Elektrik

Yıldırım ve şehir aydınlatması elektriğin en dramatik etkilerinden bazılarıdır ⓘ

Elektrik, elektrik yükü özelliğine sahip maddenin varlığı ve hareketi ile ilişkili fiziksel fenomenler kümesidir. Elektrik manyetizma ile ilişkilidir, her ikisi de Maxwell denklemleri ile tanımlandığı gibi elektromanyetizma olgusunun bir parçasıdır. Yıldırım, statik elektrik, elektrikli ısınma, elektrik deşarjları ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli yaygın fenomenler elektrikle ilgilidir. ⓘ

Pozitif ya da negatif olabilen bir elektrik yükünün varlığı bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik yüklerinin hareketi bir elektrik akımıdır ve bir manyetik alan üretir. ⓘ

Bir yük sıfır olmayan bir elektrik alanına sahip bir yere yerleştirildiğinde, üzerinde bir kuvvet etki edecektir. Bu kuvvetin büyüklüğü Coulomb yasası ile verilir. Yük hareket ederse, elektrik alanı elektrik yükü üzerinde iş yapıyor olacaktır. Böylece uzayda belirli bir noktadaki elektrik potansiyelinden söz edebiliriz; bu potansiyel, harici bir ajanın bir birim pozitif yükü keyfi olarak seçilen bir referans noktasından herhangi bir ivme olmaksızın o noktaya taşımak için yaptığı işe eşittir ve tipik olarak volt cinsinden ölçülür. ⓘ

Elektrik, birçok modern teknolojinin merkezinde yer alır ve şu amaçlarla kullanılır:

• Elektrik akımının ekipmana enerji vermek için kullanıldığı elektrik gücü;
• Vakum tüpleri, transistörler, diyotlar ve entegre devreler gibi aktif elektrik bileşenlerini içeren elektrik devreleri ve ilgili pasif ara bağlantı teknolojileri ile ilgilenen elektronik. ⓘ

Elektriksel fenomenler antik çağlardan beri incelenmektedir, ancak teorik anlayıştaki ilerleme on yedinci ve on sekizinci yüzyıllara kadar yavaş kalmıştır. Elektromanyetizma teorisi 19. yüzyılda geliştirildi ve o yüzyılın sonunda elektrik, elektrik mühendisleri tarafından endüstriyel ve konutlarda kullanılmaya başlandı. Bu dönemde elektrik teknolojisindeki hızlı genişleme, sanayi ve toplumu dönüştürerek İkinci Sanayi Devrimi için itici bir güç haline geldi. Elektriğin olağanüstü çok yönlülüğü, ulaşım, ısıtma, aydınlatma, iletişim ve hesaplama gibi neredeyse sınırsız sayıda uygulamada kullanılabileceği anlamına gelmektedir. Elektrik gücü artık modern sanayi toplumunun bel kemiğidir. ⓘ

Elektrik, elektrik yüklerinin akışına dayanan bir dizi fiziksel olaya verilen isimdir. Elektrik sözcüğü Türkçeye Fransızcadan geçmiştir. Elektriğin Türkçe eş anlamlısı çıngı sözcüğüdür. Ayrıca Anadolu ağızlarında elektrik anlamında yaldırayık sözcüğü tespit edilmiştir. Elektrik, pek çok farklı şekillerde var olabilir. Örneğin, yıldırımlar, durgun elektrik, elektromanyetik indüksiyon ve elektrik akımı gibi. Ek olarak, elektriğin elektromanyetik radyasyon, radyo dalgaları gibi oluşumları olduğu bilinmektedir. ⓘ

Tarih

Elektriğin bilinen en eski araştırmacısı Thales ⓘ

Elektrikle ilgili herhangi bir bilginin var olmasından çok önce, insanlar elektrikli balıklardan kaynaklanan şokların farkındaydı. M.Ö. 2750'den kalma Eski Mısır metinleri bu balıklardan "Nil'in Gök Gürültüsü" olarak bahsetmiş ve onları diğer tüm balıkların "koruyucuları" olarak tanımlamıştır. Elektrikli balıklar binlerce yıl sonra antik Yunan, Roma ve Arap doğa bilimcileri ve hekimleri tarafından tekrar rapor edilmiştir. Yaşlı Pliny ve Scribonius Largus gibi birçok antik yazar, elektrikli yayın balığı ve elektrik ışınları tarafından verilen elektrik şoklarının uyuşturma etkisini onaylamış ve bu tür şokların iletken nesneler boyunca ilerleyebileceğini bilmiştir. Gut veya baş ağrısı gibi rahatsızlıkları olan hastalar, güçlü sarsıntının onları iyileştirebileceği umuduyla elektrikli balıklara dokunmaya yönlendirilirdi. ⓘ

