Elektrik akımının etkileri

Elektrik akımı

Elektrik akımının etkileri

Günlük yaşamımızda hemen her gün elektrik akımının etkileri ile birçok alanda yüz yüze gelmekteyiz. Evlerimizdeki lambalar, sokak aydınlatmaları, ısıtıcılar, televizyon, telefon, vs gibi hepsi elektrik akımının bir etkisinden faydalanılarak geliştirilmiş cihazlardır.

Elektrik akımının etkileri şunlardır;

• Isı Etkisi
• Işık Etkisi
• Manyetik Etkisi
• Kimyasal Etkisi
• Fizyolojik Etkisi

ISI ETKİSİ

Soğuk havalarda üşüdüğümüz zaman ellerimizi bir birine sürterek ısınırız. Acaba böyle yaptığımızda ne oluyor da ısınıyoruz? Sürtünme sonucu ellerimizdeki atomların kinetik (hareket) enerjisini arttırıyoruz. Aslında sadece bir enerji dönüşümü gerçekleşmesi sonucu ısınıyoruz.  Burada sürterek kazanılan kinetik enerji başka bir enerji türü olan ısı enerjisine dönüşmektedir.

Elektrik akımının ısı etkisinden yararlanılarak işlerimizi kolaylaştıran birçok cihaz imal edilmektedir. Örneğin; Evlerimizdeki ısıtıcılar, fırınlar, elektrikli ocaklar bunlara örnek gösterilebilir.

Elektrik enerjisinin ısı etkisinden sadece evlerde faydalanmanın yanında, farklı endüstri kollarında da çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik akımının ısı etkisinin artıları ve eksileri de vardır.

Evlerimizde kullanımı azalan akkor flamanlı lambalar, aydınlatma için kulanılmaktaydı. Fakat akkor flamanlı lambaların ışık verimleri %10 civarında ve enerjinin çoğunu da ısıya dönüştürmeleri istenmeyen bir durumdur.

Bilgisayarların güç kaynağında fan bulunur. Bulunmasının nedeni  akım geçen devre elemanları aşırı ısınmakta ve eğer soğutulmaz ise yani ısı artarsa, ısının artması devre elemanlarının yanmasına ve bozulmasına neden olur. Elektrik motorları, trafolar gibi birçok elektrikli makinelerde ısınma, enerji kaybı ve soğutma zorunluluğu yüzünden çok fazla enerji harcamalara neden olmaktadır.

• Akım Geçiren İletkenlerin Isınması

Ellerimizi sürterek ısıtmamız ile, bir iletkenden akım geçirilince iletken telin ısınması sırasında aynı olaylar meydana gelmektedir. Tek fark, iletken telde bu işi elektrik akımı yapmaktadır.

Bir iletkenden akım geçirilince elektronların atomlarla ve başka elektronlarla çarpışmaları sonucunda iletken telin toplam kinetik enerjisi artmaktadır. İletken telde artan (meydana gelen) ısı, daha az ısıya sahip olan ortama yayılmaktadır.

İletkenlerin ısınma düzeyleri, iletkeni meydana getiren atom veya moleküllerin elektrik akımına (elektronların geçişine) izin verme oranına bağlıdır. Akım bir iletkenden daha kolay geçerse iletken tel daha az ısınır, zor geçerse, (sürtünme ve çarpışmalardan dolayı) iletken tel daha çok ısınır.

• İletkenlerin Isınma Düzeyleri

İletkenlerin kabul edilebilir ısınma düzeyleri, ısıtıcı yapımında kullanılan iletkenlerin aksine, akım taşıyan iletkenlerin ısınması istenmeyen bir durumdur. Eğer iletken ısınırsa enerji kaybına sebep olur ve ayrıca aşırı ısınma sonucu eriyerek yangına neden olabilir.

