Elektrik Enerjisi ve İletkenlerin Önemi

Elektriğin iletiminde neden iletkenlere ihtiyaç duyuluyor? İletken içerisindeki elektronların akışıyla oluşan elektrik akımı, herhangi bir malzemeden geçebiliyor mu? Bu soruların cevabı ve iletkenlerin önemi yazımızda.

A- A+

22.12.2019 tarihli yazı 16492 kez okunmuştur.

Hareketli elektrik yüklerinin neden olduğu bir tür kinetik enerji, elektrik enerjisi olarak tanımlanıyor. Enerji miktarı, yüklerin hızıyla doğru orantılıdır. Kullanım açısından en uygun olan enerji şekli, elektrik enerjisidir. Kullanımı kolay olup bir konumdan diğerine taşınabiliyor. Bu taşıma sırasında da iletkenler devreye giriyor.

İletkenler, elektrik akımının diğer malzemelere göre daha serbest şekilde akışına izin veren malzemelerdir. Bu durum, atomların yapısından kaynaklanıyor. Diğer malzemeler ise elektrik akımına karşı dirençlidir. Bu malzemeler de yalıtkan olarak adlandırılıyor.

İletkenler, elektrik köprüsü vazifesinde olup cihazlarımızı açık ve kullanıma hazır halde tutuyorlar. İletkenler olmadan enerjiyi kullanmak mümkün olmayacağından elektriğin iletiminde oldukça önemlidirler. Bir iletkende atomun dış yörüngesindeki elektronlar gevşek bir şekilde bağlanıyor. Elektriksel yük uygulanınca malzeme içerisinde serbestçe hareket edebiliyorlar.

Zayıf elektrostatik kuvvetler, bir iletkenin en dış yörüngesindeki elektronları etkileyebiliyor. Bir iletkenin ucuna elektrik potansiyeli veya elektromotor (EMK) kuvveti uygulandığında, zayıf olan elektronlar atomlardan ayrılıyor. Bu durum, atom çekirdeğinin tüm atomları tutacak kadar güçlü olmadığı anlamına geliyor. Ayrılan atomlar, iletken içerisinde hareket etmeye başlıyor. Bu elektron akışı, elektik akımını oluşturuyor.

Bir atomdan koparılan elektron, diğer atomun son yörüngesine doğru hareket ediyor. Bu hareket, orantısız sayıda elektron ve protona yol açan atom içinde dengesizlik oluşturuyor. Bu nedenle, en dış yörüngedeki atom başka bir atoma geçiyor. İletken tarafındaki elektron, doğrudan diğer tarafa gitmiyor. Bunun yerine, başka bir atoma hareket ediyor ve o atomun son yörüngesindeki elektronunun bir sonrakine gitmesine neden oluyor. Bu döngü böyle devam ediyor.

►İlginizi Çekebilir: İletken Kesit Hesabı Nasıl Yapılır? İletken Tipleri ve Sınıfları

Elektrik akışı ancak malzemenin içinde hareket eden elektronlarla mümkündür. Bir atomun en son yörüngesine bakarak iletkenliğini belirlenebiliyor. Metallerin son yörüngede eksik elektron bulunuyor. Bu elektronlar, elektromotor kuvveti uygulayarak metal içerisinde serbest şekilde hareket ediyorlar. Örneğin; son yörüngesindeki atomları sıkıca bağlı olan kauçuğa büyük bir EMK kuvveti uygulansa bile atomların hareketine izin verilmiyor. Bakır tellerini yalıtmak için kauçuk veya plastik türevlerinin kullanılmasının nedeni budur.

Son yörüngesi tam olan atomlar ise genelde iyi yalıtkanlardır. Son yörüngesinde, dörtten az elektronu olan atomlar ise mükemmel iletkendir. Metaller de bu özelliği taşımakta. Metaller, atomların dış yörüngesinde serbestçe paylaşılan elektronlara sahip olma eğilimindedirler.

►İlginizi Çekebilir: Kablolarda Kullanılan İletken Tipleri ve Özellikleri | 2M Kablo

Yüksek elektrik ve ısı iletkenliği olan bakır atomunun 29 elektronu bulunuyor. İlk yörüngesinde 2, ikinci yörüngede 8, üçüncü yörüngede 18 elektron bulunmakta. En son yörünge ise bir elektrona sahip olup, bu elektron çok hareketli ve elektriksel alanlara duyarlıdır. Bu durumun bakırın iyi bir iletken olmasında önemli bir rolü bulunmakta.

Elektriksel olarak ikinci sırada yer alan bakır, birçok elektrik uygulamasında kullanılıyor. Ancak en iyi iletken gümüştür. Gümüş, son yörüngesindeki bir değerlik elektronuyla birlikte 47 elektrona sahiptir. Elektronun yüksek enerjisi, küçük bir elektromotor kuvvetiyle bile harekete geçmesini sağlamakta. Gümüşün bu özelliği onu çok iyi iletken yapıyor. Ancak fiyatının yüksek olması nedeniyle tercih edilemiyor.

Altın ise en verimli üçüncü iletkendir. En dış yörüngesindeki bir değerlik elektronuyla beraber toplam 79 elektrona sahip. Aynı zamanda insan vücudu da içinde bulundurduğu potasyum, sodyum, demir gibi iyonlar nedeniyle iyi bir iletkendir. Bu iyonlar vücut sıvılarında serbest bir şekilde hareket ediyor ve vücudumuzu elektrik yüklerine karşı hassas bir hale getiriyor.

İletkenin karşıtı olan yalıtkan ise, malzemenin arasında dolaşan serbest elektronun olmadığı durumdur. Bir atomdaki elektronlar, çekirdek tarafından sıkıca tutuluyorsa ve elektromotor kuvvetine karşı oldukça dirençli oluyorsa yalıtkandır. Yalıtkanlarda, elektronlar dolaşmakta serbesttir ve komşu atomlar tarafından paylaşılmıyor. Yani iletkenlik, atom ve özelliklerine bağlıdır.

İletkenlerin modern elektrik sistemlerindeki önemi göz ardı edilemez. Bu iletkenler olmadan akımların elektrik santralinden, devre kutusuna ve evimizdeki prizlere taşınması çok daha zor olacaktır.

İletkenler elektrik akışını sağlıyor ve yalıtkanlar da tam tersini yapıyorsa dirençlerin görevi nedir? Dirençlerin yalıtkanlardan farkı ne oluyor? Elektrik devrelerinde akımı kontrol eden devre elemanı olan dirençlerin geniş uygulama alanları bulunuyor.

Dirençler, akım akışını kısıtlayarak devreden geçen elektrik akımını azaltıyor. Yalıtkanın aksine, dirençler elektik akımın akışını engellemiyor. Sadece akımı belirli bir miktarda sınırlıyor. Dirençler için farklı kademeler olduğundan, bir rezistansın direnç seviyesi hassas bir şekilde ayarlanabiliyor.