Akdeniz çevresindeki eski kültürler, kehribar çubuklar gibi bazı nesnelerin kedi tüyüyle ovularak tüy gibi hafif nesneleri çekebileceğini biliyordu. Miletoslu Thales M.Ö. 600'lerde statik elektrik üzerine bir dizi gözlem yapmış ve sürtünmenin kehribarı manyetik hale getirdiğine, manyetit gibi sürtünmeye ihtiyaç duymayan minerallerin aksine kehribarı manyetik hale getirdiğine inanmıştır. Thales, çekimin manyetik bir etkiden kaynaklandığına inanmakla hatalıydı, ancak daha sonra bilim manyetizma ve elektrik arasında bir bağlantı olduğunu kanıtlayacaktı. Tartışmalı bir teoriye göre, Partlar galvanik bir hücreye benzeyen Bağdat Bataryası'nın 1936'daki keşfine dayanarak elektrokaplama bilgisine sahip olabilirler, ancak eserin doğası gereği elektriksel olup olmadığı belirsizdir. ⓘ

Benjamin Franklin, Franklin'in uzun yazışmalar yaptığı Joseph Priestley'in (1767) History and Present Status of Electricity (Elektriğin Tarihi ve Bugünkü Durumu) adlı kitabında belgelendiği üzere, 18. yüzyılda elektrik üzerine kapsamlı araştırmalar yapmıştır. ⓘ

Elektrik, İngiliz bilim adamı William Gilbert'in elektrik ve manyetizma üzerine dikkatli bir çalışma yaptığı De Magnete'yi yazdığı 1600 yılına kadar bin yıl boyunca entelektüel bir meraktan biraz daha fazlası olarak kalacak ve lodestone etkisini kehribar sürterek üretilen statik elektrikten ayıracaktı. Sürtüldükten sonra küçük nesneleri çekme özelliğine atıfta bulunmak için Yeni Latince electricus ("kehribar" veya "kehribar gibi", ἤλεκτρον, elektron, "kehribar" için Yunanca kelime) kelimesini icat etti. Bu ilişkilendirme, Thomas Browne'un 1646 tarihli Pseudodoxia Epidemica'sında ilk kez basılı olarak ortaya çıkan İngilizce "elektrik" ve "elektrik" kelimelerinin ortaya çıkmasına neden oldu. ⓘ

Daha sonraki çalışmalar 17. yüzyılda ve 18. yüzyılın başlarında Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray ve C. F. du Fay tarafından yürütülmüştür. Daha sonra 18. yüzyılda Benjamin Franklin elektrik konusunda kapsamlı araştırmalar yapmış ve çalışmalarını finanse etmek için mallarını satmıştır. Haziran 1752'de nemlendirilmiş bir uçurtma ipinin dibine metal bir anahtar bağladığı ve uçurtmayı fırtına tehdidi altındaki bir gökyüzünde uçurduğu söylenir. Anahtardan elinin arkasına sıçrayan kıvılcımlar yıldırımın gerçekten de elektriksel bir doğası olduğunu göstermiştir. Ayrıca, Leyden kavanozunun büyük miktarlarda elektrik yükü depolamak için bir cihaz olarak görünüşte paradoksal davranışını, hem pozitif hem de negatif yüklerden oluşan elektrik açısından açıkladı. ⓘ

Michael Faraday'ın keşifleri elektrikli motor teknolojisinin temelini oluşturdu ⓘ