Üzerinden akım geçen her iletken bir miktar ısınır. İletkenlerin ısınma miktarları, yapıldıkları maddenin cinsine göre farklıdır. Yapıldıkları malzemenin cinsine göre, her iletkenin dayanacağı bir sıcaklık değeri mevcuttur. Bu sınır sıcaklığı, iletkenin erime sıcaklığı da göz önünde bulundurularak yalıtım malzemesinin erime sıcaklığına göre tespit edilir. İletkenlerin ısınma düzeyleri normal çalışma ve kısa devre durumunda farklılık arz eder.

İletkenler (kalitesi ve malzemene göre) çok kısa bir süre yüksek sıcaklıklara dayanabildikleri  için kısa devre sınır sıcaklık değerleri normal çalışma sınır sıcaklığından daha yüksektir.

İletken üretim firmaları farklı amaçlar için, farklı çeşitlerde iletken imalatı yapmaktadırlar. Bu firmalar, üretim yaparken çeşitli hesaplar ve testler sonucunda bir iletkenin taşıyabileceği azami (minimum) akımı, dayanabileceği sıcaklığı bilgilerini kablo kataloglarında belirtirler.

Çok Damarlı Çok Telli Bir Kablo

İletken seçimi, iletkenin hangi amaçla, nerede ve hangi koşullarda kullanılacağı belirlendikten sonra kataloglardan faydalanarak yapılır.

Joule Kanunu

Jul (Joule) Kanunu, bir iletkende dönüştürülen (üretilen) ısı miktarının nelere bağlı olduğunu ortaya koyar.

Jul Kanunu’na göre bir iletkende üretilen ısının miktarı, iletkenin direncine göre üzerinden geçirilen akımın karesi ve akımın geçme süresi ile doğru orantılıdır. Formülümüze bakarsak;

Matematiksel ifadesi ise aşağıdaki gibidir.

Q = I² . R . t (Joule)

Eşitlikteki sembollerin anlamları ve birimleri;

• Q : İletkendeki ısı miktarı (Joule – J)
• I : İletkenden geçen akım (Amper – A)
• R : İletkenin direnci (Ohm – W)
• t : Akımın geçme süresi (Saniye – sn)

Isı birimi olarak kalori (Calori-Cal) kullanıldığından jul, kaloriye dönüştürülür ve formül de aşağıdaki gibi kullanılır.

Q = 0.24 . I² . R . t

Soru:

Direnci 220 W olan bir ısıtıcıdan 1 saat boyunca 1 A şiddetinde bir akım geçirilmiştir. Isıtıcıdan elde edilen sıcaklığın miktarı nedir?

Cevap:

I = 1 A

t = 1 . 60 . 60 = 3600 sn.

Q = ?

Q = 0.24 . I² . R . t

Q = 0,24 . I² . 220 . 3600 = 190080 Cal. = 190 kCal.

Isı Etkisinin Endüstride Kullanım Alanları

Elektrik akımının ısı etkisi evlerimizde ısıtıcı,ütü , fırınlar, endüstriyel fırınlarda, döküm işlerinde, kaynak işleri vb. İşlerde, yine elektrik akımının ısı etkisinden faydalanılarak birçok kontrol elemanı veya cihaz yapılmakta ve kullanılmaktadır.

Örnek olarak, evlerdeki elektrikli sobanın yaydığı ısı, akımın ısıtıcı telinden geçmesi ile ilgili iken ayarlanılan sıcaklıkta ısıtıcının devre dışı kalması (çalışmasının durması) bir kontrol elemanı olan termistör veya termostatla ilgilidir. Bu kontrol elemanları elektrik akımının ısı etkisi göz önüne alınarak yapılmış elemanlardır.

Yine elektrik akımının ısı etkisi göz önüne alınarak termik röle, sigorta gibi çeşitli devre koruma elemanları, termik ölçü aletleri gibi ölçme aletleri ve termistörler, termostatlar gibi kontrol elemanları yapılmakta ve endüstride kullanılmaktadır.

