Ohm Kanunu Nedir

Merhaba arkadaşlar bu yazımda direnç ve ohm kanununu, akım yoğunluğu, potansiyel fark ve ohm kanunu formüllerinin nasıl elde edildiğini sizlerle paylaştım. Bir iletken içinde elektrik alan bulunmaz. Bununla beraber, bu ifade ancak iletkenin statik dengede olması halinde doğrudur. Bu yazının amacı, iletken içinde yüklerin hareket etmesine izin verilmesi halinde neler olacağını anlamaktır.

Bir iletken içinde akım üretmek üzere, yükler, iletken içindeki elektrik alanının etkisi ile hareket ederler. Bu durumda iletken içinde elektrik alan mevcuttur. Çünkü biz hareketli yüklerle, yani elektrostatik olmayan durumlarla ilgileniyoruz.

A kesit alanlı ve I akım taşıyan bir iletkeni ele alalım. İletken içindeki J akım yoğunluğu, birim alan başına düşen akım olarak tanımlanır. J= nqv_sA ol­duğundan, akım yoğunluğu,

ile verilir. Burada J, SI da A/m² birimindedir. Bu ifade sadece, akım yoğunluğunun düzgün ve yüzeyin akım yönüne dik olması halinde geçerlidir. Genelde akım yoğunluğu vektörel bir niceliktir. Yani,

J = nqV_S (27.6)

dır. Bu tanımdan bir daha anlıyoruz ki; akım yoğunluğu da, akım gibi pozitif yük taşmalar söz konusu iken yüklerin hareketi yönünde, negatif yük taşıyıcılar söz konusu iken yüklerin hareketinin aksi yönündedir.

Bir iletkenin uçları arasına bir potansiyel farkı uygulanırsa, iletken içinde bir J akım yoğunluğu ve bir E elektrik alanı meydana gelir. Şayet potansiyel far­kı sabitse, iletken içindeki akım da sabit olacaktır. Bazı maddelerde akım yoğunluğu, elektrik alanla doğru orantılıdır. Yani,

J=σE (3)

şeklindedir. Buradaki σ orantı katsayısına iletkenin iletkenliği adı verilir. Eşitlik 3 ve uyan maddelere, Georg Simon Ohm (1787-1854) ismine izafeten ohm kanununa uydukları söylenir.

Ohm kanununa uyan, dolayısıyla E ile J arasında lineer (doğrusal) gösteren maddelerin omik (ohmic) oldukları söylenir. Bütün maddelerin bu özelliğe sahip olmadığı deneysel olarak bulunabilir. Ohm kanununa uymayan maddelere omik olmayan maddeler denir. Ohm kanunu doğanın temel bir kanunu değildir; fakat sadece belli maddeler için geçerli olan deneysel bir bağıntıdır.

Ohm Kanunu

Ohm kanununun pratik uygulamalarda daha kullanışlı bir biçimi. Şekil 5 te görüldüğü gibi, A kesitine ve l boyuna sahip doğrusal bir tel parçası­nın incelenmesinden elde edilebilir. Telin uçlarına, telde bir elektrik alan ve akım meydana getiren bir V_b – V_a potansiyel farkı uygulanır. Teldeki elektrik alanın düzgün olduğu kabul edilirse, ΔV= V_b — V_a potansiyel farkı elektrik ala­nı ile

ΔV=El

şeklinde bağlıdır. Bu yüzden akım yoğunluğunun büyüklüğü

şeklinde ifade edilebilir. J=I/A olduğundan, potansiyel farkı

olarak alabilir. Burada l/σA niceliğine iletkenin R direnci adı verilir:

Bu sonuçtan anlaşılacağı özere, direnç SI de amper başına volt birimine sahiptir. Amper başına 1 volt, bir ohm(Ω) olarak tanımlanır:

Şekil 5 Kesit alanı A olan ve boyu l olan bir iletken. İletkenin uçlan arasına uygulanan V_b– V_a potansiyel farkı, iletkende bir E elektrik alanı meydana getirir ve bu da bir akım oluşturur. Do­layısıyla teldeki akım, potansiyel farkı ile orantılıdır.

Bu sonuç, potansiyel farkının

tanımından elde edilir.

Yani bir iletkenin uçlan arasındaki bir voltluk bir potansiyel farkı, 1Alik bir akıma sebep olursa iletkenin direnci 1Ω olur. Örneğin, 120 V luk bir kaynağa bağlı elektrik aleti, 6A lik bir akım taşırsa, bu aletin direnci 20Ω dur.

Eşitlik 27.8 in potansiyel farkı için çözümü, bolum başındaki resim kısmını açıklar; yüksek voltajlı tellere konan kuşlar neden yanmaz? Toprakla teller arasında yüz binlerce volt potansiyel farkı olsa bile, kuşun ayaklan arasında çok küçüktür (kuştan ne kadar akım geçeceği hesaplanabilir).

Bir maddenin iletkenliğinin tersine özdirenç (ρ )denir:

Bu tanım ve (27.8) Eşitliliğinden, düzgün bir blok halindeki maddenin direnci

olarak ifade edilebilir. Burada p, ohm-m(Ω.m) birimindedir. Her omik malzeme özel bir özdirence sahiptir ve bu parametre malzemenin özelliklerine ve sıcaklığına bağlıdır. İyi elektrik iletkenler çok küçük özdirence (veya yüksek iletkenliğe), iyi yalıtkanlar ise çok büyük özdirence (düşük iletkenliğe) sahiptir. Ayrıca, Eş. 27.11 ’den de görülebileceği gibi, direnç, özdirenç gibi geomet­risine de bağlıdır. Tablo 27.1 de çeşitli maddelerin 20C deki özdirençleri verilmiştir. Çok küçük değerleri olan gümüş ve bakır gibi iyi iletkenlerden, çok büyük değerleri olan cam ve plastik gibi çok iyi yalıtkanlarınkine kadar geniş bir aralıkta bulunur. İdeal iletken sıfır dirençli, ideal yalıtkan da sonsuz dirençli kabul edilir.

Eşitlik 27.11’den anlaşılıyor ki, silindirik bir iletkenin direnci, boyuyla doğru orantılı, dik kesit alanı ile ters orantılıdır. Buna göre telin boyu katlanırsa, direnci ikiye katlanır. Hatla, kesit alanı ikiye katlanırsa, direnci yarıya düşer. Bu duruma, bir boru boyunca sıvının akışına benzer. Borunun uzunluğu arttığında, sıvı akışkana mukavemet artar. Borunun dik kesit alanı artırılırsa, sıvı daha hızlı nakledilir.

Bir çok elektrik devresinde, devrenin çeşitli kısımlarındaki akım seviyesini kontrol etmek için rezistans adı verilen aygıt kullanılır. Rezistansların iki yay­gın tipi, karbon ihtiva eden “kompozit” rezistans (ki bu bir yarıiletkendir), bobin şeklinde sarılan tel sargılı rezistans dır. Dirençlerin ohm cinsinden değerleri, genelde renk kodlu olarak verilir. Renk kodla­rını, belirli direnç değerlerine Tablo 27.2 yi kullanarak çevirebilirsiniz.

Bu yazımızda direnç ve ohm kanunu hakkında konu anlatımı yaptım. Diğer yazımızda görüşmek üzere.