1775 yılında Hugh Williamson, elektrikli yılan balığı tarafından verilen şoklar üzerine Royal Society'ye bir dizi deney rapor etti; aynı yıl cerrah ve anatomist John Hunter balığın elektrik organlarının yapısını tanımladı. 1791'de Luigi Galvani biyoelektromanyetik keşfini yayınladı ve elektriğin nöronların kaslara sinyal ilettiği bir araç olduğunu gösterdi. Alessandro Volta'nın 1800 yılında çinko ve bakır katmanlarından yaptığı pil ya da voltaik yığın, bilim insanlarına daha önce kullanılan elektrostatik makinelerden daha güvenilir bir elektrik enerjisi kaynağı sağladı. Elektrik ve manyetik olayların birliği olan elektromanyetizmanın tanınması, 1819-1820 yıllarında Hans Christian Ørsted ve André-Marie Ampère'e borçludur. Michael Faraday 1821'de elektrik motorunu icat etmiş ve Georg Ohm 1827'de elektrik devresini matematiksel olarak analiz etmiştir. Elektrik ve manyetizma (ve ışık) James Clerk Maxwell tarafından, özellikle de 1861 ve 1862'de yazdığı "Fiziksel Kuvvet Hatları Üzerine" adlı eserinde kesin olarak birbirine bağlanmıştır. ⓘ

19. yüzyılın başlarında elektrik biliminde hızlı bir ilerleme kaydedilmiş olsa da, 19. yüzyılın sonları elektrik mühendisliğindeki en büyük ilerlemeye sahne olacaktı. Alexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, William Thomson, 1. Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla ve George Westinghouse gibi kişiler sayesinde elektrik, bilimsel bir meraktan modern yaşam için vazgeçilmez bir araca dönüştü. ⓘ

1887 yılında Heinrich Hertz ultraviyole ışıkla aydınlatılan elektrotların daha kolay elektrik kıvılcımları oluşturduğunu keşfetti. 1905 yılında Albert Einstein, fotoelektrik etkiden elde edilen deneysel verileri, ışık enerjisinin ayrık kuantize paketler halinde taşınarak elektronlara enerji vermesinin bir sonucu olarak açıklayan bir makale yayınladı. Bu keşif kuantum devrimine yol açtı. Einstein, "fotoelektrik etki yasasını keşfi" nedeniyle 1921 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Fotoelektrik etki güneş panellerinde olduğu gibi fotosellerde de kullanılmaktadır ve bu ticari olarak elektrik üretmek için sıklıkla kullanılmaktadır. ⓘ

İlk katı hal cihazı 1900'lerde radyo alıcılarında kullanılan "kedi bıyığı dedektörü "dür. Bıyık benzeri bir tel, kontak bağlantı etkisi ile bir radyo sinyalini tespit etmek için katı bir kristale (germanyum kristali gibi) hafifçe temas edecek şekilde yerleştirilir. Bir katı hal bileşeninde akım, onu değiştirmek ve yükseltmek için özel olarak tasarlanmış katı elementler ve bileşiklerle sınırlandırılır. Akım akışı iki şekilde anlaşılabilir: negatif yüklü elektronlar ve delik adı verilen pozitif yüklü elektron eksiklikleri olarak. Bu yükler ve delikler kuantum fiziği açısından anlaşılır. Yapı malzemesi çoğunlukla kristalin bir yarı iletkendir. ⓘ

Katı hal elektroniği, transistör teknolojisinin ortaya çıkmasıyla kendine geldi. İlk çalışan transistör olan germanyum bazlı nokta temaslı transistör 1947 yılında Bell Laboratuvarlarında John Bardeen ve Walter Houser Brattain tarafından icat edilmiş, bunu 1948 yılında bipolar bağlantı transistörü izlemiştir. Bu ilk transistörler, seri üretim bazında üretilmesi zor olan nispeten hantal cihazlardı. Bunları 1959 yılında Bell Laboratuvarlarında Mohamed M. Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edilen silikon tabanlı MOSFET (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör veya MOS transistör) takip etti. Bu, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü ve silikon devrimine yol açtı. Katı hal cihazları 1960'lardan itibaren vakum tüplerinden yarı iletken diyotlara, transistörlere, entegre devre (IC) çiplerine, MOSFET'lere ve ışık yayan diyot (LED) teknolojisine geçişle birlikte yaygınlaşmaya başladı. ⓘ

En yaygın elektronik cihaz, tarihte en yaygın olarak üretilen cihaz haline gelen MOSFET'tir. Yaygın katı hal MOS cihazları arasında mikroişlemci çipleri ve yarı iletken bellek bulunmaktadır. Özel bir yarı iletken bellek türü, USB flash sürücülerde ve mobil cihazlarda kullanılan flash bellek ve mekanik olarak dönen manyetik disk sabit disk sürücü (HDD) teknolojisinin yerini alan katı hal sürücü (SSD) teknolojisidir. ⓘ

