Elektrik tüm yaşamımızı çevrelemiş bir olgudur. Elektriksiz bir modern yaşam düşünülemez.
– Evimizin her yerinde elektrikli aletleri takıp çalıştırabileceğimiz prizler
– Taşınabilir cihazların enerjilerini sağladıkları bataryalar
– Bir fırtına sırasında ortaya çıkan şimşekler
– İki yalıtkan arasında oluşacak statik elektriklenme
– Güneş hücresi kullanarak güneş ışığından enerji üretimi
Hayatımızın her alanında karşımıza çıkan elektriğe ilişkin birkaç küçük örnek olarak verilebilir.

Bir elektrik prizinden alınan elektrikle birçok farklı cihazın enerji ihtiyacı karşılanabilir ve bu cihazlar elektriği yüzlerce farklı şekilde kullanılabilir :
– Elektrik motorları elektriği harekete çevirir
– Akkor flamanlı lambalar, florasan lambalar ve LED’ ler elektriği ışığa çevirir.
– Bilgisayarlar elektriği bilgiye çevirir.
– Telefon elektriği haberleşmeye çevirir.
– Televizyon elektriği görüntüye çevirir.
– Hoparlörler elektriği sese çevirir.
– Elektrik şok tabancaları elektriği acıya dönüştürür.
– Tost makinaları ve saç kurutucuları elektriği ısıya çevirir.
– Radyolar elektriği çok uzun mesafelere iletmek için elektromanyetik dalgalara çevirir.
– X-Işını makinaleri elektriği X-ışınlarına çevirir.

Elektriğin Temelleri
Elektrik en temel şekilde elektronlardan başlar. Her atom yapısında bir veya birden fazla elektron bulundurur. Elektronlar negatif yüklüdürler.

Tahta, cam, plastik, seramik, hava vb birçok malzemede elektronlar atomlara sıkıca bağlıdır. Örnek olarak verilen tüm bu malzemelerde elektronlar atomlara sıkıca yapışmıştır. Elektronlar hareket etmediği için bu malzemeler yalıtkan malzemeler olarak nitelendirilir.

Ancak birçok metal malzemede elektronlar atomlarından ayrılıp hareket edebilir. Bu elektronlara serbest elektron denir. Altın, gümüş, bakır, alüminyum, çelik vb serbest elektronlara sahip malzemelerdir. Serbest elektronlar bu malzemeler üzerinden elektriğin kolaylıkla geçmesini sağlar. Bu yüzden bu tür malzemelere iletken malzemeler denir. Hareket halindeki elektronlar elektrik enerjisini bir noktadan diğerine taşır.

Elektriğin hareket edebilmesi için iletkene ihtiyacı vardır. Ayrıca elektrik akımı oluşturacak bir dış kuvvete de ihtiyaç duyulmaktadır. Elektrik akımı oluşturmanın bir yolu generator kullanmaktır.

Jeneratorler
Jeneratörler elektronları hareket ettirmek için mıknatısları kullanır. Elektrik ve manyetizma arasında kesin bir bağ vardır. Eğer bir elektronun bir tel içindeki hareketi izlenirse elektronların tel çevresinde manyetik alan oluşturduğu görülecektir. Aynı şekilde eğer bir telin etrafında mıknatıs hareket edecek olursa manyetik alan elektronların telde hareket etmesini sağlayacaktır.

Generator manyetik alandan elektrik akımı oluşturmak için kullanılan en temel cihazdır.

Generatorleri kafamızda daha rahat canlandırabilmek için suyu itip kendinden öteye pompalayan bir su pompası olarak düşünülebilir. Ancak generatorler suyu itmek yerine mıknatısları kullanarak elektronları ötelerler.

Su pompasının suyla yapabileceği iki şey vardır :
– Bir su pompası sınırlı sayıda su moleküllerini hareket ettirebilir.
– Bir su pompası su moleküllerine sınırlı sayıda bir basınç uygulayabilir

Aynı şekilde düşünecek olursak generatorler :
– Sınırlı sayıda elektronları öteleyebilir
– Elektronlara sınırlı miktarda bir basınç uygulayabilir.

Elektrik devrelerinde hareket eden elektron miktarına elektrik akımı denir ve amper ile ölçülür. Elektronları iten basınca ise voltaj denir ve volt ile ölçülür. 1 amper fiziksel olarak 6.24 x 10^18 elektronun hareket ettiği anlamına gelir.

