Elektrik, akıllı telefonlar gibi küçük cihazlardan şehir elektrik şebekeleri gibi büyük sistemlere kadar her şeye güç sağlayan günlük hayatımızın temel bir parçasıdır. Mevcut elektrikten bahsettiğimizde, metal tel gibi bir iletken üzerindeki potansiyel fark veya voltaj nedeniyle elektrik yükünün akışını kastediyoruz. Bu akış elektrikli cihazlarımıza güç veren şeydir.
Mevcut elektriği anlamak için elektron adı verilen temel yük birimiyle başlıyoruz. Elektronlar bir malzeme içerisinde hareket ettiğinde bir elektrik akımı meydana gelir. Elektrik akımının akışı için geleneksel olarak kabul edilen yön, bir güç kaynağının pozitif terminalinden negatif terminaline doğru elektron hareketinin yönünün tersidir.
Belirli bir sürede bir iletkenin bir bölümünden geçen elektrik yükünün miktarı elektrik akımı olarak bilinir ve amper (A) cinsinden ölçülür. Matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir:
\(I = \frac{Q}{t}\)burada \(I\) amper cinsinden akımdır, \(Q\) coulomb cinsinden yüktür ve \(t\) yükün aktığı saniye cinsinden süredir.
Gerilim veya elektrik potansiyeli farkı, elektrik yükünü bir iletken boyunca iten itici güçtür. Volt (V) cinsinden ölçülür ve elektrik yüklerinin hareket etmesine neden olan elektrik basıncı olarak düşünülebilir.
Direnç, bir malzemenin elektrik akımının akışına sunduğu karşıtlıktır. Malzemenin özelliklerine, uzunluğuna ve kesit alanına bağlıdır. Direnç ohm cinsinden ölçülür ( \(\Omega\) ). Gerilim (V), akım (I) ve direnç (R) arasındaki ilişki Ohm Yasası ile verilir:
\(V = I \times R\)Bu denklem, iki nokta arasındaki bir iletkenden geçen akımın, iki nokta arasındaki voltajla doğru orantılı, aralarındaki dirençle ters orantılı olduğunu gösterir.
Seri devrede bileşenler uçtan uca bağlanır, dolayısıyla akımın akması için yalnızca bir yol vardır. Devrenin herhangi bir parçası bozulursa tüm devrenin çalışması durur. Bir seri devrenin toplam direnci, bireysel dirençlerin toplamıdır:
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)Paralel devrede bileşenler ortak noktalara veya bağlantı noktalarına bağlanarak akımın akması için birden fazla yol sağlanır. Paralel devredeki her bir bileşendeki voltaj aynıdır. Paralel bir devrede toplam direncin tersi, her direncin tersinin toplamına eşittir:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)Bir elektrik devresinin gücü , elektrik enerjisinin bir elektrik devresi tarafından aktarılma hızıdır. SI güç birimi watt'tır (W). Güç aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
\(P = V \times I\)Bu formül, gücün (watt cinsinden) voltajın (volt cinsinden) ve akımın (amper cinsinden) ürünü olduğunu gösterir.
Elektrik yükünün kolay akışını sağlayan maddelere iletken denir. Bakır ve alüminyum gibi metallerin çoğu iyi iletkenlerdir ve elektrik kablolarında yaygın olarak kullanılırlar. Yalıtkanlar ise elektrik yükünün serbestçe akmasına izin vermeyen malzemelerdir. Örnekler kauçuk, cam ve plastiktir. Bu malzemeler, istenmeyen elektrik akışını önlemek ve güvenliği sağlamak için iletkenleri kaplamak veya çevrelemek için kullanılır.
Basit bir elektrik devresi mevcut elektriğin ilkelerini gösterebilir. Hepsi seri bağlı bir pil, bir direnç ve bir ampulden oluşan bir devre düşünün. Devre kapatıldığında pil, elektronları devre boyunca iten bir voltaj oluşturur. Direnç elektron akışını sınırlayarak akımı kontrol eder. Ampul, elektrik enerjisini ışığa dönüştürerek elektrik gücünün kullanımını gösterir.
Ohm Yasasını deneysel olarak doğrulamak için değişken güç kaynağına, akımı ölçmek için bir ampermetreye ve bir direnç üzerindeki voltajı ölçmek için bir voltmetreye sahip bir devre kurulabilir. Gerilimi değiştirerek ve karşılık gelen akımı kaydederek, direnç üzerindeki voltajın içinden akan akımla doğru orantılı olduğu, Ohm Yasasına uygun olarak bulunur.
Güncel elektrik, elektrik akımı, voltaj, direnç, devreler ve elektrik gücü gibi birçok temel kavramı kapsayan geniş bir alandır. Bu kavramların anlaşılması, elektrikli cihazların nasıl çalıştığını kavramak ve elektriğin güvenli ve etkili kullanımı açısından önemlidir. Ohm Yasası gibi ilkeleri uygulayarak ve seri ve paralel devrelerin davranışını anlayarak, çeşitli ortamlarda elektrik akışı tahmin edilebilir ve kontrol edilebilir.