Kavramlar

Elektrik yükü

Altın yapraklı bir elektroskopu yüklersek yapraklar gözle görülebilir bir şekilde birbirini iterler.(Şekildeki gibi aynı türden yükler birbirini iter) ⓘ

Elektrik yüklerinin varlığı, elektrostatik kuvvetin oluşmasını sağlamıştır: yükler birbirlerine bir kuvvet uygularlar ve bu etki (tamamen anlaşıldığı düşünülmüyor) antik çağlarda da biliniyordu. Bir cam top, kıyafete sürülerek ya da bir çubuk yardımı ile oynatılabiliyordu. Eğer aynı top, cam çubuk ile yüklenirse, önce birbirlerini çektikleri, ardından ittiği gözlemlendi. Fakat, eğer bir top cam çubukla diğeri plastik çubukla yüklenirse, iki topun birbirini çektiği gözlemlendi. Bu olay on sekizinci yüzyılın sonlarına doğru Charles-Augustin de Coulomb tarafından incelendiğinde hepimizin çok iyi bildiği bir sonuca ulaştı: Aynı yükler birbirlerini iterken zıt olanlar birbirlerini çeker. ⓘ

Yüklü parçacıkların kendileri üzerine de kuvvet uygular, bu nedenle yük kendisini herhangi bir iletken yüzey üzerine ulaştırmak ister. Bu elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü yüklerin çarpımının, uzaklığın karesine bölümü ile doğru orantılı bir bağlantısı vardır. Elektromanyetik kuvvet, çok güçlüdür, kuvvetli etkileşimler içerisinde ikinci sıradadır ancak uzaklıksal olarak kıyaslanamaz. Kendisinden çok daha zayıf kütleçekim kuvveti ile kıyaslandığında, elektromanyetik kuvvet elektronları 10^42 kez daha uzağa itebilir. ⓘ

Çalışmalar belli atom altı parçacıkların, elektrik yükleri gibi davranabildiğini gösterdi. Elektrik yükleri, elektromanyetik kuvvetle etkileşir ve bu doğanın dört temel kuvvetinden Bizim en aşina olduğumuz elektrik taşıyıcıları proton ve elektrondur. Deneyler, yükün korunan bir nicelik olduğunu göstermiştir diğer bir deyişle, izole edilmiş bir sistemde yük miktarı aynı kalmak zorundadır. Sistem içerisinde yük, direkt temas yoluyla veya bir iletken yardımıyla, kablo gibi, bir nesneden diğerine geçebilir. Durgun elektrik terimi bir yükün bir nesnede bulunuşu anlamına gelir. ⓘ

Elektron ve Protonun işaretleri zıttır bu nedenle de enerjinin miktarı pozitif ya da negatif olarak ifade edilir. Varsayımla, elektronların taşıdığı yük negatif, protonlar ise pozitif kabul edilmiştir. Sahip olunan yük miktarı Q ile gösterilir ve Coulomb ile ifade edilir, her elektron yaklaşık −1.6022×10−19 coulomb yük taşır. Proton da buna eşit miktarda fakat ters işaretli yük taşır. Yük sadece madde tarafından oluşturulmaz. Aynı zamanda anti madde, anti parçacık da birbirlerine göre eşit miktarda fakat ters işaret taşımaktadır. ⓘ

Yük, pek çok çeşit yolla ölçülebilir. En erken ölçümlerden biri ise altın yapraktır ve bazen sınıflarda gösterim amaçlı kullanılabilmektedir. ⓘ

Kütle gibi, elektriksel yük de soyut bir özellik olup, fizikçiler tarafından maddenin davranışlarını tanımlamak için kullanılır. Bir diğer deyişle, hiç kimse doğrudan bir elektriksel yük görmemiştir, ancak bazı parçacıkları inceleyerek benzerliklerin varlığı saptanmıştır. ⓘ

