Elektrik Nedir ?

Elektrik Enerjisinin Oluşumu Tanımı Ve Tarihi Gelişimi
Bilim, doğanın temel yasalarının araştırılması ve öğrenilmesi etkinliğidir Teknoloji ise insanlığın doğa içindeki gücünü arttırmasına olanak sağlar İnsanlık binlerce yıldan beri, hem doğayı anlamaya ve kavramaya, hem de onun yasalarına bağlı kalarak gücünü ve etkinliğini arttırmaya çalışmıştır
Taştan balta yapılması, ateşin keşfi, ok ve yayın icadı, bronz ve demirin keşfi ve eritilmesi, tekerleğin icadı, piramitlerin yapımı, hayvanların evcilleştirilmesi ve büyük tarım devrimi, insanlığın binlerce yıl önce sağlamış olduğu bilimsel ve teknolojik gelişmenin en önemli aşamalarından bazılarıdır Ancak bu gelişmeler çok uzun tarihsel dönemlerde gerçekleşebilmiştir Keşif ve icatların birikmesi, nüfusun artması, ulaşım araç ve imkânlarının çoğalması ve yazının bulunmasıyla, bilimsel ve teknolojik gelişmeler de hızlanmaya ve çeşitlenmeye başlamıştır

Bir enerji kaynağı ve aracı olarak elektriğin pratikteki kullanımı, henüz yeni sayılabilecek modern dönemlere özgü olmakla birlikte, elektrik kavramının ve elektrikle ilgili düşünce ve deneyimlerin doğuşu ve gelişimi oldukça eskidir

Elektrik ve mıknatıs ( magnet ) sözcüklerinin kökeni eski Yunanca'dan gelmektedir Elektrik sözcüğünün kaynağı " kehribar " anlamına gelen Yunanca elektron sözcüğüdür Mıknatıs ( magnet ) sözcüğünün de, mıknatıs taşlarına oldukça sık rastlanan Batı Anadolu'dakki Magnesia ( bugünkü Manisa ) bölgesinden türediği sanılmaktadır Çinlilerin MÖ 1100 yıllarında mıknatıs taşları ile mıknatısladıkları madenî iğnelerden bir tür pusula yaptıklarını ve denize açıldıklarında bunlardan yararlandıklarını biliyoruz Ancak elektrik ve magnetizma ile ilgili elimizdeki ilk yazılı belgeler eski Yunan filozof Tales'in
( MÖ 625 - MÖ 545 ) elektriğe ve magnetizmaya ilişkin önemli gözlemlerde bulunduğu, Aristoteles'in yazılarından öğreniyoruz Bu gözlemlerinde Tales, kehribarın hafif cisimleri ve mıknatıs taşının da demiri çekebilme özelliği bulunduğunu saptamıştır Hatta daha da ileri giderek bu iki tür olay arasında ilişki kurmaya çalışmıştır Romalı şair Lukretyüs, De Nerum Natura adlı yapıtında mıknatıs taşının demir halkaları çekebildiğinden söz etmektedir

Bilimsel çalışmaların ve düşünsel gelişmelerin Batı da çok yavaşladığı Ortaçağ döneminde en göze çarpan yenilik, kehribar ve mıknatıs taşı üzerine yaptığı gözlemlerle Rönesans bilimcilerine ilham veren ünlü İngiliz bilimcisi Roger Bacon'ın ( 1220 - 1292 ) öğrencisi Peter Peregrinus'un 1269 yılında, pusulanın ilkel biçimini tanımlaması olmuştur

Ancak pusulanın Peregrinus tarafında icat edilmediği ve Avrupalıların bu aygıtın varlığını ve özelliklerini, Müslümanlar aracılığıyla Çinlilerden öğrendiği tarihçilerin genel olarak kabûl ettikleri bir görüştür Pusulanın o dönemin en önemli teknolojik buluşu olması ve pratikte görülen büyük yararları, magnetizma olgusu üzerine ilginin ve çalışmaların artmasına yol açmıştır Bu konudaki ilk önemli yapıtın yazarı William Gilbert ( 1544 - 1603 )'dir İngiltere Kraliçesi I Elizabeth'in doktoru olan Gilbert'in De Magnete adlı kitabı 1600 yılında yayımlandı Gilbert bu kitabında, dünyanın küresel bir mıknatıs olduğunu ve pusulanın ibresinin dünyanın magnetik kutbunu gösterdiğini ortaya koyarak magnetizma teorisine çok büyük bir katkıda bulundu Pusula ibresinin, kuzey - güney doğrultusunun yanı sıra düşey yönde sapma gösterdiğini ilk kez söyleyen de Gilbert olmuştur

