Elektrik ve Manyetizma (TYT Fizik / 9.Sınıf Fizik)

Negatif yüklerin titreşim hareketi sonucunda yükler arasında gerçekleşen elektrik enerjisi aktarımına elektrik akımı denir.

Elektrik akımı, yüklerin (elektronların) akışı anlamına gelmez. Elektrik akımı, iletken bir teldeki yüklerin titreşim hareketi sonucunda oluşur. Bir iletkenden t sürede geçen yük miktarına akım şiddeti adı verilir ve I sembolü ile gösterilir.

Akım şiddeti,

I = q/ t bağıntısıyla hesaplanır.

Bu bağıntıda;
I: Amper (A) olarak akım şiddetini,
q: Coulomb (C) olarak yük miktarını,
t: Saniye (s) olarak zamanı ifade eder.

Potansiyel Farkı

Bir iletkende elektrik akımını oluşturmak için gerekli enerjiyi sağlayan enerji kaynaklarına üreteç adı verilir. Üretecin iletken telin iki ucu arasındaki elektronlar üzerine uyguladığı kuvvet ile elektronların enerjilerinde meydana gelen enerji farkına potansiyel fark denir. Potansiyel fark V sembolü ile gösterilir ve SI’da birimi Volt (V)’tur.

Potansiyel farkı devreye paralel bağlanan voltmetre denilen araçla ölçülür. Voltmetrenin direnci çok büyüktür.

Direnç

Elektrik yükünü kolay ileten maddelere iletken madde denir. Demir, bakır, alüminyum gibi maddeler iletkendir. Elektrik yükünü kolay iletmeyen maddelere yalıtkan madde denir. Plastik, cam, ebonit, saf su, kuru hava gibi maddeler yalıtkandır.
Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir ve R ile gösterilir. Direnç birimi ohm (Q) dur.

Bir iletkenin direnci;

R= p. L / A

bağıntısı ile hesaplanır.

Elektrik Devreleri

Akım, Direnç Ve Potansiyel Farkı Arasındaki İlişki

Elektrik enerjisinin, elektrik akımı ile taşındığı, farklı devre elemanlarının bağlı olduğu iletken yola elektrik devresi denir. Basit bir elektrik devresinde, pil, anahtar, lamba gibi devre elemanları bulunur. Üretecin yanı sıra, elektrik enerjisinin harcandığı, lamba gibi devre elemanlarının dirençleri devredeki elektrik akım şiddetini belirler. Bir devredeki akım, potansiyel farkı ve direnç arasındaki ilişki Ohm Yasası olarak bilinir ve aşağıdaki gibi ifade edilir

Ohm Yasası: Sıcaklığı sabit olmak koşuluyla, bir iletkenin uçları arasındaki gerilimin, bu iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. Bu sabit oran o iletkenin direncine eşittir. Ohm Yasası’na göre bir iletkenin direnci;

V / I = sabit = R olarak yazılır.

Seri ve Paralel Bağlı Devreler

Bir elektrik devresinde, devre elemanları, istenilen amaca uygun olarak farklı şekillerde bağlanabilir. Bağlama şekillerine göre devrede ölçülen gerilim, akım ve direnç değerleri değişebilir.

Bir elektrik devresinde doğrudan üretece bağlı olan kola ana kol denir.
Birden fazla direncin bağlı olduğu bir elektrik devresinde, dirençlerin toplam etkisine eş değer direnç denir ve Reş şeklinde gösterilir.

Seri bağlama: İki ya da daha fazla direncin uç uca bağlanmasıdır. Bu tür bağlanma şeklinde dirençler
üzerinden aynı akım geçer. Dirençlerin uçları arasındaki potansiyel farklarının toplamı üretecin potansiyel farkına eşittir. Seri bağlı dirençlerin eş değeri dirençlerin toplamına eşittir.

Paralel bağlama: İki ya da daha fazla direnci birbirine paralel yerleştirilip uçlarını birleştirerek bir üretece bağlanmasıdır. Bu tür bağlamada dirençlerin uçları arasında oluşan gerilim eşittir. Dirençler üzerinden geçen akım şiddetinin toplamı ana koldan
geçen akım şiddetine eşittir. Paralel bağlı dirençlerin eş değerinin tersi dirençlerin tersleri toplamına eşittir.

