Akım ya da elektrik akımı denince aklınıza ne geliyor? Elektrikle çalışan hemen her şey dediyseniz haklısınız. Elektrik akımının ne kadar önemli bir keşif olduğunu yokluğunda anlarız. Elektrik akımı keşfedilmemiş olsaydı ne cep telefonunuz, ne bilgisayarınız, ne aydınlatmanız, ne de çamaşır makineniz olurdu. Medeniyetimizin elektrik akımının üstüne kurulu desek abartmış olmayız. Bu yazıda akım nedir sorusuna cevap arayacağız ve elektrik akımının nasıl ölçüldüğünü öğreneceğiz.
Daha önce hareket etmeyen elektrik yüklerini elektrostatik konusunda araştırdık. Şimdi elektrik yüklerinin hareket ettiği durumdaki elektriği inceleyeceğiz. Akım elektrik yüklerinin net hareketidir, bir noktadan birim zamanda geçen net yük miktarına akım veya elektrik akımı denir. Net kelimesini vurgulamamızın nedeni, bir noktadan eğer sağ tarafa ve sol tarafa üç tane eksi yük geçiyorsa, net yük geçişi sıfır olur. Akım fiziksel, temel ve skaler bir büyüklüktür, yani ölçülebilir. Elektrik akımı I (i de olabilir) simgesiyle gösterilir ve birimi A (amper)‘dir. 1 amper = 1 A = 1 C/s (Coulumb bölü saniye) ‘dir. Elektrik akımının formülü (aslında tanımı) şöyledir:
I ≡ Δq / Δt
Δq akan elektrik yükünün miktarını, Δt zaman aralığını gösterir.
Amper biriminin adı, 18. yüzyılın başlarında elektrik ve manyetizma alanında önemli katkılar yapan Fransız bilim insanı André Marie Ampère’i onurlandırmak için verilmiştir. Evlerimizdeki elektrik akımı genellikle 1 A civarındadır. Örneğin, 100 wattlık bir ampulden 0,85 A akım geçer, yani bir saniyede ampulun üstünden 0,85 C yük akar. Bilgisayar ve cep telefonlarında ise çok daha küçük miktarda (miliamper yani 10-3 A civarında) elektrik akımı söz konusudur.
İletkenlerde elektrik akımı (akım)
Akımın belli bir zamanda bir noktadan geçen yük miktarı olduğunu söylemiştik. Yük bir parçacığın özelliğidir, kendi başına varlığından söz edemeyiz. Bu yüzden yükün hareket etmesi aslında yüklü parçacıkların hareket etmesi anlamına gelir. İletkenlerde dış elektronların iletkenin tamamında rahatça hareket edebildiklerini öğrenmiştik. İşte bu nedenle iletkenlerde elektrik akımına neden olan parçacıklar (yani yük taşıyıcıları) elektronlardır.
Yukarıdaki resimde bir bakır telden geçen elektrik akımı modelleniyor. Telin içindeki serbest elektronlar aynı anda soldan sağa doğru hareket ediyorlar. Bir elektronun telin başından sonuna kadar kolkola gittiğini düşünebilirsiniz, ama işin aslı öyle değil. Yani akım için bir elektronun başından sonuna kadar teli katetmesi gerekmiyor. Her elektron biraz sağa kayınca tüm telde aynı anda elektrik akımı oluşuyor. Teldeki tüm elektronlar hareket ediyor. Elektronların hareket etmesini sağlayan telin içinde elektrik alan oluşması. Daha önce elektrostatik dengedeki iletkenlerde iletkenin içinde elektrik alanın sıfır olduğunu öğrenmiştik. Ama bu durumda elektrostatik denge sözkonusu değil, telin uçları arasındaki potansiyel fark telin içinde sıfırdan farklı bir elektrik alan oluşmasına neden oluyor. Ayrıca pil devreye elektron pompalamıyor, elektronlar zaten iletken telin her yerinde var. Sadece onların hareket etmesi için gerekli enerjiyi sağlıyor.
Akımın yönü
Bilim insanları elektrik akımını elektronun keşfinden çok önce araştırmaya başladıkları için, akımın yönünü iletkenin içindeki elektrik alanın yönü olarak seçmişler. Elektrik alanda test yüklerinin artı yük olarak seçildiğini hatırlarsanız, bu artı yüklerin hareket yönü anlamına geliyor. Bu yöne geleneksel (konvansiyonel) akım yönü denir. Elektronların hareket yönü, geleneksel akım yönünün zıttıdır.
Yukarıdaki resimde ise aynı telin üstündeki akım bu kez geleneksel akım yönü olarak gösteriliyor. Akımın yönü bu kez sağdan sola doğru, yani elektronların hareketinin zıt yönünde. Bu yön eğer artı yüklü parçacıklar yük taşıyıcılar olsaydı, onların hareket yönünü gösterirdi.