Kütlenin tersine, biri diğerinin tersi davranışlar sergileyen iki tür elektriksel yükten söz edilir ve uzlaşımsal (konvansiyonel) olarak, artı (veya pozitif) ve eksi (veya negatif) diye adlandırılırlar. ⓘ

farklı türden iki yük ise birbirini çeker	aynı türden iki yük ise birbirini iter

Eşit miktarda artı ve eksi yüke sahip parçacıklar ise, biri diğerini elediğinden, yüksüz veya nötr olarak adlandırılırlar. Parçacıklar arasındaki bu gücün nicel değerlendirilmesi ise Coulomb yasası ile hesaplanmaktadır. ⓘ

Elektrik Akımı

Elektrik yükünün hareketi, yoğunluğu genellikle amper cinsinden ölçülen bir elektrik akımı olarak bilinir. Akım, hareket eden herhangi bir yüklü parçacıktan oluşabilir; en yaygın olarak bunlar elektronlardır, ancak hareket halindeki herhangi bir yük bir akım oluşturur. Elektrik akımı bazı şeylerin, elektrik iletkenlerinin içinden akabilir, ancak bir elektrik yalıtkanının içinden akmaz. ⓘ

Tarihsel geleneğe göre, pozitif bir akım, içerdiği herhangi bir pozitif yük ile aynı akış yönüne sahip olarak veya bir devrenin en pozitif kısmından en negatif kısmına doğru akacak şekilde tanımlanır. Bu şekilde tanımlanan akıma geleneksel akım denir. Akımın en bilinen biçimlerinden biri olan negatif yüklü elektronların bir elektrik devresi etrafındaki hareketi, bu nedenle elektronlarınkine zıt yönde pozitif olarak kabul edilir. Bununla birlikte, koşullara bağlı olarak, bir elektrik akımı her iki yönde, hatta aynı anda her iki yönde de yüklü parçacıkların akışından oluşabilir. Pozitif-negatif konvansiyonu bu durumu basitleştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ

Bir elektrik arkı, elektrik akımının enerjik bir gösterimini sağlar ⓘ

Elektrik akımının bir malzemeden geçme süreci elektrik iletimi olarak adlandırılır ve doğası yüklü parçacıklara ve içinden geçtikleri malzemeye göre değişir. Elektrik akımlarına örnek olarak elektronların metal gibi bir iletkenden geçtiği metalik iletim ve iyonların (yüklü atomlar) sıvılardan ya da elektrik kıvılcımları gibi plazmalardan geçtiği elektroliz verilebilir. Parçacıkların kendileri oldukça yavaş hareket edebilirken, bazen saniyede sadece bir milimetrenin kesirleri kadar bir ortalama sürüklenme hızıyla, onları harekete geçiren elektrik alanının kendisi ışık hızına yakın bir hızla yayılır ve elektrik sinyallerinin kablolar boyunca hızla geçmesini sağlar. ⓘ

Akım, tarihsel olarak varlığının fark edilmesini sağlayan çeşitli gözlemlenebilir etkilere neden olur. Suyun voltaik bir yığından gelen akımla ayrıştırılabileceği 1800 yılında Nicholson ve Carlisle tarafından keşfedilmiştir ve bu işlem günümüzde elektroliz olarak bilinmektedir. Çalışmaları 1833 yılında Michael Faraday tarafından büyük ölçüde genişletildi. Bir dirençten geçen akım, James Prescott Joule'ün 1840 yılında matematiksel olarak incelediği bir etki olan bölgesel ısınmaya neden olur. Akımla ilgili en önemli keşiflerden biri 1820 yılında Hans Christian Ørsted tarafından, bir konferans hazırlarken bir teldeki akımın manyetik bir pusulanın iğnesini bozduğuna tanık olduğunda tesadüfen yapılmıştır. Elektrik ve manyetik arasındaki temel bir etkileşim olan elektromanyetizmayı keşfetmişti. Elektrik arkı tarafından üretilen elektromanyetik emisyonların seviyesi, bitişik ekipmanın çalışmasına zarar verebilecek elektromanyetik parazit üretecek kadar yüksektir. ⓘ

