Elektrik

Elektrik, elektrik yüklerinin akışına dayanan bir dizi fiziksel olaya verilen isimdir. Elektrik sözcüğü dilimize Fransızcadan geçmiştir. Elektriğin Türkçe eş anlamlısı çıngı sözcüğüdür. Ayrıca Anadolu ağızlarında elektrik anlamında yaldırayık sözcüğü tespit edilmiştir. Elektrik, pek çok farklı şekillerde var olabilir. Örneğin, yıldırımlar, durgun elektrik, Elektromanyetik indüksiyon ve elektrik akımı gibi. Ek olarak, elektrik Elektromanyetik radyasyon, Radyo dalgaları gibi şeylerin oluşumuna da izin verir.

Elektrikte, elektrik yükleri diğerleri ile de etkileşime giren Elektromanyetik alanlar yaratır. Elektrik, pek çok fiziksel durumdan dolayı var olabilir :

• Elektrik yükü: Atom altı parçacıkların, çeşitli elektromanyetik etkileşimlerinden kaynaklanarak ortaya çıkar. Elektriksel olarak yüklenmiş bir madde, elektromanyetik alandan etkilenir.
• Elektrik alan (Elektrostatik): elektrik yükleri tarafından (hareket etmeseler bile ) oluşturulan elektromanyetik alanın özel bir şeklidir
• Elektrik potansiyeli: Bir elektrik alanın, elektrik yükü üzerinde yapabildiği iş kapasitesi olarak tanımlanır ve genelde volt olarak ölçülür.
• Elektrik akımı: Elektrikle yüklenmiş parçacıkların hareketi ya da akışı denebilir, genelde amper olarak ölçülür.
• Alternatif akım: Hareket eden parçacıklar manyetik alan oluşturur. Elektrik akımı da manyetik alan yaratabilir ve değişken manyetik alanlar da elektrik akımları oluşturabilir.

Elektrik mühendisliğinde, elektrik şunlar için kullanılır ;

• • Elektrik gücü: ekipmanlara enerji vermek için kullanılır
•  • Elektronik: Elektrik devreleri ve aktif elektrikle uğraşır

Elektrik olayı, antik çağlardan beri araştırılmaktadır, teorik anlaşılması ise yaklaşık on yedinci ve on sekizinci yüzyıla kadar uzamıştır. Hatta bundan sonra bile, pratik uygulamalar çok az miktarda kalmıştır ve elektriğin endüstride ve yaygın kullanımı için uygun hale gelmesi ancak on dokuzuncu yüzyılda olmuştur. Elektriğin akıl almaz bir yaygınlığı vardır yani diğer bir deyişle ulaşım, ısıtma, aydınlatma, iletişim ve teknolojik aletlerde elektrik yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektriksel güç ise, şu anda endüstrinin kırılmaz kemiklerinden bir tanesidir.

Tarih

Thales, elektriğin bilinen en eski araştırmacısı

Elektriğin var oluşu ile ilgili insanlar en ufak bir bilgi sahibi değilken bile, Elektrikli yılan balığının şok etkisinin farkındalardı. Antik Mısır’da BC 2750 de yazılmış bir yazı bu balığı Nil’in fırtınası olarak tanımlamıştır. Bu balık aynı zamanda diğer balıkların koruyucusu olarak görülüyordu. Elektrik balığıyla ilgili yine Romalı ve Arap bilimciler ve fizikçiler tarafından Antik Yunanistan'da bahsedilmiştir. Pek çok antik yazar, Pliny the Elder ve Scribonius Largus gibi, kedi balığından ve torpidodan gelen elektrik şokunun hissizleştirdiğini onaylamıştır. Bu şoklar, iletken objelerde yayılabilirler. Muhtemelen ışığın kimliği ve elektrikle ilgili doğruya en yakın ve en eski yaklaşım, Araplardan gelmiştir. On beşinci yüzyıldan önce Araplar tarafından ray (ışın) olarak adlandırılmıştır.

Antik kültürlerden Akdeniz taraflarında olanlar belli başlı nesneleri biliyorlardı. Örneğin kehribar parçaları kedinin tüylerine sürüldüğünde, kuş tüyü gibi objeleri çekebiliyordu. 600 BC civarlarında Thales of Miletus, durağan elektrikle alakalı bir dizi gözlem yaptı. Magnet gibi maddelerin aksine kehribarın oluşturduğu sürtünmeden dolayı olduğunu düşünüyordu. Thales bu çekimin manyetizmadan olduğunu düşünürken yanılıyordu, ancak daha sonraları bilim Manyetizm ve elektrik arasında bir bağlantı kanıtlayacaktı. Tartışmaya açık bir teoriye göre, Parthianlar elektro taban hakkında bir bilgi sahibi olabilirlerdi.1836’da pilin keşfine bağlı olarak, galvanik hücreler ve onun doğadaki bilinmez etkisi buna olanak sağlıyordu.

Benjamin Franklin yapılan kapsamlı bir araştırma üzerinde elektrik 18. yüzyıl olarak belgelenmiştir tarafından Joseph Priestley (1767) Tarihi ve Mevcut Durumu, Elektrik, kiminle Franklin yapılan uzun yazışmalar.

Elektrik, 1600lere, İngiliz bilim adamı William Gilbert tarafından elektrik ve manyetizma adına dikkatli bir inceleme yapılana kadar biraz daha entelektüel bir merak olarak kaldı. Elektricus adı verilen "kehribara benzer" anlamı taşıyan yeni bir sözcük oluşturdu. Bu ortaklık, İngilizce de “electric” ve “electricty” adı verilen kelimelerin doğmasını sağladı. Yazılı olarak ilk görünümlerini ise 1646 yılında Thomas Browne’nin, Pseudodoxia Epidemica kitabında yaptılar.