Elektronların sürüklenme sürati
İletkenlerde elektrik akımını elektronlar taşıdığına göre, bir elektronun çok hızlı hareket ediyor olmasını beklebilirsiniz. Ama işin aslı, elektronların sürüklenme sürati oldukça yavaştır, 0,1 mm/s civarındadır. Bunun nedeni serbest elektronların çok sık (her 10-14 saniyede bir) iletkendeki iyonlarla çarpışmasıdır. Bu çarpışmalar serbest elektronların zig zag şeklinde bir hareket yapmasına neden olur.
Yukarıdaki resimde bir elektronun bir iletken telin içinde hareketi gösteriliyor (gerçek değil bu bir temsil). Elektronun nasıl rastgele zigzaglar çizdiğine dikkat edin. Peki elektronlar bu kadar yavaş hareket ediyorsa, nasıl oluyor da biz düğmeye basar basmaz odamızdaki lamba yanıyor? Nasıl oluyor da elektrik akımı bu kadar hızlı iletilebiliyor? Çünkü tüm elektronlar aynı anda hareket ediyorlar. Elektrik alan aynı anda telin ve ampulün filamanının üstündeki tüm serbest elektronlara elektriksel kuvvet uyguluyor ve onların hareket etmesini sağlıyor. Elektrik akımının oluşması için teldeki elektronların ampulün filamanına ulaşması gerekmiyor, ampuldeki elektronlar hareket ettikleri için anında orada da akım oluşuyor. Aşağıdaki resim bu durumu gösteriyor.
Sıvılarda, gazlarda ve plazmalarda elektrik akımı (akım)
Sıvılar eğer içlerinde çözülmüş iyon yoksa elektrik akımını iletmezler (erimiş metallerden bahsetmiyoruz). Örneğin saf su elektrik akımını ietmez. Ama suyun içine tuz atarsanız, çözünür ve sodyum (Na+) ve klor (Cl–) iyonlarına ayrışır. Bu iyonlar çözeltinin (yani sıvının) yük taşıyıcıları haline gelirler. İyonlar artı ya da eksi yüklü olabilirler. Sıvılarda da akımın yönünü geleneksel akım yönü olarak alırız.
Normal şartlarda (1 atmosfer basınçta yani açık hava basıncında) hava ve diğer gazlar yalıtkandır, çünkü elektrik akımını iletecek serbest elektronları ya da iyonları yoktur. Ama morötesi ışınlar ve yüksek elektrik alan gaz moleküllerini iyonlaştırabilir, bu durumda yük taşıyıcıları iyonlar olur.
Eğer gaz iyonlaşıp plazma haline dönüşürse elektrik akımını iletir. Plazmalarda yük taşıyıcıları hem elektronlar hem de iyonlardır. Ama elektronların kütlesi iyonlardan daha az olduğu için daha çabuk ivmelenirler. Bu nedenle plazmalarda akımın çoğunu elektronlar taşır.
Boşlukta madde olmadığı için, serbest elektron veya iyon da yoktur, bu nedenle mükemmel bir yalıtkandır, elektrik akımını iletmez.
Elektroliz olayında akım nasıldır?
Eğer içinde çözünmüş iyonlar varsa bir sıvının elektriği ilettiğini söylemiştik, böyle sıvılara elektrolit denir. Bu sıvının içine iki metal çubuk batırıp bir pile bağlarsanız, iyonlar sıvının içinde hareket eder. Artı yüklü iyonlar pilin eksi ucunun bağlandığı çubuğa (yani katot), eksi yüklü iyonlar pilin artı ucunun bulunduğu çubuğa (yani anot) doğru hareket eder. Akımın değeri bir noktadan geçen artı yüklü iyonlarla eksi yüklü iyonların toplamının geçen zamana bölünmesiyle bulunur.
Örneğin, yukarıdaki resimde sola doğru hareket eden 2q artı yük, sağa doğru hareket eden 3q eksi yük var. Toplam yük 5 q, dolayısıyla eğer bir saniyede bu kadar yük geçiyorsa akım 5q/s olur. Akımın yönü artı yüklerin hareket yönüdür, yani bu durumda sağdan sola doğru. (Teşekkürler Yusuf.)
Elektrik akımı nasıl ölçülür?
Akım ampermetre denilen bir cihazla ölçülür. Ampermetre elektrik akımı 1 A ve üstü değerleri ölçmekte kullanılır. Daha küçük akım şiddetlerini ölçmek için miliampermetre (mA = 10-3 A) mikroampermetre (µA = 10-6 A) adı verilen cihazlar kullanılır. Normal ampermetreler elektrik devrelerine seri olarak bağlanır. Analog ve dijital (elektronik) ampermetreler olduğu gibi devreye bağlanması gerekmeyen temassız ampermetreler de vardır. Multimetre denilen cihazlarla da akım ölçülebilir, zaten multimetre çoklu ölçer demektir (akım, voltaj, direnç ve sığa gibi değerleri ölçebilir).
