Elektrik Akımı, Devreler ve Elektrik Güvenliği

Konu Özeti

Elektrik akımı, yüklerin bir iletken içinde yönlü hareketidir. Bu hareketin oluşması için potansiyel farkı ve kapalı bir devre gerekir. Potansiyel fark, direnç ve akım arasındaki ilişkiler Ohm Yasası ile açıklanır. Devrelerin güvenli kullanımı için ise elektrik tehlikelerini ve alınması gereken önlemleri bilmek gerekir.

Temel Kavramlar

Potansiyel fark (gerilim), birim yükün bir noktadan diğerine geçerken kazandığı ya da kaybettiği enerjidir. Birimi volt (V) olup voltmetre ile ölçülür ve devreye paralel bağlanır.

Elektrik akımı, bir iletken kesitinden birim zamanda geçen yük miktarıdır. Birimi amper (A) olup ampermetre ile ölçülür ve devreye seri bağlanır.

I = q / t

Direnç, iletkenin akıma karşı gösterdiği zorluktur ve birimi ohm (Ω) dur. Bir iletkenin direnci uzunluğu ile doğru, kesit alanı ile ters orantılıdır; maddenin cinsine ve sıcaklığına da bağlıdır.

R = ρ · ℓ / A

• Metallerde akımı serbest elektronlar oluşturur; elektronlar üretecin (−) kutbundan (+) kutbuna hareket eder.
• Kabul edilen (konvansiyonel) akım yönü ise (+) kutuptan (−) kutba doğrudur.
• Akım, potansiyel farkı olan iki nokta arasında iletken bir yol olduğunda oluşur.
• Kapalı devrenin bir kolundaki akım her noktada aynıdır; yük devrede birikmez.

Ohm Yasası: Sıcaklığı sabit bir iletkende uçları arasındaki potansiyel fark arttıkça üzerinden geçen akım da aynı oranda artar. V–I grafiği orijinden geçen doğrudur ve eğimi direnci verir. Deneyde V/I oranının sabit çıkması Ohm Yasası'nın sonucudur.

V = I · R

Dirençlerin bağlanması: Seride akım her dirençte aynıdır, potansiyel farklar toplanır. Paralelde her dirençte potansiyel fark aynıdır, akımlar kollara paylaşılır.

Seri: Re = R1 + R2 + ...

Paralel: 1/Re = 1/R1 + 1/R2 + ...

• Seri bağlı pillerde toplam potansiyel fark, pillerin potansiyel farklarının toplamıdır (aynı yönlü bağlanırsa).
• Özdeş piller paralel bağlanırsa devreye verilen potansiyel fark tek pilinki kadardır; ancak her pilden çekilen akım azalır ve piller daha uzun süre dayanır.

Elektrik akımı vücuttan geçtiğinde kas kasılması, yanıklar, solunum ve kalp ritmi bozuklukları, hatta ölüm riski doğurabilir. Tehlikenin büyüklüğü akımın şiddetine, süresine ve geçiş yoluna bağlıdır. Islak ortamda vücut direnci azaldığı için aynı gerilimde daha büyük akım geçer.

• Çıplak ve hasarlı kablolar yenilenmeli; prize ve kablolara ıslak elle dokunulmamalı.
• Bir prizde birden fazla yüksek güçlü cihaz aynı anda çalıştırılmamalı; aşırı yüklenme kabloyu ısıtıp yangına yol açabilir.
• Sigorta ve otomatik şalterler kullanılmalı; aşırı akım geçince devreyi açarlar.
• Kaçak akım rölesi kullanılmalı; tamir ve bakım öncesi elektrik mutlaka kesilmeli.
• Çocukların ulaşabileceği prizlere koruyucu kapak takılmalı.
• Yıldırım sırasında ağaç altı ve açık alanlardan uzak durulmalı; paratoner kullanılmalı.
• Elektrik çarpan kişiye elektrik kesilmeden çıplak elle dokunulmamalı; 112 aranmalı.
• Kısa devrede direnç çok küçük bir yol oluşur, akım aşırı artar ve ısınma ile yangın riski doğar.

Topraklama, cihazın metal gövdesinin iletken bir tel ile toprağa bağlanmasıdır. Yalıtım bozulup gövdeye akım geçerse akım, direnci çok küçük olan toprak hattı üzerinden toprağa akar. Böylece gövde tehlikeli gerilimde kalmaz ve gerektiğinde sigorta atar. Çamaşır makinesi ve buzdolabı gibi metal gövdeli cihazlarda topraklı priz kullanılması bu yüzden önemlidir.

Dikkat: Topraklama cihazın çalışması için gerekli değildir; cihaz topraksız da çalışır. Görevi can güvenliğini sağlamaktır. Sigortanın görevi insanı korumak değil, devreyi aşırı akıma karşı korumaktır; insan güvenliği için topraklama ve kaçak akım rölesi gerekir.