İlerleyen çalışmalar, Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray ve C.F. du Fay tarafından yapıldı. On sekizinci yüzyılda Benjamin Franklin, elektrik hakkında çok geniş bir çalışma yaptı. Haziran 1752’de fırtınalı bir günde, uçurtma ipine bağladığı metal bir anahtarla deney yaptı ve uçurtmaya yıldırım düşmesini umdu. Anahtardan eline zıplayan sparklardan, yıldırımın da elektriksel bir doğa olayı olduğunu kanıtlamış oldu. Aynı zamanda, paradoks bir olay olarak Leyden Jar ‘ı da elektriğin hem pozitif hem negatif yükler içerdiğini kanıtlayarak açıklamış oldu.

Michael Faraday'In keşifler kurulan vakfın elektrikli motor teknolojisi

1771’de, Luigi Galvani, biyoelektrik üzerine olan keşfini yayınladı ve elektriğin sinir hücreleri denen hücreler ile kaslara sinyaller yolladığını gösterdi. Alessandro Volta’nın bataryası, ya da Voltaik pili, 1800lerde bakır ve çinko ile yaptığı deneyle, daha güvenilebilir bir bakış açısı yakalanmış oldu. Elektromanyetizmanın bulunması, elektrik ve manyetizmanın birleşmesi olayı, Hans Christian Ørstedve Andre Marie Ampere tarafından 1819-1820 yıllarında oldu. Michael Faraday elektrik motorunu 1821 de keşfetti ve Georg Ohm, matematiksel olarak elektriksel devreleri 1827 yılında açıkladı. Elektrik ve manyetizma (ışık) mutlaka James Clerk Maxwell ile de ilişkilidir.

On dokuzuncu yüzyılın başlarında, elektrikte ani bir gelişim meydana geldi ve on dokuzuncu yüzyılın sonunda, elektrik mühendisliğinin en büyük keşifleri yapıldı. Alexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, Lord Kelvin, Sir Charles Parsons, Ernst Werner von Siemens, Joseph Swan, Nikola Tesla ve George Westinghouse elektriği inanılmaz bir bilimsel meraka çevirdi ve bunu modern hayata uyguladılar. Bu uygulamalar, ikinci endüstri devrimini tetikledi.

1887’de, Heinrich Hertz elektrotların, ultraviyole ışıklar ile yaratılan elektrik sparkları ile daha kolay aydınlatıldığını keşfetti. 1905’te Albert Einstein, elektriğin kuantlar halinde küçük paketler olarak taşındığını açıkladığı Fotoelektrik olayın deneysel verilerini incelediği bir kâğıt yayınladı. Bu keşif, kuantum devrimine ön ayak oldu. Einstein, 1921 yılında ‘fotoelektrik yasasını keşfi” nedeniyle, Nobel Ödülü’nü kazandı. Fotoelektrik olayı şu anda güneş panellerinde bulunan foto hücreler tarafından, elektriksel durumlarda çokça kullanılıyor

İlk katı cihaz, kedi fısıltısı detektörü idi. İlk olarak 1900lerde radyo alıcısı olarak kullanıldı. Katı bir kristale temas eden kablo, radyo sinyallerini belirleme amacına hizmet ediyordu. Akımın aktığını iki şekilde anlayabiliriz. Negatif yüklenmiş elektronlar ve pozitif yüklü elektron eksikliklerine delik denir. Bu yükler ve delikler kuantum fiziğince açıklanır. Yapıda kullanılan nesne genelde, yarı iletken bir kristaldir.

Bu katı hal aletleri, daha sonraları transistörlerin başlı başınca keşif malzemesi olmuştur(1947). Yaygın katı hal cihazlarından bazıları transistörler, mikroproses çipleri, ve RAM lerdir. RAM’in özel bir türü, flaş RAMlerdir. Genelde ek bellek olarak kullanılırlar. Katı hal sürücüleri, mekanikse olarak hard diskleri döndüren parçalar yerine de kullanılabilir. Bu cihazlar 1950lerde ve 1960larda Transistörlerin vakum tüplerinden yarı iletkenlere değişimi, diyotlar, transistörler, LEDler ve toplu akım için önem arz etmiştir.

Kavramlar

Elektrik yükü

Altın yapraklı bir Elektroskopu yüklersek yapraklar gözle görülebilir bir şekilde birbirini iterler.(Şekildeki gibi aynı türden yükler birbirini iter)

Elektrik yüklerinin varlığı, elektrostatik kuvvetin oluşmasını sağlamıştır: yükler birbirlerine bir kuvvet uygularlar ve bu etki (tamamen anlaşıldığı düşünülmüyor) antik çağlarda da biliniyordu. Bir cam top, kıyafete sürülerek ya da bir çubuk yardımı ile oynatılabiliyordu. Eğer aynı top, cam çubuk ile yüklenirse, önce birbirlerini çektikleri, ardından ittiği gözlemlendi. Fakat, eğer bir top cam çubukla diğeri plastik çubukla yüklenirse, iki topun birbirini çektiği gözlemlendi. Bu olay on sekizinci yüzyılın sonlarına doğru Charles-Augustin de Coulombtarafından incelendiğinde hepimizin çok iyi bildiği bir sonuca ulaştı : Aynı yükler birbirlerini iterken zıt olanlar birbirlerini çeker.