Yukarıdaki resimde akım ölçer analog ampermetre gösteriliyor, 1 amperden 5 ampere kadar doğru akımı ölçebiliyor.
Yukarıdaki resimde ise bir miliampermetre göstriliyor, bu da analog. Hem eksi hem artı değerleri okuyabildiğine dikkat edin. Ölçüm aralığı -30 mA ile +30 mA arasında.
Elektrik akımı ile ilgili simülasyon
Devre Yapım Seti: Doğru Akım (DC) PHET simülasyonunun Türkçe versiyonunu kullanarak elektrik akımını keşfedebilirsiniz.
Elektrik akımı ile ilgili kazanımlar
2017 – 10.1.1.1. Elektrik akımı, direnç ve potansiyel farkı kavramlarını açıklar.
- Elektrik yükünün hareketi üzerinden elektrik akımı kavramının açıklanması sağlanır.
- Katı, sıvı, gaz ve plazmalarda elektrik iletimine değinilir.
Merhabalar. “elektroliz olayında akım”, başlığında, şu cümleden bir sorun var mı acaba?
Örneğin, yukarıdaki resimde sola doğru hareket eden 2q artı yük, sağa doğru hareket eden 3q eksi yük var. Toplam yük 5 q, dolayısıyla eğer bir saniyede bu kadar yük geçiyorsa akım 5q/s olur. “Akımın yönü artı yüklerin hareket yönüdür, yani bu durumda soldan sağa doğru”
Sağdan sola olması gerekmiyor mu?
Çok teşekkür ederim Yusuf. Düzelttim. Dikkatin harika.
sağa doğru olur ağırlı sağdadır 😀
ben de oraya takıldım
Akımı türetilmiş büyüklük olarak almışsınız ilk cümlelerde bir yazım hatası oldu herhalde:))
Aynen hemen düzeltelim.
siteniz çok güzelmiş yardımcı oluyor baya çok teşekürler sayenizde fizik daha iyi olucak inşallah ?
Güzel anlatım. Keşke kitap haline getirseniz.
İyi geceler. “Akım elektrik yüklerinin net hareketidir.” Şeklinde bir ifade var. Ben birkaç farklı yerde “Akım bir noktadan birim zamanda geçen TOPLAM yük miktarıdır” şeklinde ifade edildiğini gördüm. Kafam karıştı. Şöyle bir soru sorayım bir pili tuzlu su çözeltisine bağladığımızda pil de ki yükler sodyum(+) ve klor(-) atomları ile taşınıp bir akım oluşacak. Sizin tanımınıza göre her iki kutba eşit miktarda bir taşıma hareketi gözlendiğinde akım yok mu demeliyiz ??? Bunu ben kendimce yorumlamak istiyorum. Sizin tanıma göre cevap evet akım yok akımın bir yöne ihtiyacı var. O zaman pozitif yükler pasif hareket eder negatif yükler aktif hareket eder ve pozitif yöne doğru olan elektron akımı her zaman daha fazla olmak zorundadır diyebiliriz. Böylelikle akımın tanımı katılar da sadece negatif yüklerin birim zamanda ki geçiş miktarına da uygun olmuş oluyor. Yanlış mı düşünüyorum ???
Çözeltide hem pozitif hem de negatif yükler hareket ediyor. Akım hesaplanırken ikisi de toplanır.
Toprağa basmayip, iletken tel yada iletken yastık kılıfı kullanırsak , sadece statik elektrigimizi mi toprağa veririz? Yoksa topraktaki negatif iyonları da vücudumuza alır mıyız?
Sadece statik elektriğimizi toprağa veririz.
(Aradan 1 sene geçmesini görmezden gelelim. )
?
bence konularınızı daha kısa ve daha öğretici bir şekilde anlata bilirsiniz.
Ben çok beğendim çok iyi anlatılmış ama keşke biraz daha kısa olsaydı yazmaktan ellerim koptu
Çok teşekkür ediyorum
Genelde hocalar bildikleri için fark etmiyorlar konu anlatırken ama yeni konuya geçince ben de soyut kalıyor(tam ifade edemiyorum ama bu konu ne, neyi inceliyoruz cevabını alamıyorum). 12. Sınıfım sizden başka bu kadar güzel kaliteli anlatan fizik öğretmenine rastlamadım çok güzel açıklıyorsunuz ne kadar teşekkür etsem az
Mükemmel konu anlatımı
Yks kitabı çıkarsanız(veya normal fizik yasalarini aciklayan kitap) kesinlikle alırdım. Gerçekten çok başarılısınız bu konuda mutlaka bu anlatım yeteneğinizi iyi yönde kullanın derim:))