Yıldırım
çarparsa
arabada kal
Metal kaporta seni yakmaz, korur. Sebebi 19. yüzyıldan kalma bir keşif: iletken bir kürenin iç kısmında elektrik yükü yoktur. Bu ünitede yüklerin bir iletkende nereye gittiğini öğreneceksin.
Elektrik akımı, elektrik yüklerinin belirli bir yönde hareket etmesiyle oluşan bir akıştır. Bu akımın iletilmesini sağlayan maddelere iletken maddeler denir.
İletken maddeler, elektronların (elektrik yüklerinin) serbestçe akabildiği ve bu nedenle elektrik akımını iletebilen maddelerdir.
İletken maddelere gümüş, altın, bakır, demir, tuzlu su örnek verilebilir.
Elektrik akımını geçirmeyen maddelerdir. Yalıtkanlarda serbest hâlde yok denecek kadar az elektron bulunur ve elektrik yükleri madde içinde yayılmaz, bir bölgede kalır.
Yalıtkan maddelere plastik, cam, tahta gibi malzemeler örnek verilebilir. Elektrik akımını geçiremedikleri için elektrik devrelerinde izolasyon malzemesi olarak kullanılırlar.
İletken bir cisim elektrik ile yüklendiğinde, yükler maddenin tüm dış yüzeyine dağılır. Bu, iletkende yüklerin serbestçe hareket edebilmesinden kaynaklanır. İletken cisimlerde aynı cins yükler birbirini iter ve bu nedenle yükler gidebildiği en uzak bölgeye yerleşir. Aşağıdan bir şekil seç.
Küresel bir iletkenin yüzeyi düzgün olduğu için, yükler eşit şekilde dağılır ve düzenli bir dağılım gösterir. Her nokta merkeze aynı uzaklıkta olduğundan hiçbir bölge diğerinden ayrıcalıklı değildir.
İletken bir madde elektrik ile yüklendiğinde yükler her zaman simetrik olarak dağılmayabilir. İletken maddenin sivri bir ucu varsa yükler burada daha fazla birikir. Yıldırımsavarların ucunun sivri olmasının sebebi budur.
Yüklü bir cismin içi boş bir iletken küreyle üç farklı ilişkisi olabilir: içine yerleştirilebilir, iç yüzeyine dokundurulabilir veya dış yüzeyine dokundurulabilir. Üçünde de sonuç bambaşka.
Pozitif yüklü bir cisim, içi boş bir kürenin içine yerleştirildiğinde, içi boş kürenin dış yüzeyindeki negatif yükler, pozitif yüklü cisme doğru çekilir. Dış yüzeyden içeri doğru çekilen negatif yükler, kürenin dış yüzeyinde pozitif yük yoğunluğunu artırır. Sonuç: iç yüzey negatif (−), dış yüzey pozitif (+) yükle yüklenir.
Pozitif yüklü bir cisim, içi boş bir iletken kürenin iç yüzeyine dokundurulduğunda, yüklü cisimdeki elektrik yükleri hızla kürenin dış yüzeyine dağılır. Sonuç olarak iletken küre pozitif yüklü hâle gelirken, cisim nötr olur.
Pozitif yüklü bir cisim, içi boş bir iletken kürenin dış yüzeyine dokundurulduğunda, küre ve cisim, kendi yük kapasitelerine göre net yükü paylaşırlar. Bu, önceki ünitedeki dokunma ile elektriklenmenin aynısıdır.
Faraday kafesi, dış elektromanyetik etkilerden korunmayı sağlayan bir yapıdır. Bu yapı genellikle metal plakalardan veya örgülerden oluşur ve içine yerleştirilen nesneleri dışarıdan gelen elektrik alanlarından etkilenmekten korur. Michael Faraday tarafından 19. yüzyılda bulunan Faraday kafesi, adını bu ünlü bilim insanından almıştır. Faraday, deneylerinde metal bir kürenin iç kısmında elektrik yükü olmadığını ayrıntılı deneylerle gösterip açıklayan bilim insanıdır. (Aynı gözlemi ondan yaklaşık 90 yıl önce Benjamin Franklin de yapmıştı.)
Uçakların metal gövdeleri ve arabaların metal kaportaları, Faraday kafesi işlevi görerek içlerindeki yolcuları yıldırıma karşı korur. Bu sayede elektriksel yüklerin iç mekâna sıçraması ve yolculara zarar verme riski azaltılır.
Binaların metal çatıları ve yapısal elemanları da yıldırıma karşı koruma sağlamak için Faraday kafesi olarak işlev görür. Bu yapı elemanları, binaların içindeki insanları ve elektronik cihazları dış etkilerden korur.
Araba kaportası, Faraday kafesi işlevi görerek araç içine dışarıdan gelen radyo dalgalarının girmesini engeller. Bu nedenle araç antenleri genellikle araçların dışına monte edilir.
Yüklü bir cismi toprağa bağlayarak nötr hâle getirme işlemine "topraklama" denir. Toprak, elektronların kolayca gidebildiği sonsuz yük kapasitesine sahip bir ortamdır. Topraklanan bütün yüklü cisimler nötr hâle gelir.
Negatif yüklü bir iletken cisim kablo ile toprağa bağlanıp anahtar kapatılırsa, cisim üzerinde bulunan fazla elektronlar kablo ile toprağa doğru hareket eder. Fazla elektronlar toprakta dağılır. Böylelikle cisim nötr hâle gelir.