Mühendislik veya ev uygulamalarında akım genellikle doğru akım (DC) veya alternatif akım (AC) olarak tanımlanır. Bu terimler akımın zaman içinde nasıl değiştiğini ifade eder. Örneğin bir bataryadan üretilen ve çoğu elektronik cihazın ihtiyaç duyduğu doğru akım, bir devrenin pozitif kısmından negatif kısmına doğru tek yönlü bir akıştır. En yaygın olduğu gibi, bu akış elektronlar tarafından taşınıyorsa, elektronlar ters yönde hareket edecektir. Alternatif akım, tekrar tekrar yön değiştiren herhangi bir akımdır; neredeyse her zaman bu bir sinüs dalgası şeklini alır. Böylece alternatif akım, yük zaman içinde net bir mesafe kat etmeden bir iletken içinde ileri geri titreşir. Bir alternatif akımın zaman ortalamalı değeri sıfırdır, ancak enerjiyi önce bir yönde, sonra da ters yönde verir. Alternatif akım, endüktans ve kapasitans gibi sabit durumdaki doğru akım altında gözlemlenmeyen elektriksel özelliklerden etkilenir. Ancak bu özellikler, devreye ilk enerji verildiğinde olduğu gibi geçici akımlara maruz kaldığında önemli hale gelebilir. ⓘ

Elektrik alanı

Elektrik alanı kavramı Michael Faraday tarafından ortaya atılmıştır. Bir elektrik alanı, onu çevreleyen boşlukta yüklü bir cisim tarafından oluşturulur ve alan içine yerleştirilen diğer yüklere uygulanan bir kuvvetle sonuçlanır. Elektrik alanı iki yük arasında, yerçekimi alanının iki kütle arasında etki etmesine benzer bir şekilde etki eder ve onun gibi sonsuza doğru uzanır ve mesafe ile ters kare ilişkisi gösterir. Bununla birlikte, önemli bir fark vardır. Yerçekimi her zaman çekim etkisi göstererek iki kütleyi birbirine çekerken, elektrik alanı çekim ya da itme etkisi gösterebilir. Gezegenler gibi büyük cisimler genellikle net yük taşımadığından, uzaktaki elektrik alanı genellikle sıfırdır. Bu nedenle yerçekimi, çok daha zayıf olmasına rağmen evrende uzaktaki baskın kuvvettir. ⓘ

Bir düzlem iletkenin üzerindeki pozitif bir yükten yayılan alan çizgileri ⓘ

Bir elektrik alanı genellikle uzayda değişir ve herhangi bir noktadaki gücü, o noktaya yerleştirildiğinde sabit, ihmal edilebilir bir yük tarafından hissedilecek kuvvet (birim yük başına) olarak tanımlanır. 'Test yükü' olarak adlandırılan kavramsal yük, kendi elektrik alanının ana alanı bozmasını önlemek için yok denecek kadar küçük olmalı ve manyetik alanların etkisini önlemek için de sabit olmalıdır. Elektrik alanı kuvvet cinsinden tanımlandığından ve kuvvet hem büyüklüğü hem de yönü olan bir vektör olduğundan, elektrik alanının bir vektör alanı olduğu sonucuna varılır. ⓘ

Sabit yükler tarafından oluşturulan elektrik alanlarının incelenmesine elektrostatik denir. Alan, herhangi bir noktadaki yönü alanınki ile aynı olan bir dizi hayali çizgi ile görselleştirilebilir. Bu kavram, 'kuvvet çizgileri' terimi hala bazen kullanılan Faraday tarafından ortaya atılmıştır. Alan çizgileri, alan içinde hareket etmeye zorlanan noktasal bir pozitif yükün izlemeye çalışacağı yollardır; ancak bunlar fiziksel varlıkları olmayan hayali bir kavramdır ve alan çizgiler arasındaki tüm boşluğa nüfuz eder. Sabit yüklerden yayılan alan çizgilerinin birkaç temel özelliği vardır: birincisi, pozitif yüklerden başlayıp negatif yüklerde sonlanırlar; ikincisi, herhangi bir iyi iletkene dik açılarla girmeleri gerekir ve üçüncüsü, asla kesişemezler veya kendi üzerlerine kapanamazlar. ⓘ

İçi boş bir iletken cisim tüm yükünü dış yüzeyinde taşır. Bu nedenle alan, cismin içindeki her yerde sıfırdır. Bu, iç kısmını dışarıdaki elektriksel etkilerden izole eden iletken bir metal kabuk olan Faraday kafesinin çalışma prensibidir. ⓘ