Yüklü parçacıkların kendileri üzerine de kuvvet uygular, bu nedenle yük kendisini herhangi bir iletken yüzey üzerine ulaştırmak ister. Bu elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü yüklerin çarpımının, uzaklığın karesine bölümü ile doğru orantılı bir bağlantısı vardır. Elektromanyetik kuvvet, çok güçlüdür, kuvvetli etkileşimler içerisinde ikinci sıradadır ancak uzaklıksal olarak kıyaslanamaz. Kendisinden çok daha zayıf kütle çekim kuvveti ile kıyaslandığında, elektromanyetik kuvvet elektronları 10^42 kez daha uzağa itebilir.

Çalışmalar belli atom altı parçacıkların, elektrik yükleri gibi davranabildiğini gösterdi. Elektrik yükleri, elektromanyetik kuvvetle etkileşir ve bu doğanın dört temel kuvvetinden Bizim en aşina olduğumuz elektrik taşıyıcıları proton ve elektrondur. Deneyler, yükün korunan bir nicelik olduğunu göstermiştir diğer bir deyişle, izole edilmiş bir sistemde yük miktarı aynı kalmak zorundadır. Sistem içerisinde yük, direk temas yoluyla veya bir iletken yardımıyla ,kablo gibi, bir nesneden diğerine geçebilir. Durgun elektrik terimi bir yükün bir nesnede bulunuşu anlamına gelir.

Elektron ve Protonun işaretleri zıttır bu nedenle de enerjinin miktarı pozitif ya da negatif olarak ifade edilir. Varsayımla, elektronların taşıdığı yük negatif, protonlar ise pozitif kabul edilmiştir. Sahip olunan yük miktarı Q ile gösterilir ve Coulomb ile ifade edilir, her elektron yaklaşık −1.6022×10−19 coulomb yük taşır. Proton da buna eşit miktarda fakat ters işaretli yük taşır. Yük sadece madde tarafından oluşturulmaz. Aynı zamanda anti madde, anti parçacık da birbirlerine göre eşit miktarda fakat ters işaret taşımaktadır.

Yük, pek çok çeşit yolla ölçülebilir. En erken ölçümlerden biri ise altın yapraktır ve bazen sınıflarda gösterim amaçlı kullanılabilmektedir.

Kütle gibi, elektriksel yük de soyut bir özellik olup, fizikçiler tarafından maddenin davranışlarını tanımlamak için kullanılır. Bir diğer deyişle, hiç kimse doğrudan bir elektriksel yük görmemiştir, ancak bazı parçacıkları inceleyerek benzerliklerin varlığı saptanmıştır.

Kütlenin tersine, biri diğerinin tersi davranışlar sergileyen iki tür elektriksel yükten söz edilir, ve uzlaşımsal (konvansiyonel) olarak, artı (veya pozitif) ve eksi (veya negatif) diye adlandırılırlar.

    farklı türden iki yük ise birbirini çeker                                                      

   aynı türden iki yük ise birbirini iter

Eşit miktarda artı ve eksi yüke sahip parçacıklar ise, biri diğerini elediğinden, yüksüz veya nötr olarak adlandırılırlar. Parçacıklar arasındaki bu gücün nicel değerlendirilmesi ise Coulomb yasası ile hesaplanmaktadır.

Elektrik akımı

Elektrik yüklerinin hareketi, elektrik akımı olarak bilinir ve niceliği genelde Amper ile ifade edilir. Akım, hareket eden herhangi bir yük yardımı ile sağlanabilir fakat bunların en yaygını elektrondur. Ancak hareket halindeki herhangi bir yük, akım yaratmaya yeter.

Tarihsel varsayım ile, pozitif akım sahip olduğu artı yüklerin akış yönünde ilerleyen akım olarak ya da devrede en artı yerden en eksi yere akan akıştır. Bu davranışa sahip akıma, varsayımsal akım denir. Elektrik devresindeki negatif yüklü elektronların hareketi, ki bu akımın en yaygın şeklidir, elektronların akış yönünün tersi yönde olunca pozitif kabul edilir. Fakat, şartlara bağlı olarak, bir elektrik akımı iki yönde hatta ve hatta bir anda iki yönde birden olabilir. Bahsettiğimiz varsayım, bu tarz bir durumu basitleştirmek için kullanılmaktadır.

Bir elektrik ark sağlar bir enerjik gösteri elektrik akımı

Elektrik akımının bir metalden diğerine iletilmesi olayına elektrik iletimi denir ve bu olayın doğası yüklü parçacığa ve bu parçacığı ileten materyalin cinsine bağlıdır. Metalik iletkenlik ve elektroliz elektrik akımının bu ilerleyişine örnektir. Her ne kadar parçacıklar aslında yavaş bir hızla hareket etse de, bazen ortalama bir dönme hızı sayesinde elektrik alan içerisinde ışık hızına yakın bir hıza ulaşırlar ve bu nedenle uzun kablolar boyunca sinyalleri oldukça kısa zamanda taşıyabilirler.

Elektrik akımı, tarihte de kendi varlığının farkına varılmasını sağlayan pek çok gözlemlenebilir etkiye sahiptir. Örneğin su, elektrik akımı ile galvanik pillerin 1800 yılında Nicholson ve Carlisle tarafından bulunmasını sağlamıştır. Bu olaya elektroliz adı verilir. Bu girişim, 1833 yılında Michael Faraday tarafından bayağı ilerletilmiştir. Üzerinden akım geçen bir direnç tarafından üretilen elektrik 1840 yılında James Prescott Joule tarafından matematiksel olarak ispat edilmiştir. Elektrik akımı ile ilgili en önemli keşiflerden bir tanesi 1820 yılında Hans Christian Orsted tarafından kazara yapılmıştır. Dersi için hazırlanırken, içinden akım geçen bir telin, bir iğne üzerindeki etkisini gözlemlemiştir. Bu olayla, elektrik ve manyetizma arasındaki etkileşimleri açıklayan temel bir olay olan elektromanyetizmayı keşfetmiştir.

