehir elektriğinde cihazlarda kullandığımız elektrik akımı elektronların hareketini kullanır. Bilindiği gibi elektrik yükleri pozitif (artı) ve negatif (eksi) yüklerden oluşur. Elektronlar negatif yüklüdür. Negatif yüklü alandan pozitif yüklü alana iletkenler üzerinden hareket ederler ve elektrik akımını oluştururlar. Bu akış bizim iş yapmamızı sağlar. Pilin negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru elektron akışı gerçekleştirilir ve arya konan bir lamba, motor veya elektrikle çalışan başka bir cihaz bağlanarak çalışması sağlanır. Ancak elektriğin yönü biraz ‘karmaşık’ nedenlerden dolayı pozitiften negatife (artıdan eksiye) doğru kabul edilmiştir. Elektrik devre şemalarında akım yönü bu şekildedir. Ayrıntılı bilgiler için https://tr.wikipedia.org/wiki/Elektrik_akımı adresi incelenebilir.

Burada elektrik devresinin bizim için anlamı daha önemlidir. Basit elektrik devresi, bir güç kaynağı (batarya ya da pil), bir yük (iş yapacak olan bir parça ve elektriği bu ikisi arasında taşıyacak olan iletkenlerdir. Son olarak elektrik devresini açıp kapayacak olan ‘anahtarı’ da unutmamak gerekir. Basit elektrik devresi için aşağıdaki görselleri inceleyelim:

Devrenin çalışmasını birlikte inceleyelim. Pilin eksi ucundaki elektronlar, doğaları gereği, pozitif olana gitmek istemektedirler. Bunu ise ancak pilin artısı ile eksisi arasına iletkenlerden oluşan bir yol kurulursa yapabilirler. Bu yolun üzerine onların bu hareketlerini ve tabi ki enerjilerini ihtiyacımız olan bir devre elemanı koyarsak, bu devre elemanının içinden geçip yollarına devam edeceklerdir. Bu esnada bizim koyduğumuz parça mesela bir lambaysa bu lamba parlamaya başlayacaktır. Eğer bir motorsa dönmeye başlayacaktır. Elektronlar bu hat üzerinde aktığı sürece bizim işimizi görmeye devam edecektir. Bu akışı dilediğimiz gibi kontrol etmek için bir ‘anahtar’ kullanmaktayız. Anahtar bağlantıyı kestiğinde elektrik yükleri yollarına devam edemezler, akış durur, lamba söner. Anahtar bağlantıyı tekrar sağladığında akış yeniden başlar ve lambamız yanmaya devam eder.

Elektrik devresini ve elektrik akımını su tesisatına benzetirler. Suyun borularda akışı gibi elektriğin de iletkenlerde akışı bir birine benzer. Aşağıdaki görselde bir elektrik devresi su tesisatı biçiminde gösterilmiştir:

Su tesisatı MakeBlock animasyonu için tıklayınız…

Basit elektrik devresi MakeBlock animasyonu için tıklayınız…

Su deposu bizim pilimizi simgelemektedir. Suyun kendisi elektrik yükleri, yani elektronlar. Depomuz iki bölümden oluşmakta, üstteki su ile dolu bölüm. Alttaki de boş olan kısım. Su boruları bizim devremizdeki iletken kablolar olarak düşünülebilir. Üstteki deponun vanası açıldığında yerçekiminden dolayı su aşağıdaki depoya doğru akmak isteyecektir. Bu bizim için bir enerji ve güç oluşturur. Borudan akan suya bir su çarkı bağlarsak, akan su çarkı döndürür ve bir iş için kullanılacak hareketi oluşturur. Elektrik devremizdeki motor, lamba veya farklı cihazları temsil eden de bu su çarkıdır. Buna ‘yük’ denir. Devrenin yükü Elektrik enerjisini başka bir enerji türüne veya işe dönüştüren her türlü cihaz veya devre parçasıdır. Bizim elektrik enerjisinden faydalanmamızı sağlar.

Gelelim bu işin matematiğine…

Pilde depolanan yüklerin artısı ve eksisi arasındaki farka potansiyel fark, yani gerilim denir. Volt (V) ile ölçülür. İletkenlerden akan yük miktarına akım denir. Amper (A) ile ölçülür. Yükün akışa karşı gösterdiği zorluğa direnç denir. Ohm (Ω) ile ölçülür. Sembol olarak gösterimi ise ‘R’dir. Bunlar arasındaki matematiksel bağlantıya da ‘Ohm Kanunu’ denir. Aşağıdaki formül bize bu ilişkiyi göstermektedir.