Elektrikli Isıtıcı Hesapları

Elektrik akımı metallerden geçerken metalin cinsine göre farklı miktarlarda ısı üretir. Özdirençleri yüksek teller daha çok ısı üretirler. Isıtıcı tel (rezistans) olarak ısıya dayanaklı teller tercih edilmektedir. Verim/dayanıklılık oranı dikkate alındığından ısıtma teknolojisinde krom-nikel teller kullanılmaktadır.

Bazı Metallerin Özdirenç Değerleri

Çeşitli Güç ve Gerilimler İçin Krom-Nikel Telin Fiziksel ve Elektriksel Değerleri

Isıtıcı hesaplarında kullanılacak telin cinsi tespit edildikten sonra hangi güçte bir ısıtıcı yapılacağına karar verilir. Isıtıcının çalışma gerilimi dikkate alınarak tespit edilen gücün elde edilmesi için telin uzunluğu ve çapının hesabına geçilir.

Biz telin uzunluğu ve çapını bulmak için önceden hesaplanan değerlerin bulunduğu yukarıdaki tablodan yararlanacağız.

Soru: 220 V’luk şebekede çalışacak 1000 W’lık bir ısıtıcı için kullanılacak krom-nikel telin çapını ve uzunluğunu hesaplayınız

Cevap: İlk önce tablonun 1. sütunundan güç değeri eşleştirilir. Bu durumda okunan değer tablonun son satırında bulunmaktadır. Tabloya göre kullanılması gereken telin çapı 0.57 mm (4. sütun, son satır) ve uzunluğu da 11 metredir. (5. sütun, son satır)

IŞIK ETKİSİ

Elektrik akımı bazı metal veya gazlardan geçerken ışık yayarlar.

Işığın Oluşumu

Işık nasıl oluşur?

Elektrik akımının geçtiği maddeler ısınır. Akım geçen iletkenin atomları ısındığı zaman, elektronları fazla bir enerji kazanır. Kazanılan toplam enerjileri çekirdeğin çekim gücünü yendiği zaman bir üst enerji bandına sıçrar.

Atomu uyaran etki geçtiği veya azaldığı zaman atom kısa bir süre içinde soğumaya başlar. Elektronların enerjileri azalır. Bundan dolayı enerjileri azalarak çekirdeğin çekim gücüne yaklaşınca eski enerji bandına geri döner. Ama enerjileri ilk enerji miktarından fazladır. Elektronlar eski yörüngelerine dönerken “artık” enerjiyi foton parçacıkları şeklinde çevreye yayarlar. Milyarlarca atomdaki elektronun yaydığı foton birleştiği zaman çevreyi aydınlatan ışık üretilmiş olur.

Elektrik enerjisinin ışık etkisinden faydalanarak aydınlatmada, eğlence sektörüne, teşhis ve tedavi amaçlı tıp uygulamalarında, haberleşme teknolojisine, baskı teknolojilerinde, güvenlik uygulamalarında, otomatik kontrol uygulamalarında, bilimsel amaçlı test ve ölçüm uygulamaları gibi birçok kullanım alanı mevcuttur. Örnek verecek olursak ev  ve iş yerlerinde aydınlatma amaçlı lambalar, televizyon ve benzeri cihazların kumandaları, bütün cihazlarda bulunan ve çalışıp çalışmadığını gösteren ledler içinde kullanılmaktadır.

MANYETİK ETKİSİ

Kobalt, demir, nikel gibi metalleri çekme özelliği gösteren metallere ve özgül ağırlığı 2.7 gr/cm3 olan, manyetik alan üreten nesne veya malzemelere mıknatıs denir. Mıknatıs çeşitleri doğal mıknatıs ve yapay mıknatıs olarak iki çeşittir. Mıknatısın etkisinin görüldüğü alana manyetik alan denir. Dünyamız da kendisini çevreleyen bir manyetik alana sahiptir. Pusula da bu sistemle çalışır.