Mühendislikte veya gündelik hayatın uygulamalarında akım doğrudan akım veya alternatif akım olarak ikiye ayrılır. Bu kavramlar, akımın zaman içerisindeki değişimine göre yapılır. Örneğin doğrudan akım, bir batarya tarafından üretilir ve pek çok elektrik devresince kullanılır. Doğrudan akımın bir yönü yoktur ve devrenin pozitif tarafından negatif tarafına doğru akar. Genel tanıma göre elektronlar tarafından taşınır, elektronlar akıma zıt yönde hareket eder. Alternatif akım ise doğrultusunu belli aralıklarla değiştiren ve neredeyse bir Sinüs fonksiyonu gibi davranır. Dolayısı ile Alternatif akım, bir iletkende, net yükü değiştirmeden ve net bir uzaklık kat etmeden ileri ve geriye doğru gider. Alternatif akımın zaman ortalaması değeri sıfırdır, ancak bu akım enerjiyi ilk önce bir doğrultuda sonra diğer doğrultuda yayar. Alternatif akım, durgun akım altında gözlemlenemeyen, Kapasitör ve İndüktör gibi elektrik niceliklerinden etkilenir. Fakat bu nicelikler, transistorler söz konusu olduğunda önem kazanır.

Elektrik alan

Elektrik alan konsepti Michael Faraday tarafından oluşturuldu ve tanıtıldı. Bir elektrik alan, kendini çevreleyen uzayda yüklü bir parçacık tarafından yaratılır ve alandaki diğer yüklü parçacıklara bir kuvvet uygular. Bir elektrik alan iki kütler arasında, kütle çekim etkisine benzer bir şekilde oluşur. Aynı bunun gibi, sonsuza kadar gidebilir ve uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Ancak aralarında önemli bir fark vardır. Kütle çekimi her zaman çekim etkisi üzerine çalışır, iki kütleyi birbirine çeker, ancak elektrik alan aynı zamanda itim etkisi de yaratabilir. Genelde büyük kütleler net bir yüke sahip olmadıklarından, elektrik alan bu uzaklıklarda sıfırdır. Bu nedenle evrende kütle çekim kuvveti elektrik alan kuvvetinden daha zayıf olmasına rağmen baskın olan kuvvettir

Alan çizgileri pozitif yük uçak iletken üstünde yayılan

Elektrik alan, genelde uzayda değişkenlik gösterir ve büyüklüğü bir noktada bulunan birim yüke uyguladığı kuvvet olarak ölçülür. Konsept yükü ya da diğer bir deyiş ile test yükü, kendi alanı ana alanı tahrip etmeyecek kadar küçük ve aynı zamanda manyetik alanın etkisinden kurtulabilecek kadar da durağan olmalıdır. Elektrik alan kuvvet kavramı ile ifade edildiği ve kuvvet bir vektör büyüklüğü olduğu için elektrik alan da vektörel bir niceliktir. Yani hem büyüklüğü hem de yönü vardır. Özelleştirirsek, vektör alanıdır.

Durağan elektrik yükleri ile ilgilenen çalışma alanına elektrostatik. Bu alan, diğer alanlarla aynı hayali çizgileri olan bir dizi gibi hayal edilebilir. Bu konsept Faraday tarafından tanıtılmış ve "kuvvet çizgileri" terimi hala bazen hala kullanılmaktadır. Alan çizgileri terimi, pozitif yükü o yönde hareket ettiren patikalar olarak düşünülebilir. Ancak bu konseptler hayal ürünüdür ve fiziksel bir varlıkları yoktur. Bu alan çizgilerinin belli başlı özellikleri vardır. Öncelikle bu alan çizgileri pozitif yükten başlar ve negatif yükte biter. İkincisi, bu alan çizgileri iyi bir iletkene doksan derece ile girmelidir. Son olarak bu çizgile asla birbirlerini kesmezler veya kendi üzerlerine kapanmazlar.

İçi boş bir iletken, bütün yüklerini dış yüzeyinde taşır. Bu nedenle iletkenin içindeki elektrik alan sıfırdır. Bu prensip Faraday kafesi olarak adlandırılır ve buna göre metal bir iletken kendi içini, dış etkilerden izole eder.

Yüksek voltajlı ekipmanları tasarlarken, elektrostatiğin prensipleri önemli olmaktadır. Her elektrik alanın kendine göre sonlu bir limiti vardır. Bu limitin ötesi elektrik kırılma elektriği olarak yorumlanır. Uzun boşluklarda, bu değer hala küçüktür. Bu durumun doğada en kolay gözlemlenebilir hali yıldırımlardır ve bu durum bulutlar arasındaki elektrik alanın, havanın kaldırabileceği seviyeyi aşmasıyla oluşur. Yıldırımların yaklaşık değeri 100MV a kadar ulaşabilir

Alan kuvveti, etrafındaki nesnelerden çok etkilenir özellikle köşeli noktasal objeler tarafından bükülmeye zorlandığında, örneğin, yıldırımların sivri yerlere düşmesinin nedeni budur.

Elektrik potansiyeli

Bir çift AA hücreleri. + İşareti gösterir kutupları arasında potansiyel farkı arasındaki pil terminalleri.

