Akım Kavramı

AKIM NEDİR?

Bir E elektrik alanı içerisinde bulunan farklı iki nokta arasında yük farkı bulunuyorsa bu iki nokta arasında potansiyel bir fark bulunur. Elektrik yükleri doğal olarak bulundukları ortamı nötrleştirmek isterler. Bu iki yük arasında iletken bir ortam varsa yüksek potansiyelli noktadan düşük potansiyelli noktaya doğru bir yük akışı olacaktır. İşte bu yük akışına akım denir. Akımı daha iyi tanımlamak için aşağıdaki şekli inceleyebiliriz:

Bir A alanından geçen yükler. Akımın yönü, (+) yüklerin yönü olarak alınır.

Akımı daha iyi tanımlamak için yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bir A alanına dik olarak hareket eden pozitif yüklerin olduğunu varsayalım. Bu alan, bir iletken telin kesit alanı olsun. Akım, bu yüzeyden birim zamanda geçen yüklerin miktarıdır. Bir Δt zaman aralığında bu alandan geçen yük miktarı ΔQ ise ortalama akım (Iort) yükün bu zaman aralığına oranıdır.

Yükün akış hızı zaman göre değişiyorsa, akım da zamana göre değişir. Bu durumda yukarıdaki ifade için genel bir ifade olan ani akım hesaplanır:

Akım I ile gösterilir. Birimi (elektrik akımı ve manyetik alanlar arasındaki ilişkiyi keşfetmiş olan Fransız bilim adamı Andre-Marie Ampére anısına) Amper'dir. A ile gösterilir. Ampermetre ile ölçülür.

Bu bağıntıya göre elektrik akımının SI birim sistemine göre birimi:

olur.
 

AKIMIN YÖNÜ

Bir atomda elektronlar hareketli, protonlar ise sabittir. Ancak her iki parçacık için de belirli bir 'hareket ve yön'den bahsedilir. Aslında proton, bir 'oyuk', elektron da bu oyuğu kapatan bir tanecik olarak düşünülebilir. Elektron ileri yönde hareket ettiğinde, oyuk yani proton geride kalacaktır. Bunu bir seri şeklinde düşünürsek, elektron kaç birim ilerlediyse proton da o kadar geride kalacak demektir. Bu yaklaşımla, protonların göreceli olarak elektronların tersi yönde hareket ettiğini söyleyebiliriz.

Metallerde akım yönü elektronların yönüdür, çünkü metal atomları negatif yüklüdür ve bu elektronlar koparak kendilerini nötrlemek isterler. Ancak elektrik devrelerinde akım yönü, güç kaynağının pozitif ucundan negatif ucuna doğru alınır. Bu kabul, devrenin akımının hesaplanmasında işlem kolaylığı sağlar.

Farklı ortamlarda akım, elektronlarla veya protonlarla taşınabilir. Örneğin elektrolit sıvılarda (elektrik akımı verilerek bileşenlerine ayrılan sıvı, çözelti) akım hem elektronlarla hem de protonlarla taşınabilir. Kurşun-asit pillerde pozitif hidrojen iyonları bir yönde akarken, negatif sülfat iyonları diğer yönde akar. Elektrik arkında akımı oluşturan parçacık genelde elektronlardır. Aynı şekilde bir hızlandırıcıdaki pozitif yüklü proton demeti söz konusu ise akım hem pozitif hem de negatif yük akışı ile gerçekleşir.

Eğer bir iletken telin uçları birleştirilerek bir halka şeklinde bağlanırsa halka üzerindeki tüm noktalar aynı potansiyele sahip olacağından elektrik alanı sıfır olur. Elektrik alan sıfır olduğu için de iletken üzerinde bir yük akışı yoktur, dolayısıyla akım da sıfırdır. Şayet halkanın uçları birbirinden ayrılır ve bir güç kaynağına bağlanırsa halka artık her noktasında aynı potansiyele sahip olmayacaktır. Böylece iletkenin uçları arasında bir potansiyel fark oluşur. Elektrik alanı, tel içindeki yüklere kuvvet uygular ve onları iletken içinde hareket etmeye zorlamak sureti ile dolaşmasına ve bir akım oluşmasına sebep olur.

Elektrik yüklerinin herhangi bir madde üzerinde iletilmesi, o maddenin elektrik yüklerine karşı gösterdiği dirence (yani zorluğa) bağlıdır. Doğada maddeler, elektriği iletmede gösterdikleri zorluğa ve kolaylığa göre 'iletken ve yalıtkan maddeler' olarak ikiye ayrılır. Bir sonraki yazımızda iletken ve yalıtkanlık kavramını inceleyerek elektrik endüstrisinde kullanılan malzemeleri inceleyeceğiz.