Elektrostatik ilkeleri, yüksek voltajlı ekipmanlar tasarlanırken önemlidir. Herhangi bir ortamın dayanabileceği elektrik alan gücünün sonlu bir sınırı vardır. Bu noktanın ötesinde elektriksel bozulma meydana gelir ve bir elektrik arkı yüklü parçalar arasında parlamaya neden olur. Örneğin hava, santimetre başına 30 kV'u aşan elektrik alan güçlerinde küçük boşluklarda ark oluşturma eğilimindedir. Daha büyük boşluklarda ise kırılma gücü daha zayıftır, belki santimetre başına 1 kV. Bunun en görünür doğal olayı, yükün yükselen hava sütunları tarafından bulutlarda ayrılması ve havadaki elektrik alanını dayanabileceğinden daha yükseğe çıkarması sonucu oluşan şimşektir. Büyük bir yıldırım bulutunun voltajı 100 MV kadar yüksek olabilir ve 250 kWh kadar büyük deşarj enerjilerine sahip olabilir. ⓘ

Alan gücü yakındaki iletken nesnelerden büyük ölçüde etkilenir ve özellikle sivri uçlu nesnelerin etrafında kıvrılmaya zorlandığında yoğunlaşır. Bu prensip yıldırım iletkeninde kullanılır; keskin sivri uçları yıldırımın korumaya hizmet ettiği bina yerine orada oluşmasını teşvik eder ⓘ

Elektrik potansiyeli

Bir çift AA hücresi. işareti, pil terminalleri arasındaki potansiyel farkın kutuplarını gösterir. ⓘ

Elektrik potansiyeli kavramı, elektrik alanı kavramıyla yakından bağlantılıdır. Bir elektrik alanı içine yerleştirilen küçük bir yük bir kuvvetle karşılaşır ve bu yükü kuvvete karşı o noktaya getirmek iş gerektirir. Herhangi bir noktadaki elektrik potansiyeli, bir birim test yükünü sonsuz bir mesafeden yavaşça o noktaya getirmek için gereken enerji olarak tanımlanır. Genellikle volt cinsinden ölçülür ve bir volt, bir coulombluk bir yükü sonsuzdan getirmek için bir joule iş harcanması gereken potansiyeldir. Potansiyelin bu tanımı resmi olmakla birlikte çok az pratik uygulamaya sahiptir ve daha kullanışlı bir kavram elektrik potansiyel farkıdır ve birim yükü belirtilen iki nokta arasında hareket ettirmek için gereken enerjidir. Bir elektrik alanı muhafazakar olma özelliğine sahiptir, bu da test yükü tarafından alınan yolun önemsiz olduğu anlamına gelir: belirtilen iki nokta arasındaki tüm yollar aynı enerjiyi harcar ve bu nedenle potansiyel fark için benzersiz bir değer belirtilebilir. Volt, elektrik potansiyel farkının ölçümü ve tanımlanması için tercih edilen birim olarak o kadar güçlü bir şekilde tanımlanmıştır ki, voltaj terimi günlük kullanımda daha fazla görülmektedir. ⓘ

Pratik amaçlar için, potansiyellerin ifade edilebileceği ve karşılaştırılabileceği ortak bir referans noktası tanımlamak yararlıdır. Bu nokta sonsuzda olsa da, her yerde aynı potansiyelde olduğu varsayılan Dünya'nın kendisi çok daha kullanışlı bir referanstır. Bu referans noktası doğal olarak toprak ya da yer adını alır. Dünya'nın eşit miktarda pozitif ve negatif yükten oluşan sonsuz bir kaynak olduğu varsayılır ve bu nedenle elektriksel olarak yüksüz ve şarj edilemezdir. ⓘ

Elektrik potansiyeli skaler bir büyüklüktür, yani sadece büyüklüğü vardır, yönü yoktur. Yüksekliğe benzer olarak görülebilir: serbest bırakılan bir nesnenin yerçekimi alanının neden olduğu yükseklik farkından düşmesi gibi, bir yük de bir elektrik alanının neden olduğu voltaj boyunca 'düşecektir'. Kabartma haritaların eşit yükseklikteki noktaları işaretleyen kontur çizgilerini göstermesi gibi, elektrostatik olarak yüklenmiş bir nesnenin etrafına da eşit potansiyeldeki noktaları işaretleyen (eşpotansiyeller olarak bilinen) bir dizi çizgi çizilebilir. Eşpotansiyeller tüm kuvvet çizgilerini dik açılarla keser. Ayrıca bir iletkenin yüzeyine paralel uzanmalıdırlar, aksi takdirde bu, yük taşıyıcılarını yüzeyin potansiyeline eşit olarak hareket ettirecek bir kuvvet üretecektir. ⓘ