Elektrik Devreleri
Elektrik üretmek için batarya, güneş hücresi vb kullanıldığına bakılmaksızın ortak üç temel şey vardır :
– Elektrik kaynağı pozitif ve negatif olmak üzere iki terminale sahiptir.
– Elektrik kaynağı elektronları belirli bir voltaj değerinde negatif terminaline itmek isteyecektir. Örneğin AA pilleri elektronları 1.5 volt ile itmek ister.
– Elektronlar negatif terminalden pozitif terminale bir bakır tel veya başka bir iletkenle akmak isteyecektir. Eğer negatif ve pozitif terminaller arasında bir iletken varsa bir elektrik devresi oluşturulmuş demektir ve elektronlar tel üzerinden akabilir.
– Devrenin ortasına lamba, motor, tv vb gibi bir yük eklenebilir. Elektrik kaynağı yüke güç sağlayacak ve yükte aldığı bu güç sayesinde iş yapacaktır. Eğer yük bir motorsa dönecek, lambaysa yanacak gibi.

Elektrik devreleri karmaşık yapılarda da olabilir. Ancak en temel seviyede herzaman bir elektrik kaynağı, yük ve batarya ile yük arasında elektriği taşıyacak iki tel olması gerekmektedir. Elektronlar kaynaktan çıkar yükten geçer ve tekrar kaynağa geri döner.

Elektronların hareketi bir enerjiye sahiptir. Elektronlar bir yerden bir yere hareket ettiklerinde bir iş yapmış olurlar. Örneğin akkor flamanlı lambalarda elektron enerjisi ısı oluşumuna neden olur, oluşan ısı ışık oluşturur. Elektrik motorunda elektronlar manyetik alan oluşturur, bu manyetik alan diğer mıknatıslarla etkileşime girer ve hareketi oluşturur.

Voltaj, Akım ve Direnç
Türkiyede 220 volt şebeke gerilimi kullanılmaktadır. Örneğin bir oda ısıtıcı kullanıyorsanız ve bu ısıtıcı elektrik prizinden 10 amper akım çekiyorsa ısıtıcı 2200 wattlık bir ısıtıcıdır.
Volt x Amper = Watt

Bu elektrikli ısıtıcı bir saat çalıştırılırsa 2.2 kilowatt/saat elektrik tüketeceği anlamına gelir. Binalarımızda bulunan elektrik sayaçları bu tüketilen elektriği hesaplayarak elektrik faturalarımızın oluşmasını sağlar.

Elektrikteki en temel birimler voltaj, akım ve dirençtir. Voltajı su basıncı, akımı ise akış miktarı olarak tanımlarsa direnç ise suyun aktığı boru çapı olarak örneklenebilir. Aralarında aşağıdaki formüle göre bir bağıntı vardır.
I = V/ R

Doğru Akım ve Alternatif Akım
Batarya, güneş pili vb elektrik kaynakları doğru akım üretir. Bataryanın pozitif ve negatif terminalleri herzaman sabittir. Elektrik akımı bu iki terminal arasında herzaman aynı yönde akar.

Evlerimizde kullandığımız elektrik şebekesinde ise alternatif akım kullanılır. Alternatif akımın yönü sürekli olarak değişir. Yani pozitif ve negatif kutupları belli bir frekansa göre sürekli bir değişim halindedir. Bu değişim ülkemizde 50 Hz bir frekansla gerçekleşir.

Alternatif akım kullanmanın en önemli avantajı transformatörler kullanarak voltaj büyüklüğünü, doğru akıma göre daha kolay bir şekilde dönüştürebilmektir. Uzun mesafeli aktarımlarda voltaj değeri yükseltilerek ekonomik olarak avantaj sağlanmış olur.

Örneğin 1 milyon watt elektrik gücü üreten bir santral olsun . Elektriği iletmek için bir yol 1 milyon amper ve 1 volt ile iletmekken diğer yol 1 milyon volt ve 1 amper olarak kabul edelim. 1 amper ince bir kabloyla iletilebilir ve iletim esnasında ısı yoluyla oluşan kayıplar azalır. 1 milyon amper ise devasa bir kablo çapı gerektirir. Kablo çapı arttıkça maliyette doğru orantılı olarak artacaktır.

Bu yüzden elektrik üreticileri elektriği yüksek voltaj düşük akımda iletir ve transformatörler yardımıyla evde kullanılabilecek voltaj seviyelerine düşürürler.

Toprak
Elektrik hakkında konuşulurken topraklama her zaman duyulmuştur. Toprak iyi bir iletkendir ve elektronlar için iyi bir geri dönüş yolu oluşturur.
Elektrik dağıtım şebekesi bir çok yerde toprakla bağlantı yapar. Örneğin aşağıdaki resimde topraklama kablosu görülmektedir. Topraklama sonucu kaynağa geri dönen elektrik akımı hiçbirşeye zarar vermeden toprağa akacaktır.

Aşağıdaki resimde ise çıplak kablonun direkt olarak toprağa gittiği görülmektedir.

Her elektrik direğinde topraklama için böyle bir çıplak kablo vardır. Bu çıplak kablo yerin altında gömülü bir bobine takılı olarak durmaktadır. Bu bobin yerin 1.8- 3 metre altına gömülür ve topraklama sağlanmış olur. Aynı şekilde evlerimizde de topraklama çubukları, topraklama plakaları kullanarak gerçek topraklama işlemi yapılır.