Akım nedir? Elektrik akımı nasıl ölçülür?

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.

Akım nedir: elektron akımı iletkenlerde elektrik akımını sağlar

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.

Geleneksel (konvansiyonel) olarak akım yönü elektronların hareketinin zıt yönünde

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.

İletkenlerde akım: Elektrik akımını sağlayan elektronların yolları zigzag çizer

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.

Ampulün filamanındaki elektronlar tüm devredeki elektronlarla aynı anda hareket ederek elektrik akımı oluşturur

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.

Akım elektrolizde net yük hareketinin toplamının zamana oranıdır

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).

Akım nasıl ölçülür: ampermetre analog

Yukarıdaki resimde akım ölçer analog ampermetre gösteriliyor, 1 amperden 5 ampere kadar doğru akımı ölçebiliyor.

Elektrik akımı nasıl ölçülür: analog miliampermetre

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.

Kaynaklar

5 Yorum
  1. Yusuf 12 ay önce

    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?

    • Yazar
      admin 12 ay önce

      Çok teşekkür ederim Yusuf. Düzelttim. Dikkatin harika.

  2. Furkan 10 ay önce

    Akımı türetilmiş büyüklük olarak almışsınız ilk cümlelerde bir yazım hatası oldu herhalde:))

    • Yazar
      Fizik Dersi 10 ay önce

      Aynen hemen düzeltelim.

  3. zehra 1 ay önce

    siteniz çok güzelmiş yardımcı oluyor baya çok teşekürler sayenizde fizik daha iyi olucak inşallah 🙂

Bir Cevap Bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

©2018 fizikdersi.gen.tr - Her hakkı saklıdır içerik izinsiz kullanılamaz

Kullanıcı Bilgileriniz İle Oturum Açın

Bilgilerinizi Unuttunuzmu?