Elektrik potansiyeli konsepti, elektrik alan ile çok yakından alakalıdır. Elektrik alan içerisine yerleştirilen yüklü bir parçacık bir kuvvet hisseder. Bu nedenle, parçacığın yerini değiştirebilmek için hissedilen kuvvete karşı koyulabilmesi gerekir ve bu bir iş yapılmasını gerektirir. Herhangi bir noktanın elektrik potansiyeli, bu test yükünü sonsuz uzaklıkta belirli bir noktaya getirmek için yapılması için gereken enerji miktarıdır. Genelde bu nicelik, voltla ölçülür. Bir Volt, bir coulomb yükü sonsuzdan getirmek için yapılması gereken bir joul iş yapma miktarıdır. Bu potansiyel tanımı, daha pratik bir uygulama olarak ve daha kullanışlı bir tanı olarak elektrik potansiyel fark olarak da kullanılır ve bu yükü iki nokta arasında hareket ettirmek için gereken enerjidir. Elektrik alan "korunur" olması ile özel bir karaktere sahiptir. Yani bir test yükünün hangi yol üzerinde taşındığı önemli değildir. İki nokta arasında yer alan bütün yollar aynı anlama gelir aynı enerjiyi gerektirir. Bu nedenle potansiyel fark tek bir değerdir. Volt doğru bir kullanım olmasına rağmen genellikle voltaj elektrik potansiyelini açıklamak ve ölçmek için kullanılır.

Daha pratik olması amacıyla, potansiyelin ifade edilebilmesi ve karşılaştırılabilmesi için ortak bir referans noktası seçmek gereklidir. Bu sonsuzluk da olabilirken, daha kullanışlı bir referans Dünya'nın ta kendisidir. Dünya'da her yerde potansiyel aynı kabul edilir. Bu referans noktası Dünyada yeryüzü olarak kabul edilir. Dünya, sonsuz miktarda artı ve eksi yükler barındırıyor olarak kabul edilir bu nedenle elektriksel olarak yüksüzdür veyahut yüklenemez.

Elektrik potansiyeli skaler bir niceliktir. Sadece büyüklüğü vardır, herhangi bir yöne sahip değildir. Yükseklikle analog olarak görünebilir ; aynı objeleri yüksekten kütle çekim alanına bırakırsak, düşecektir aynı elektrik alanda voltajdan kaynaklanan farkta olduğu gibi. Aynı haritalarda eşit yükseklikte olan noktaların işaretlendiği gibi, elektrik potansiyelinde de aynı potansiyele sahip yüzeyler işaretlenebilir bunlara da eş potansiyel yüzeyler denir. Eş potansiyel çizgileri ile elektrik alan çizgileri birbirlerine diktir. Aynı zamanda bir iletkenin yüzeyine de paralel olmaları gerekir. Aksi halde, bu durum yükleri hatta eş potansiyel yüzeyleri dahi hareket ettirecek bir kuvvete neden olur.

Elektrik alan, resmi olarak birim yüke uygulanan kuvvet olarak tanımlansa da potansiyel konsepti daha kullanışlı ve geçerli bir tanım yapma olanağı sağlar.

Elektromıknatıslar

Etrafında manyetik alan daireler mevcut

Ørsted, 1821'de akım taşıyan bir telin etrafında manyetik alanın var olduğunu bulmuştur. Böylece elektrik ile manyetizma arasında direk bir ilişki olduğu keşfedildi. Dahası, bu etkileşim doğada bilinen iki temel kuvvetten, elektrostatik kuvvetlerden ve kütle çekim kuvvetlerinden farklıydı. Bu kuvvet bir iğneyi, 90 derece ile itiyordu.

Ørsted keşfettiği şeyi tam olarak anlamamıştı ancak gözlemlediği etki karşılıklıdır. Akım magnetlere, manyetik alanlar da akım üzerine kuvvet uygulayabiliyordu. Bu olay daha sonra Andre Marie Ampere tarafından incelendi. Ampere akım taşıyan iki paralel telin birbirine kuvvet uyguladığını, akım paralelse birbirlerini çektikleri, akımlar zıt yöndeyse birbirlerini ittiklerini keşfetti. Bu etkileşim ,ardından, uluslararası olarak Amper tanımı diye bilinir.

Elektrik motoru elektromanyetizma önemli bir etkisi patlatır: bir manyetik alan içinde akım hem de alan için geçerli dik bir kuvvet ve

Manyetik alan ve akım arasındaki ilişki çok önemlidir. Michael Faraday 1821 yılında bu ilişkiyi kullanarak elektrik motorunu icat etmiştir. Bu tek kutuplu motor içinde permanant bir magnet vardır ve cıva havuzunun iki ucuna yerleştirilmiştir. Magnete kablo tarafından tanjant bir kuvvet uygulanır. Magnet, akım var olduğu müddetçe bir çember çizmeye devam eder.

1832 yılında Faraday yapılan deneylerde, kablo, uçları tarafından oluşturulan potansiyel farka paralel olarak hareket eder. Daha sonraları yapılan analizler, Elektromanyetik indüksiyon olarak bilinir, bu prensibi oluşturmasına imkan tanımıştır. Bu prensip bugün Faraday İndüksiyon Yasası olarak bilinir kapalı devredeki potansiyel fark, bu devrede değişen manyetik akıyla orantılıdır. Bu keşif, 1831 yılında ilk elektrik jeneratörünün yapılmasına olanak sağlamıştır. Bu jeneratörde bir bakır disk mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Faraday diski pratik bir jeneratör oluşturmak için elverişli değildi. Fakat bu durum, manyetizmayı kullanarak elektrik gücü üretmenin mümkün olduğunu gösterdi

Elektrokimya

Kimyasal reaksiyonların elektrik üretebilmesi çok geniş kullanım alanlarına sahiptir.