Magdeburg kenti belediye başkanı Otto Von Guericke ( 1602 - 1686 ), 1660 yılında elektriksel yük üreten ilk makinayı yaptı Bu makina, kayışlı bir makara düzeneği aracılığıyla elle döndürülen kükürt bir küreden oluşuyordu Çeşitli cisimlerin dönmekte olan kükürt küreye sürtünmesiyle belirli düzeylerde statik elektrik üretiliyordu Avrupa'da kısa sürede büyük bir üne kavuşan bu makina ile Guericke, elektriksel itme ilkesini kurmuş ve yaygınlaştırmış oluyordu

Elektriğin iletilebileceğini kanıtlayan ilk deneyler Stephen Gray ( 1696 - 1736 ) adlı bir İngiliz tarafından yapılmıştır Elektriklenmiş bir şişede elektriğin, şişenin mantar kapağına da geçtiğini gören Gray, bu gözleminden hareket ederek ipek, cam, metal çubuk ve benzeri cisimleri ard arda bitiştirerek elektriğin bu cisimler aracılığla iletilebileceğini gösterdi 1729'da yaptığı bu tür bir deneyde elektriği 255 metrelik bir uzaklığa kadar iletmeyi başardı Çeşitli maddeleri iletken ve yalıtkan olarak ilk kez sınıflandıran da Stephen Gray olmuştur

XVIII yüzyılın en gözde buluşlarından biri, Leyden şişesidir Alman EG Von Kleist ile Leyden (Hollanda'da bir kent) Üniversitesi matematik profesörlerinden Pieter Van Musschenbroek'in 1745 ve 1746'da birbirlerinden bağımsız olarak buldukları bu aygıt, içine metal bir çubuk batırılmış su dolu bir cam şişeden oluşuyordu Cam şişenin izolatör rolü gördüğü tarihteki bu ilk kondansatör, elektriği depolanarak çeşitli deneylerde bir kaynak olarak kullanılabilmesine olanak sağlıyordu

Leyden şişesinin bulunmasının ardından elektriğin iletimine ilişkin deneyler arttı Fransa'da yapılan bir deneyde Leyden şişesindeki elektrik 4 km uzaklığa iletildi Öte yandan elektriğin iletilebilir olması, onun hızının ne olduğunun merak edilmesine yol açtı Fransa'da ve İngiltere'de elektriğin hzını ölçme deneyleri yapıldı Bu deneylerin sonucunda elektriğin aynı anda kilometrelerce öteye ulaştığı düşüncesinden öteye gidilemedi

Elektrik yüklerinin artı ve eksi olarak belirlenip adlandırılmasını sağlayan Benjamin Franklin ( 1706 - 1790 )'dir Franklin, yaptığı çeşitli deneylerin sonucunda elektriğin belirli ortamlarda fazla veya eksik ölçülerde bulunabilen bir sıvı olduğu görüşüne vardı Her ikisinde de elektrik eksikliği yada fazlalığı bulunan cisimlerin birbirini ittiğini, birinde eksiklik diğerinde fazlalık olan cisimlerin ise birbirlerini çektiğini leri sürdü Fazlalığı artı elektrik, eksikliği ise eksi elektrik olarak adlandırdı

Leyden şişesiyle ilgili deneyleri de sürdüren Franklin, Leyden şişesinden boşalan elektriğin oluşturduğu çatırtılar ve kıvılcımlar ile fırtınalı havalardaki gök gürültüsü ve şimşek arasında bir ilişki olması gerektiğini düşündü ve 1752'de, fırtınalı bir havada uçurduğu bir uçurtma ile bir leyden şişesini yüklemeyi başardı Franklin'in bu deneyden pratik yararlar elde etme yönündeki girişimleri paratonerin bulunmasına giden yolu açtı Bu nedenle, yıldırıma karşı bir korunma aracı olarak kullanılan ve toprağa bağlı bir metal çubuktan ibaret olan paratonerin gerçek yaratıcısı Franklin'dir 1782 yılında Amerika'nın Philadelphia kentinde paratoner kullanan konut sayısı 400'ü geçiyordu