Manyetizma

Mıknatıs ve Manyetik Alan

Mıknatıs Nedir?

Demir, nikel, kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösteren maddelere mıknatıs denir. Mıknatısın en fazla çekme etkisini gösterdiği uç bölgelerine mıknatısın kutbu adı verilir. Bir mıknatısın kuzey (N) ve güney (S) olmak üzere iki kutbu vardır.

Manyetik Alan Nedir?

Basit bir şekilde söylemek gerekirse, manyetik alan, mıknatısı çevreleyen bir bölgedir. Mıknatıslar, demiri çeken bir özelliğe sahip magnetit (ya da mıknatıstaşı) denilen madenden yapılmıştır. Bilim insanları, manyetik alanları açıklamak için manyetik alan çizgilerini kullanır.

Mıknatıstan etkilenebilen maddeler manyetik alan içinde bulunduklarında, manyetik kuvvetin etkisinde kalır. Manyetik kuvvet, yer çekimi kuvveti gibi temas gerektirmeyen bir kuvvettir.

Mıknatısın Manyetik Alanı

Bir mıknatısın yakınında tutulan bir pusulanın iğnesi sapar. Pusula, mıknatıs çevresinde farklı konumlarda gezdirildiğinde, pusula iğnesi buna göre sürekli yön değiştirir. Pusula iğnesinin bu etkileşimi manyetik alan nedeniyledir.

Pusula iğnesine benzer bir etki demir tozları ile mıknatıs arasında da gözlenir.Mıknatısın manyetik alanındaki demir tozları çizgiler oluşturur. Manyetik alan görsel olarak modellenirken, demir tozlarının oluşturduğu gibi çizgiler kullanılır.
Manyetik alanın gösterilmesi için kullanılan hayali çizgilere manyetik alan çizgileri ya da manyetik alan kuvvet çizgileri denir.

Bir bölgedeki alan manyetik alan çizgileri ile ifade edilir. Manyetik alan çizgilerinin sık olması o bölgedeki manyetik alan şiddetinin büyük, seyrek olması ise alan şiddetinin küçük olduğunu gösterir. Manyetik alan kuvvet çizgileri alan kaynağının özelliğine göre birbirine paralel olabilir. Bu tür manyetik alana düzgün manyetik alan denir. Manyetik alan çizgilerinin sıklık ve seyrekliği mıknatısın bulunduğu ortama göre değişir.

Maddeler manyetik geçirgenliklerine göre üç gruba ayrılır.

Diyamanyetik Maddeler
– Zayıf manyetik özellik gösteren maddelerdir.
– Bağıl manyetik geçirgenlik katsayıları 1’den biraz küçüktür.
– Manyetik alan içine konulduğunda alan çizgilerini seyreltirler.
– Bakır, gümüş, bizmut, azot ve karbon bazı diyamanyetik maddelerdir.

Paramanyetik Maddeler
– Manyetik alan içine konulduğunda zayıf olarak mıknatıslanan maddelerdir.
– Bağıl manyetik geçirgenlik katsayıları 1’den biraz büyüktür.
– Manyetik alan içine konulduğunda alan çizgilerini biraz sıklaştırırlar.
– Alüminyum, magnezyum, oksijen ve hava bazı paramanyetik maddelerdir.

Ferromanyetik Maddeler
– Manyetik alan içine konulduğunda kuvvetli olarak mıknatıslanan maddelerdir.
– Manyetik alan çizgilerini paramanyetik maddelere göre daha fazla sıklaştırırlar.
– Bağıl manyetik geçirgenlik katsayıları 1’den çok büyüktür.
– Demir, nikel ve kobalt bazı ferromanyetik maddelerdir.

Akım ve Manyetik Alan

Elektrik akımının çevresinde bir manyetik alan oluşturması elektromıknatıslık olay olarak tanımlanmaktadır.

İletken bir telden akım geçirildiğinde çevresinde manyetik alan oluşur. Böylece tel bir mıknatıs gibi davranır. Üzerinden akım geçen iletken telin etrafında manyetik alan oluşturmasına akımın manyetik etkisi denir. Akımın manyetik etkisi telden geçen akımın artması ile artarken telden uzaklaştıkça azalır. Bu etki aynı zamanda telin bulunduğu ortama göre de değişir.