Elektrokimya, elektriğin her zaman önemli bir parçası olmuştur. Galvanik pillerin ilk icadından itibaren, elektrokimya hücreleri de pek çok farklı bataryaları var etmiştir. Alüminyum bu yolda çok farlı nicelikler oluşturmuştur ve elektrik gücü ile çalışan, tekrar şarj edilebilen hücreler üretilmiştir.

Elektrik devreleri

Temel elektrik devresi. Bu gerilim kaynağı V üzerindeki sol diskler mevcut ben etrafında devresi, teslim elektrik enerjisi içine direnç R. Direnç, akım kaynağına döner, devre tamamlanıyor.

Elektrik akımı, elektrik bileşenleri arasında elektrik yükleri akışı tarafından oluşturulan bir bağlantıdır, kapalı bir devrede oluşur. Genellikle, çok yararlı işler için kullanılmaya elverişlidir.

Elektrik devresinin bileşenleri pek çok farklı şekillerdedir örneğin bu bileşenlerden bazıları transistorler, Dirençler, Kapasitörler, düğmelerdir. Elektrik devreleri, bazı aktif bileşenler de içerir, yarı iletkenler buna örnektir. En basit devre elemanları pasif ve doğrusal olarak nitelendirilir.

Direnç, pasif devre elemanları içinde belki de en basit olanıdır. Adından da anlaşıldığı gibi, geçen akıma direnir. Enerjiyi, ısı olarak açığa çıkartır. Direnç, yüklerin hareketinin bir sonucudur örneğin metallerde direnç elektronlar ve iyonlar arasında meydana gelen çarpışmaların sonucudur. Ohm yasası, devre teorisinin basit bir yasasıdır. Bu yasa, direncin üzerinden geçen akımın, potansiyel farkla direk alakalı olduğunu söyler. Pek çok maddenin direnci, büyük bir sıcaklık aralığında ve belli bir akımda sabittir. Bu tarz maddelere, ohmik maddeler denir. Ohm, direncin birimi olarak George Ohm'un anısına verilmiştir. Bir ohm, bir amp akımla bir volta karşılık gelecek potansiyel farka eşittir. 

Kapasitör, Leyden şişesinin bir gelişimidir. Bu şişe, yükleri depolayabilir. Arada bir dielektrik madde ile iki iletken levhadan oluşur. Böylece, birim hacimdeki alan arttırılmış olur ya da kapasite oluşturulur bu da kapasitörü oluşturur. Kapasitörün birimi Farad'dır. Michael Faraday'ın hatırasına verilmiştir. Sembol olarak F ile gösterilir. Bir Farad, bir coulomb yükle yüklenmiş bir kapasitörün bir voltluk potansiyel fark üretebildiği değerdir. Kapasitör, bir güç kaynağına bağlandığı anda yük depolamaya başlar, kapasitör zamanla doldukça bu akım da zamanla azalır. Kapasitörün olduğu bir devrede bu nedenle sabit bir akım olmaz.

İndikatör de bir iletkendir. Genelde bir bobine satılı tellerden oluşur ve üzerinden geçen akıma karşılık olarak manyetik alanda enerji depolar. Akım değiştiğinde, manyetik alan da değişir böylece iletkenin uçları arasında bir gerilim indüklenir. İndüksiyon gerilimi, akımda zamanla meydana gelen değişimle orantılıdır. Bu sabit oran indüktans olarak adlandırılır. Birimi Henry'dir ve Joseph Henry'nin adına ithaf edilmiştir. Henry, Faraday'ın çağdaşıdır. İndüktansta bir Henry, eğer akım saniyede bir amper değişiyorsa bir volttur.

Elektrik Gücü

Elektrik gücü, elektrik devresi tarafından transfer edilen elektrik enerjisinin miktarıdır. Gücün SI birimi, watt'dır ve saniyedeki joule miktarıdır. 

Elektrik gücü, mekanik güç gibi, yapılan iş miktarıdır. Watt olarak ölçülür ve P harfi ile gösterilir. Wattage terimi, "bir watt'daki elektrik gücü" anlamına gelir. Bu güç, bir elektrik devresi tarafından, elektrik potansiyeli( voltaj) üzerinden her t saniyede Q yükü geçiriyorsa

{displaystyle P={text{work done per unit time}}={frac {QV}{t}}=IV,}

Q elektrik yükü

t zaman

I ise elektrik akımı amper

V elektrik potansiyel veya gerilim volt

Elektrik üretimi genelde elektrik jeneratörleri tarafından yapılsa da, bazı kimyasal kaynaklar tarafından mesela elektrik bataryaları tarafından sağlanabilir. Elektrik gücü genelde iş ve evler için, elektrik santrallerince sağlanır. Elektrik genelde kilowatt saat olarak satılır, yani bir saatte üretilen kilowatt cinsinden güçtür. Fosil yakıtlardan farklı olarak, elektrik düşük bir entropidir. Yüksek verimlilik ile harekete çevrile bilir.

Elektronik

Yüzeye monte elektronik bileşenler

Elektronik, elektrik devreleri ile uğraşır ve aktif elektrik bileşenleri ile beraber olur örneğin transistorler ve Diyotlar gibi. Aktif bileşenlerin lineer olmayan davranışları, elektronların akışını kontrol edebilmeyi sağlar. Bilgi sistemlerinde, telekomünikasyonda ve sinyal sistemlerinde kullanılır. Elektronik cihazların aç, kapa özellikleri dijital bilgiler sağlar.