Elektriğin XVIII yüzyıl tarihindeki en önemli simanın Coulomb ve en büyük bilimsel keşfin de Coulomb Yasasının formüle edilmesi olduğunu söyleyebiliriz Fransız fizikçi Charles Augustin de Coulomb ( 1736 - 1802 ), elektriğin niceliksel işlemler ve ölçümler ifade edilebilen bir kavram ve bilim dalı haline getirilmesine çok büyük katkılarda bulunmuştur Coulomb, 1777 yılında, yüklü iki metal küre yada iki mıknatıs kutbu arasındaki itme veya çekme kuvvetini duyarlı bir biçimde ölçebilen burulmalı tartı aygıtını gerçekleştirdi ( Bu aygıtı icat etmesi nedeniyle 1781'de Fransız Bilimler Akademisi'ne seçildi) 1785'de ise bu tartı aygıtını kullanarak iki yük arasındaki itme veya çekme kuvvetinin, yüklerin çarpımı ile doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu deneysel olarak gösterdi Günümüzde Coulomb yasası olarak bilinen bu büyük bilimsel keşif, elektriğin bir bilim dalı haline gelmesinde temel nitelikte bir rol oynamıştır Coulomb yasası, Newton'un kütle çekimi yasasının elektrikteki karşılığıdır ( Kütle çekimi yasasından farklı olarak elektrikte iki yük arasında itme kuvvetinin varlığı da söz konusudur )

XVIII yüzyılın sonlarında gerçekleştirilen çok önemli bir buluş da pildir Pil sayesindedir ki, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürücek sürekli bir akım elde edebilme olanağı doğmuştur İtalyan hekim ve fizik bilgini Luigi Galvani ( 1737 - 1798 ), hayvanların dokularında bir tür elektrik bulunduğuna inanıyordu Laboratuvardaki kurbağalardan birinin açıktaki sinirlerine makasla dokunduğunda ölü hayvanın kaslarının kasıldığını fark etmişti Galvani'ye göre,"hayvansal elektrik" adını verdiği bu yeni güç, sürtünmeyle oluşan statik elektrikten farklı, yeni bir elektrik biçimiydi Pavia Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Alessandra Volta ( 1745 - 1827 ), Galvani'nin bu fikrine karşı çıktı ve oluşan elektriğin kaynağının kurbağa değil, ona dokundurulan metal parçaları olduğunu ileri sürdü Galvani ile Volta arasındaki bu tartışma başka bilim adamlarının da katılımıyla yıllarca sürdü ve ancak Volta'nın 1800 yılında Royal Society'ye yazdığı yazıda, iki metal plaka arasına tuz karışımlı sıvı koyarak elektrik akımı elde etmiş olduğunu bildirmesiyle sona erdi Böylece ilkel biçimiyle pil icat edilmiş oluyordu Volta daha sonra buluşunu geliştirdi ve tuzlu suyla nemlendirilmiş kartonlarla birbirlerinden ayrılmış ince bakır ve çinko levhaları üst üste koyarak hazırlanabilen piller yaptı Volta pili kısa bir süre içinde, özellikle kimya dalında olmak üzere önemli gelişmelere yol açtı İngiliz kimyacı Humphry Davy ( 1778 - 1829 ), 1807 yılında, özel olarak yapılmış güçlü bir Volta pilini kullanarak bileşikler içinden elektrik akımını geçirmek suretiyle potasyum ve sodyumu bileşiklerinden ayırmayı başardı Böylece XVIII yüzyılın sonunda, sürekli elektrik akımı üretebilen bir kaynağın gerçekleştirilmesiyle, hem elektrokimya dalında büyük adımların atılabilmesi süreci başlamış, hem de yüzyıllar boyunca varlığını korumuş olan elektrik tarihinin en temel sorusunun yani elektrik ile magnetizma arasındaki ilişkinin niteliği konusunun yanıtlanabilmesinin nesnel temeli yaratılmış oldu Bu sorunun yanıtının artık çok uzun bir süre geçmeden Kopenhag Üniversitesi'nde doğa felsefesi profesörü olan Hans Christian Oersted ( 1775 - 1851 )'den geldi Oersted, 1819 yılında, öğrencilerine elektrik akımından ısı elde edilmesini göstermek amacıyla Volta piliyle deney yaparken önemli bir olguya tanık oldu Kullandığı elektrik devresinin açılma ve kapanma anlarında, yakındaki bir mıknatıslı pusulanın iğnesinde sapmalar oluyordu Gözlemlerini sürdüren Oersted bir telin içinden akım geçirildiğinde elektrik akımının telin çevresinde bir magnetik alan oluşturduğu sonucuna vardı Oersted'in yaptığı deneylerin sonuçlarını 1820 yılında yayınlanması, bilim dünyasında büyük yankılar yarattı