Elektrik akımının manyetik etkisinin günlük hayatta kullanıldığı yerler; gerilim dönüştürücü ve daha başka amaçlı trafolar, haberleşme sinyallerinin üretimi, iletimi ve alınması, indüktif sensörler, elektrik motorları, mikro dalga uygulamaları elektrik akımının manyetik etkisinden faydalanır. Ayrıca haberleşme, tıp, enerji, güvenlik vb. alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.

• Mıknatısın Kutupları

Mıknatısın itme veya çekme kuvvetinin en yoğun olduğu bölgelere, mıknatısın kutupları denir. Bir mıknatısın N (North) ve S (South) olmak üzere iki kutbu vardır. Bir mıknatıs parçalara bölündükçe her bir parça yine iki kutuptan meydana gelen bir mıknatıs özelliği gösterir.

MANYETİK ALAN

Manyetik alan, bir mıknatısın kuvvetinin etkili olduğu alandır. Bu etki, bir mıknatısın çevresine demir tozları döküldüğü zaman tozların, kutupların bölgesinde yoğun olmak üzere mıknatısın çevresinde çizgiler oluşturmasından anlaşılır. Bundan dolayı manyetik alan, ………devamı

• Manyetik Alanın Zararları

Manyetik alan yüzünden ölçüm cihazlarında yanlış ölçümler oluşabilir. Laboratuvar ortamlarında manyetik alan oluşumundan dolayı yanlış ölçümler olmaktadır. Elektronik cihazların çalışmalarını olumsuz yönde etkileyebilir. Manyetik alan tüm dünyayı etkilediğinden dolayı canlı metabolizmasını etkileyebilir bir takım hastalıklar ortaya çıkabilir.

• Elektromıknatıs

Elektromıknatıs, bir manyetik nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobinden oluşur. Bir iletkenden akım geçirildiği zaman  etrafında bir manyetik alan  oluştuğu ve bir bobinden akım geçirildiği zaman ise çevresinde daha güçlü bir manyetik alan oluşur ve bu alan, nüve üzerinden dolaşarak nüvenin mıknatıs özelliği göstermesini sağlar. Elektromıknatıs…….devamı

KİMYASAL ETKİ

Elektrik akımı bazı sıvı bileşiklerden geçirilince (asitli bazlı tuzlu su) sıvı iyonlarına ayrılır ve bu iyonlar elektron taşıyıcısı durumuna geçerek sıvıdan elektrik akımının geçmesini sağlamaktadır.

• Elektroliz

Elektrik akımı sayesinde sıvı içerisinde çözünmüş olan kimyasalların ayrıştırılma işlemine elektroliz denir. devamı…….

• Piller

Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren kaynaklardır. Pillerden doğru akım (DA/DC) elde edilir. Devamı…….

FİZYOLOJİK ETKİSİ

Fizyolojik (Bedensel) Etkisi; Elektrik akımının faydalı fizyolojik etkilerin arasında işitme cihazları, kalp pili ve birtakım bedensel ve psikolojik hastalıkların tedavisi yer almaktadır. Elektrik akımının fizyolojik bakımdan faydaları olduğu gibi zararları da vardır. Sakıncası elektrik çarpmasıdır. Çarpma sonucu insan vücudu üzerindeki etkileridir.

Elektrik akımının öngörülemeyen zararlı etkilerine karşı alınacak önlemler:

• Tesisat arızası giderilirken şalter ve elektrik sigortaları onarım bitene kadar kapatılmalı,  gerekirse elektrik panosunun başına bir nöbetçi bırakılmalıdır.
• Tesisatlarda mutlaka faz koruma rölesi, faz sırası rölesi, kaçak akım rölesi ve sigorta kullanmak
• Elektrikli cihaz onarımı sırasında cihazın fişini prizden çekip, yalıtkan eldiven ve yalıtkan ayakkabı giydikten sonra işe başlamak gibi önlemler alınmalıdır.