Günümüzde, çoğu elektronik cihazlarda, elektriğin kontrolünü sağlamak için yarı iletken bileşenler kullanılır. Yarı iletken cihazlar ve bunlarla alakalı teknolojinin branşları Katı hâl fiziği olarak geçer.

Elektromanyetik dalga

Faraday'ın ve Amper'in yasası, zamanla değişen bir manyetik alanın, bir elektrik alan oluşturabileceğini gösterdi. Bu nedenle, iki alan da zamanla değiştiğinde, bir alan diğerini indüklemiş olmak zorundadır. Bu olay dalga özelliğidir ve doğal olarak elektromanyetik dalgaya karşılık gelir. Elektromanyetik dalgalar, teorik olarak James Clerk Maxwell tarafından 1864 analiz edilmiştir. Maxwell elektrik alan ve manyetik alan arasındaki ilişkiyi bir dizi denklemle ifade etmiştir. Hatta bu tarz dalgaların ışık hızında hareket etmesi gerektiğini de kanıtlamıştır. Bu nedenle, ışık kendisi bir elektromanyetik radyasyondur. Maxwell Yasası bunu söyler. Bu fiziğin dönüm taşlarından birisidir.

Üretim ve kullanım

Üretim ve iletim

20. yüzyılın başlarında alternatör yapılan Budapeşte, Macaristan, güç üreten hall bir Hidroelektrik istasyonu (fotoğraf tarafından Prokudin-Gorski, 1905–1915).

İsa'dan önce 6.yüzyılda ünlü Yunan düşünür Tales, amber çubukla yaptığı deneyler, elektrik enerjisi hakkındaki ilk çalışmalardır. Bu metot sürtünme ile elektriklenme olarak bilinir ve hafif objeleri kaldırabilir ve sparklar yaratabilir. Çok verimsizdir. 18. yüzyıla kadar galvanik piller icat edilemedi ve bu tarihten sonra elektrik kullanılabilir hale geldi. Galvanik piller, elektrik bataryalarını oluşturdu ve enerji kimyasal olarak depolandı. Bataryalar, pek çok ortak çalışmaya uyum sağlayabilir. Ancak, barındırabileceği enerji miktarı sınırlıdır. Bir kez boşaldığında, tekrar yüklenmesi gerekir. Çok büyük elektrik gereklilikleri için, elektrik enerjileri transit olarak yaratılmalı ve iletken olarak devam etmelidir.

Elektriksel güç genelde elektro-mekanik jeneratörler tarafından fosil yakıtlarla üretilir. Ya da nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan ısı kullanılır. Diğer bir şekilde de, rüzgar ya da suyun kinetik enerjisi kullanılarak üretilebilir. Modern buhar türbini Sir Charles Algernon Parsons tarafından 1884'te icat edildi ve bugün dünyada kullanılan elektik gücünün yaklaşık yüzde 80'ini üretiyor. Bu tarz jeneratörler, Faraday'ın 1831 yılında ürettiği disk jeneratörünün prensipleri ile hiç alakası yoktur ancak bu cihazların prensipleri hala elektromanyetik bilgilere dayanır. On dokuzuncu yüzyılda transformatörlerin icadı, elektrik gücünün daha verimli ve daha yüksek voltajla fakat daha düşük akımla taşınabilmesine imkan tanıdı. Verimli bir elektrik transmisyonu, yerleşik güç istasyonlarında yaratılabilir. Ekonomik boyutta bu kazançlıdır. Aynı zamanda ihtiyaç duyulduğunda çok uzaktaki yerlere de taşınabilir.

Rüzgar enerjisinin artan önemi ise birçok ülkenin kullanması ve kullanımının giderek artması

Elektrik enerjisi uluslararası ihtiyacı karşılayabilecek kadar büyük boyutlarda kolayca depolanamadığı için, her zaman ihtiyacı karşılayacak kadarının üretilmesi gerekiyor. Bu nedenle elektriği kamuya sunan kuruluşların birikimle ilgili doğru öngörüler yapabilmesi, güç istasyonlarında koordinasyonu sürdürmeleri gerekir

Uluslar modernleştikçe ve ekonomi geliştikçe, elektriğe olan talep de artmaya başladı. Yirminci yüzyılın ilk üç on yılında, Amerika Birleşik Devletlerinde her yıl elektriğe duyulan ihtiyaç yüzde 12 arttı. Bu artış şu anda da ekonomisi gelişmekte olan Çin ve Hindistan gibi ülkelerde deneyimleniyor. Tarihsel olarak, elektriğe duyulan ihtiyacın artışı diğer enerjilere duyulan ihtiyaçtan daha fazladır. .

Elektrik üretimi ile ilgili endişeler, yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan ilginin artmasına neden oldu özellikle rüzgar enerjisi ve hidrolik santraller. Elektrik üretiminin çevreye olan etkisi üzerine yapılan tartışmalar devam etse de, son durum eskisine nazaran oldukça temizdir.

Uygulamalar

Bu ampul, bir erken uygulama elektrik, işleten tarafından Joule ısıtma: geçit akım ile direnç üreten ısı

Elektrik enerjiyi transfer etmek için oldukça elverişli bir yöntemdir ve pek çok şekilde kullanıma uygundur. Akkor lambanın 1870de icat edilmesi ile, ışıklandırma halka açık bir hale geldi. Elektriklenme tehlikelere sahip olsa da, açık alevler ve gaz lambaları yerine kullanılması yangınları oldukça önledi.