Oersted'in keşiflerinin yayınlanmasından bir hafta sonra Fransız matematikçi ve fizikçi André Marie Ampére ( 1775 - 1836 ), bu yeni olguyu betimleyen ve Ampére Yasası olarak adlandırılan bir elektromagnetizma yasası formüle etti Bu yasa magnetik alan ile bu alanı doğuran elektrik akımı arasındaki bağıntıyı matematiksel olarak belirtiyordu Elektrodinamiğin kurucusu olan Ampére aynı zamanda elektrik ölçme tekniklerini de geliştirdi ve serbestçe hareket eden bir iğnenin yardımıyla elektrik akımını ölçen bir aygıt yaptı

İletkenlerden geçen elektrik akımına ilişkin çalışmalar yapan Alman fizikçi Georg Simon Ohm ( 1789 - 1854 ), bir iletkenden geçen akımın iletkenin uçları arasındaki gerilim ile doğru, iletkenin direnciyle ters orantılı olduğunu buldu Ohm, günümüzde kendi adıyla anılan bu yasayı ve onunla ilgili düşüncelerini 1827 yılında yayınladı

XIX yüzyılda elektrik teori ve pratiğine çok önemli katkılarda bulunmuş iki büyük bilim adamı vardır Bunlar büyük deneyci İngiliz Michael Faraday ( 1791 - 1867 ) ile elektromagnetik kuramının kurucusu İskoç James Clerk Maxwell ( 1831 - 1879 )'dir

Oersted, elektrik akımının bir magnetik alan oluşturduğunu göstermişti İngiliz kimyacı ve fizikçi Faraday ise mıknatısların elektrik akımı yarattığını buldu ve mıknatısların oluşturduğu elektrik akımına ilişkin yasayı formüle etti : Akımın şiddeti, iletkeni birim zamanda kesen kuvvet çizgilerinin sayısıyla doğru orantılıydı ( Faraday, yaşamı boyunca tüm çalışmalarını düzenli bir biçimde defterine not ediyordu Ölümünden sonra bu notlar 7 cilt halinde yayınlanmıştır Faraday, 1822 yılında defterine şu notu düşmüştü ; "Magnetizma'yı elektriğe dönüştür!" ) Faraday'ın bu bilimsel keşfi, onun sürekli bir akım üretebilen elektrik motorunu buluşuyla sonuçlanmıştır

Faraday'ın elektriğin yanı sıra kimya alanında da önemli katkıları bulunmuştur elektrokimyanın kurucusu olarak tanınan Faraday elektroliz yasalarının da kâşifidir Ayrıca, elektroliz, elektrot, anot, katot gibi günümüzde kullanılan sözcükleri de ilk kez ortaya atan Faraday'dır

Faraday, ilkelerine son derece bağlı olarak yaşayan bir bilim insanıydı 1850'li yıllarda İngiltere, Rusya ve Kırım'da savaş halindeyken, İngiliz hükümeti savaşta kullanılmak üzere bir zehirli gaz geliştirmesi için Faraday'a başvurmuştu Faraday'ın yanıtı çok kesindi : Böyle bir gazın geliştirilmesi mümkündü, ancak kendisinin böyle bir araştırmada yer alması düşünülemezdi

Bilimsel gelişmeye çok önemli ve özgün katkılarıyla Maxwell, belki ancak Newton'un ve Einstein'ın etkisiyle eş düzeyde tutulabilecek bir etki yaratmıştır Diğer şeylerin yanı sıra elektromagnetizma kuramı ile gerçekte XX yüzyıl fiziğine en büyük etkide bulunan XIX yüzyıl bilimcisidir Maxwell'in 100 doğum yılında, 1931'de Einstein, Maxwell'in çalışmaları sonucunda fizikteki gerçeklik kavramlarında ortaya çıkan değişiklikleri, Newton döneminden bu yana fiziğin kazandığı en köklü üretici deneyimler olarak tanımladı