Pozitif yüklü bir iletken cisim kablo ile toprağa bağlanıp anahtar kapatılırsa, cisim üzerinde bulunan pozitif yükler kablo ile topraktan elektron çekerek cismi nötr hâle getirir. Dikkat: yine hareket eden şey elektronlardır, sadece yönü terstir.
Topraklama, elektrik akımının güvenli bir şekilde toprağa aktarılmasını sağlayarak elektrik çarpması riskini azaltır. Özellikle elektrikli cihazlarda meydana gelen arızalarda, topraklama hattı gibi düşük dirençli bir alternatif yol kullanılarak elektrik akımı güvenli bir şekilde boşaltılır; böylece insanların ve ekipmanın zarar görmesi önlenir.
Elektrik cihazlarının metal gövdeleri toprak hattına bağlanarak, oluşabilecek elektrik kaçağı durumunda fazla elektrik akımı güvenli bir şekilde toprağa yönlendirilir. Bu sayede insanların can güvenliği sağlanır ve elektrikli cihazların daha uzun ömürlü olması sağlanır. Toprak bağlantısı olan prizler gibi güvenlik önlemleri, topraklama sisteminin pratik uygulamalarından biridir.
Verilen madde ya da durum için doğru seçeneği işaretle.
Bu ünitenin konuları, fark etmesen de her gün seni koruyor.
Arabaların metal kaportaları Faraday kafesi işlevi görerek içlerindeki yolcuları yıldırıma karşı korur. Yıldırım kaportanın dış yüzeyinden akıp gider; içerideki elektrik alan sıfırlandığı için yüklerin iç mekâna sıçrama riski azalır. Lastikler değil, metal gövde koruyor.
Uçakların metal gövdeleri de Faraday kafesi işlevi görür. Yolcular ve elektronik sistemler dış elektrik alanın etkisinden korunur — bu yüzden uçağa yıldırım düşmesi yolculuğu kesintiye uğratmaz.
Araba kaportası Faraday kafesi işlevi görerek araç içine dışarıdan gelen radyo dalgalarının girmesini engeller; bu nedenle araç antenleri genellikle araçların dışına monte edilir. Tünelde radyonun kesilmesi de aynı sebeptendir.
Elektrik cihazlarının metal gövdeleri toprak hattına bağlanarak, oluşabilecek elektrik kaçağı durumunda fazla akım güvenli bir şekilde toprağa yönlendirilir. Çamaşır makinesinin gövdesine dokununca çarpılmamanın sebebi o topraklama ucudur.
İletken maddenin sivri bir ucu varsa yükler burada daha fazla birikir. Sivri uçta yük yoğunluğu en yüksek olduğu için yıldırım oraya çekilir ve iletken yolla toprağa aktarılır. Binaların metal çatıları da Faraday kafesi olarak işlev görür.
İçteki bakır iletkendir — elektronlar serbestçe akar. Dıştaki plastik yalıtkandır: serbest hâlde yok denecek kadar az elektron bulunur. Yalıtkanlar bu yüzden elektrik devrelerinde izolasyon malzemesi olarak kullanılır.
Kapaktaki metal örgü de bir Faraday kafesidir; metal plakalardan veya örgülerden oluşan bu yapı dalgaları içeride tutar. Camdan bakabilirsin ama dalgalar dışarı sızmaz.
İletken bir cisim yüklendiğinde yükler maddenin tüm dış yüzeyine dağılır; çünkü aynı cins yükler birbirini iter ve gidebildiği en uzak bölgeye yerleşir. İçeride yük kalmaz — Faraday'ın keşfi de tam olarak buydu.
Yolda biriken durgun elektrik, yakıt dolumunda kıvılcım yaratabilir. Tankerin toprakla teması, yüklü cismi toprağa bağlayarak nötr hâle getirme işlemidir — topraklanan bütün yüklü cisimler nötr hâle gelir.
30 sorudan oluşan bu test ile "İletken ve Yalıtkanlarda Yük Dağılımı" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Elektronların serbestçe akabildiği ve elektrik akımını iletebilen maddeler. Gümüş, altın, bakır, demir, tuzlu su örnektir.
Elektrik akımını geçirmez; yükler madde içinde yayılmaz, bir bölgede kalır. Plastik, cam, tahta örnektir.
İletken yüklendiğinde yükler dış yüzeye dağılır; aynı cins yükler birbirini ittiği için gidebildiği en uzak bölgeye yerleşir.
Küresel iletkende yükler eşit dağılır; ancak iletkenin sivri bir ucu varsa yükler burada daha fazla birikir.
Pozitif cisim içine yerleştirilirse iç yüzey negatif, dış yüzey pozitif yüklenir. İç yüzeye dokundurulursa küre yüklenir, cisim nötr olur.
Yüklerin ayrışmasıyla kafes içinde dış alana zıt yönde bir alan oluşur; iki alan birbirini nötrler ve içerideki elektrik alan sıfırlanır.
Michael Faraday, metal bir kürenin iç kısmında elektrik yükü olmadığını deneyleriyle gösterip açıklayan bilim insanıdır.
Yüklü cismi toprağa bağlayarak nötr hâle getirme işlemidir. Topraklanan bütün yüklü cisimler nötr hâle gelir.
Cihazların metal gövdeleri toprak hattına bağlanır; kaçak durumunda fazla akım güvenli şekilde toprağa yönlendirilir.