Elektrik Enerjisinin Isı Ve Işık Enerjisine Dönüşmesi-İlkokul, Ortaokul ve Lise Ders Notları

Evimizde giysilerimizi ütülerken, elektrikli su ısıtıcısıyla su ısıtırken, tost makinesinde tost yaparken, elektrik sobasıyla odayı ısıtırken elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren araçları kullanılırız. Çalışmakta olan bir elektrik sobasına dikkatle bakarsanız sobanın içinde akkor hale gelerek kırmızı renk almış olan sarmal bir tel görürsünüz. Bu tel kablolar içinde kullanılan tellerden oldukça ince ve bir hayli uzundur. Uzun olan tel, soba içine sığabilmesi için sarmal hale getirilmiştir. Telin ince ve uzun olmasının direnciyle bir ilgisi olabilir mi? Daha önceki yıllarda ince telin direncinden daha fazla, uzun telin direncinin kısa telin direncinden daha fazla olduğunu öğrenmiştik.

Direnç elektrik akımına karşı konulan tepkidir. Elektrik akımının tel üzerinden elektronların akışı olduğunu biliyoruz. Elektronlar tel üzerinden akarken tel içindeki atomlara çarpar ve sahip olduğu enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Bu nedenle bir telden elektrik akımı geçerken elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Telin direnci arttıkça ısı enerjisine dönüşen miktar da artar. Bu nedenle elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürmek için kullanılan araçlarda direnci yüksek teller kullanılır. Kullandığınız fırın, mikser, çamaşır makinesi gibi araçlara elektrik taşıyan kablolarda gereğinden fazla ısı enerjisi açığa çıkarsa neler olabilir? Evinizdeki bir prize aynı anda televizyonun, ütünün, vantilatörün fişlerini takarsınız. Prize elektrik taşıyan tesisat kablolarından çok fazla elektrik enerjisi çekersiniz. Kablolardaki akım şiddeti arttığında açığa çıkan ısı enerjisi miktarının artacağını öğrenmiştik. Tesisat kabloları aşırı ısınır ve sıcaklığın etkisiyle yanabilir. Dikkat edilip gerekli önlem alınmazsa yangın çıkabilir. Bazen bu durum sokağınızdan geçen elektrik şebekesinin de görülebilir. Şebekedeki kablolardan çok fazla elektrik enerjisi çekilirse geçen akım şiddeti yükselerek açığa çıkan ısı enerjisini arttırır. Kablolardaki sıcaklık çok fazla arttığında kablolar yanabilir. Kabloların yanması sokağınızdaki elektriğin kesilmesine neden olabilir. Kalın telin direncinin daha az olduğunu biliyoruz. Isıya dönüşen enerji miktarını azaltarak kablonun yanmasını engellemek için üzerinden fazla akım geçecek kablolar daha kalın seçilmelidir. Bu önlemlerden biridir. Ancak buna rağmen kabloya aşırı yüklenilmesini ve kabloyu yakacak kadar akım geçmesini engellemek için ne yapılabilir?

Evinizde aynı anda fırın, tost makinesi, çamaşır makinesi ve bulaşık makinesi çalışırken ütüyü fişe takarsanız aniden bir kıvılcımla ‘tak’ diye bir ses duyabilirsiniz. Bu sesle birlikte evinizdeki elektrik bir anda kesilir. Bu sırada duyduğunuz ses elektrik sigortasından gelmiştir. Aşırı yüklenmenizden dolayı ev içindeki tesisat tellerinizden geçen akım şiddeti çok yükselmiştir. Sigortanız herhangi bir tehlike oluşmaması için atarak evinize giren elektriği kesmiştir. Peki sigorta nasıl çalışır? Sigorta devreden istenilenden fazla akım geçtiğinde güvenlik sağlamak için akım kesen araçtır. Evlerin, işyerlerinin girişinde bulunduğu gibi bazı elektrikli aletlerin girişinde de küçük boyutları kullanılır. Şehir şebekesinden alınan akım bir bobine, bobinden iletken bir parçaya aktarılır. Anahtar yukarı kalkık iken iletken parça ev tesisatının başlangıcına değer böylece akım evin içine aktarılır. Şehir şebekesinden çekilen akım arttığında bobinin elektromıknatıslık özelliği de artacaktır. Mıknatıslık özelliği istenilen kadar arttırıldığında bobin metal parçayı kendine çeker. Metal parçanın çekilmesiyle anahtar aşağı iner ve iletken parça ev tesisatının girişinden ayrılır. Böylece şehir şebekesiyle ev tesisatının bağlantısı kesilir ve eve akım girmez. Bu tip sigortaların üzerinde dayanabilecekleri en fazla akım şiddeti yazar. Sigortanın kullanılacağı yerin tesisatını tehlikeye sokmayacak aynı zamanda kullanılacak ortamdaki makinelerin çalışmasına olanak sağlayacak bir sigorta seçilmelidir. Elektrikli aletlerin girişinde kullanılan sigorta oldukça basit bir yapıya sahiptir. Elektrik akımını iyi ileten ancak erime sıcaklığı düşük bir telden yapılmış olan sigorta aletin girişine yerleştirilir. Akım önce sigorta telinden daha çabuk ısınacak ve akım istenilen miktarın üzerine çıktığında sıcaklığın etkisiyle eriyerek kopacaktır. Böylelikle elektrikli araca giren akım kesilir ve araç içindeki devre elemanları yanmaktan kurtulur. Bu tip sigortalarında sigorta anahtarını kaldırmak yeterlidir. Telli sigortalar laboratuarlar da kullanılan güç kaynağı ve ohm metrenin girişlerinde bulunur.

Elektrik enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesinden bazı futbol sahalarının ve otoyolların zeminlerine döşenen elektrik telleriyle kışın buz tutmayı engellemek amaçlı yararlanılır. Akşam olduğunda evlerin ve iş yerlerin aydınlatmak için yine elektrik enerjisinden yararlanırız. Aydınlatma amaçlı kullandığımız araçlar elektrik enerjisini ışık enerjisine çevirir. Işık veren bir ampule dikkatlice bakarsanız ampulün ortasındaki sarmal telin parlak hale gelmesi sonucu ışığı yaydığını fark edersiniz. Bu sarmal tele filaman denir. Filaman oldukça uzun ve ince tungsten adlı bir metalden yapılmış teldir. Uzun olan bu tel, ampul fanusu içine yerleştirilebilmesi için sarmal hale getirilmiştir. Uzun ve ince olması direncinin yüksek olmasını sağlar. Direnci yüksek olduğundan üzerinden geçen akımın etkisiyle ısınır ve akkor halini alır. Akkor haldeyken çevreye ışık yayar.

Filamanın oksijen gazının etkisiyle yanıp kopması için içinden oksijen bulunmayan fanusla çevrilmiştir. Eğer herhangi bir etkiyle filaman koparsa ampul ışık vermez. Bu şekilde içindeki direnci büyük bir telin akkor hale gelmesiyle ışık veren ampullere akkor filamanlı ampul denir. Akkor filamanlı ampuller ısı enerjisinin etkisiyle ışık ürettikleri için harcadıkları elektrik enerjisinin ancak %5’ini ışık enerjisine çevirebilirler. %95’ini ısı enerjisine dönüştürürler. Bu nedenle enerji tasarrufu açısından tercih edilmeyen aydınlatma aracıdır.