Işığın da bir elektromagnetik dalga olduğu görüşünü benimseyen Maxwell, elektromagnetik radyasyon kavramını ortaya attı ve alan denklemlerini, Michael Faraday'ın elektrik ve magnetik kuvvet çizgileri üzerine oturttu Bu alan denklemleri daha sonra Einstein'ın özel görecelik kuramının gelişimine yol açtı ve kütle ile enerjinin eşdeğerliği ilkesine temel oluşturdu Maxwell'in düşünceleri ayrıca XX yüzyıl fiziğinin öteki büyük keşfi olan kuantum kuramının geliştirilmesine de öncülük etti Maxwell'in elektromagnetik radyasyonu tanımlaması, ısıl radyasyon yasasının oluşumuna yol açtı ve bu yasa da daha sonra Max Planck'ın kuantum hipotezini formüle etmesine yaradı ( Bu hipoteze göre ısı enerjisi yalnızca sınırlı miktarlarda yada kuantalar halinde yayılır )

Maxwell'in elektromagnetizma üzerine yaptığı çalışmalar onu tarihin en büyük bilim adamları arasına yerleştirmiştir

Kuramın en iyi açıklaması niteliğindeki "Elektrik ve Magnetizma Üzerine Tezler" adlı yaptının önsözünde, Maxwell yaptığı en büyük şeyin Faraday'ın fiziksel düşüncelerini matematiksel bir yapıya dönüştürmek olduğunu belirtmektedir Faraday indükleme yasalarını ( değişen bir magnetik alan, indüklenmiş bir elektromagnetik alana yol açar ) açıklama denemeleri sırasında Maxwell bir mekanik model oluşturdu O bu modelin, enine dalgalara yataklık yapabilen dielektrik ortam içinde bir deplasman akımına neden olduğunu buldu Bu dalgaların hızlarını hesapladı ve onların ışık hızına çok yakın olduğunu gösterdi Maxwell ışığın, elektrik ve magnetizma olgularının nedeni olan enine dalgalanmalar içerdiği sonucuna varmanın kaçınılmaz olduğuna karar verdi

Maxwell'in kuramı, elektromagnetik dalgaların bir laboratuvarda elde edilebileceğini öngörüyordu Bunu ilk olarak, Maxwell'in ölümünden sekiz yıl sonra, 1887'de Heinrich Hertz ( 1857 - 1894 ) gerçekleştirdi Kökeni Maxwell'in yazılarında bulunan çok sayıdaki uygulama, radyo sanayiinin doğuşuyla sonuçlandı

Oersted ile yoğunlaşmaya başlayan bilimsel gelişmeler Maxwell ile doruğa erişmişti Bu büyük gelişmeler sadece kuramsal düzeyde ilerlemekte kalmadı, teknolojik sonuçlara da yol açtı Faraday 1831 yılında elektrik üretebilen küçük nir jeneratör de yapmıştı Fakat onun bu icadı o yıllarda büyük teknolojik atılımlara neden olmadı Ancak XIX yüzyılın ikinci yarısında teknolojik gelişmeler yoğunlaştı ve hız kazanmaya başladı

1850'li yıllarda artık seri olarak üretilmeye başlanan dinomalar ilk kez yaygın olarak aydınlatma amacı için kullanıldı 1858'de başlayarak dinamolardan İngiltere'de deniz fenerlerindeki kömür uçlu ark lambalarının enerji kaynağı olarak yararlanıldı XIX yüzyılın son çeyreğinde artık elektrik motorları küçük ve bağımsız mekanik enerji gerektiren, demiryolları, asansörler, madencilik, makina tezgahları, matbaacılık gibi alanlarda yaygın biçimde kullanılmaya başlanmıştı

İlk kez deniz fenerlerinde kullanılan ark lambaları daha sonra sokak aydınlatılmasında da kullanılmaya başlandı Bu yöndeki ilk uygulama, 1877 yılında Paris'te Avenue d'Opera caddesinin ark lambaları ile aydınlatılmasıdır Bu uygulama alternatif akımla çalışan ark lambaları ve enerji kaynağı olarak da Gramme dinomaları kullanılmıştı Benzeri sokak ve işyeri aydınlatma sistemleri daha sonra Avrupa ve Amerika'nın belli başlı şehirlerinde de kullanılmaya başlandı