Elektrik aynı zamanda ısı için de kullanılır. Örneğin klimalar ve ısı lambaları. Elektrikle ısınma kontrol edilebilirken, israf olarak görünebilir çünkü pek çok elektrik güç istasyonunun, ısı üretebilmesi için zaten belirli bir miktar elektrik kullanması gerekir.

Elektrik iletişimde kullanılır, örneğin elektrik telgrafları. 1860larda telgrafın icadının ardından, dünya çapında iletişim için kullanılır bir hale gelen elektrik, daha sonraları optik fiberler ve uydu iletişimi ile de bir iletişim marketi oluşturmuştur.

Elektromanyetizmanın etkileri en açık şekilde elektrik motorlarında gözlemlenebilir.

Yirminci yüzyılın en önemli icatlarından transistor de elektronik cihazların kullanımıyla oluşmuştur. Modern devrelerin temel bir yapısıdır. Modern eklemeli devreler birkaç santimetre karede bilyonlarca transistor barındırabilir

Elektrik aynı zamanda taşımada da bir yakıt olarak kullanılabilir özellikle elektrikli otobüsler ve trenler.

Elektrik ve doğal dünya

Fizyolojik etkileri

İnsan bedenine uygulana bir gerilim, dokulardan elektrik akımı geçmesine neden olur ve ilişki her ne kadar doğrusal olmasa da, daha büyük gerilim daha büyük bir akım yaratır. Eşik değeri, frekans kaynağına ve akımın yoluna göre değişiklik gösterse de, 0,1mA den 1mA e kadar çıkabilir. Eğer akım yeterince yüksekse, kas kasılmalarına, kalp çarpıntılarına ve doku yanmalarına neden olabilir. Elektriğin neden olduğu acı şok edici olabilir. Bu nedenle elektrik, bazı zamanlarda bir işkence yöntemi olarak da kullanılmaktaydı. Elektroşok, elektrik şoku ile ölüme verilen isimdir. Elektroşok, son zamanlarda azalmış olsa da, hala bazı yargı hükümlerinde idam için kullanılmaktadır.

Doğada elektrik olayları

Elektrikli yılan balığı Electrophorus electricus

Elektrik, insanoğlunun icadı değildir ve doğada da pek çok farklı şekilde gözlemlenebilir. Önemli bir olay olan yıldırımlar buna örnektir. Makro boyutta, dokunma, sürtünme ve kimyasal bağlar, elektrik alanların atomik boyutlardaki etkileşimlerinden kaynaklanır. Dünya'nın manyetik alanı doğal bir dinamodur. Gezegenin çekirdeğinde meydana gelen çembersel akımdan kaynaklanır. Belli kristaller, kuartzlar ve hatta şeker bile dış baskıya maruz kaldığında, yüzleri arasında fark oluşturur. Piezoelektrik , 1880 yılında Pierre ve Jacques Curie tarafından keşfedilmiştir. Etki karşılıklıdır ve piezoelektrik madde, elektrik alana maruz kalan maddedir ve fiziksel boyuttaki ufak değişimler yer alır

Köpekbalığı gibi bazı organizmalar, elektrik alandaki değişimleri algılayabilirler bu olay elektro perspektif olarak bilinir. Bu tarz organizmalar, kendilerini yırtıcı olarak ya da savunma silahı olarak voltaj yaratabilirler. Bütün hayvanlar, hücreleri arasında bilgi taşımak için elektrikten yararlanır ve böylece sinir sistemlerinde nöronlar ve kaslar arasında bilgi taşıyabilirler. Bir elektrik şoku bu sistemi uyarır ve kaslar kasılmasına neden olur. Bazı bitkilerde de bu döngü, hareketlerin oluşumunda görev alır. 

Kültürel algı

1850 yılında William Ewart Gladstone, bilim adamı Faraday'a " Elektrik neden bu kadar değerli ?" diye sordu. Faradayda "Bir gün efendim, bunu ödeyebilirsiniz." Dedi

On dokuzuncu yüzyıl ve yirminci yüzyılın başlarında, elektrik günlük hayatın bir parçası değildi. Hatta endüstriyel Batı bile buna sahip değildi. Popüler kültür, ilk zamanlarda bunu gizemli ve sihirli bir olay yaşama ve ölüme karar veren bir mekanizma olarak gördü ve doğanın bir yasası olduğuna karar verdi. Bu tutum 1771 yılında Luigi Galvani'nin yaptığı deneylerle başladı. Bu deneyde Galvani, ölmüş kurbağaların bacaklarındaki oynamaları keşfetmesi ile oldu. Revitalizasyon veya ölmüş ya da boğulmuş insanların dirilme hikâyeleri Galvani'nin çalışmalarından sonra başladı. Bunlardan biri Mary Shelley'in Frankenstein(1819) isimli eseridir. Halbuki bu kitapta, yazar yaratığın diriliş yönteminden bahsetmemiştir. Daha sonraları, yaratıkların diriltilme hikâyeleri, korku filmlerinin ana ögelerinden biri haline geldi

Elektrikle birlikle gelen durmadan yenilenme ve elektriğin gündelik hayatın vazgeçilmez bir bütünü olması yirminci yüzyılın yarısına kadar uzadı. Popüler kültür tarafından sadece akışı durduğu zaman dikkat çekti hatta genelde felaket sinyali olarak yorumlandı. Bu akışı sağlayan kişiler, Jimmy Webbin, Wichita Lineman şarkısındaki gibi (1968), kahraman ve büyücü gibi figürler olarak düşünülürler.