Elektrik alanı resmi olarak birim yük başına uygulanan kuvvet olarak tanımlanmıştır, ancak potansiyel kavramı daha kullanışlı ve eşdeğer bir tanıma izin verir: elektrik alanı, elektrik potansiyelinin yerel gradyanıdır. Genellikle metre başına volt olarak ifade edilen alanın vektör yönü, potansiyelin en büyük eğim çizgisidir ve eşpotansiyellerin birbirine en yakın olduğu yerdir. ⓘ

Elektromıknatıslar

Bir akımın etrafındaki manyetik alan daireleri ⓘ

Ørsted'in 1821'de elektrik akımı taşıyan bir telin her tarafında manyetik bir alanın var olduğunu keşfetmesi, elektrik ve manyetizma arasında doğrudan bir ilişki olduğunu gösterdi. Dahası, bu etkileşim o zamanlar bilinen iki doğa kuvveti olan yerçekimi ve elektrostatik kuvvetlerden farklı görünüyordu. Pusula iğnesi üzerindeki kuvvet onu akım taşıyan tele doğru ya da ondan uzağa doğru yönlendirmiyor, ona dik açılarla hareket ediyordu. Ørsted'in sözleri "elektrik çatışması döner bir şekilde hareket eder" şeklindeydi. Kuvvet aynı zamanda akımın yönüne de bağlıydı, çünkü akış tersine dönerse kuvvet de tersine dönüyordu. ⓘ

Ørsted keşfini tam olarak anlamadı, ancak etkinin karşılıklı olduğunu gözlemledi: bir akım bir mıknatıs üzerinde bir kuvvet uygular ve bir manyetik alan bir akım üzerinde bir kuvvet uygular. Bu olgu, akım taşıyan iki paralel telin birbirlerine kuvvet uyguladığını keşfeden Ampère tarafından daha fazla araştırıldı: aynı yönde akım ileten iki tel birbirini çekerken, zıt yönlerde akım içeren teller birbirinden ayrılmaya zorlanır. Bu etkileşime her bir akımın ürettiği manyetik alan aracılık eder ve amperin uluslararası tanımının temelini oluşturur. ⓘ

Elektrik motoru, elektromanyetizmanın önemli bir etkisinden faydalanır: manyetik bir alandan geçen bir akım, hem alana hem de akıma dik açılarda bir kuvvete maruz kalır ⓘ

Manyetik alanlar ve akımlar arasındaki bu ilişki son derece önemlidir, çünkü Michael Faraday'ın 1821'de elektrik motorunu icat etmesine yol açmıştır. Faraday'ın homopolar motoru, bir cıva havuzunda duran sabit bir mıknatıstan oluşuyordu. Mıknatısın üzerindeki bir milden sarkıtılan ve cıvanın içine daldırılan bir telden akım geçmesine izin veriliyordu. Mıknatıs, tel üzerinde teğetsel bir kuvvet uygulayarak, akım devam ettiği sürece telin mıknatısın etrafında dönmesini sağlıyordu. ⓘ

Faraday'ın 1831'de yaptığı deneyler, manyetik alana dik hareket eden bir telin uçları arasında potansiyel bir fark oluşturduğunu ortaya çıkardı. Elektromanyetik indüksiyon olarak bilinen bu sürecin daha ileri analizi, şimdi Faraday'ın indüksiyon yasası olarak bilinen, kapalı bir devrede indüklenen potansiyel farkın döngü boyunca manyetik akının değişim oranıyla orantılı olduğu ilkesini ifade etmesini sağladı. Bu keşiften faydalanarak 1831 yılında ilk elektrik jeneratörünü icat etti ve dönen bir bakır diskin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürdü. Faraday'ın diski verimsizdi ve pratik bir jeneratör olarak kullanılamazdı, ancak manyetizmayı kullanarak elektrik gücü üretme olasılığını gösterdi, bu olasılık onun çalışmalarını takip edenler tarafından ele alınacaktı. ⓘ

Elektrokimya

İtalyan fizikçi Alessandro Volta, 19. yüzyılın başlarında Fransız imparatoru Napolyon Bonapart'a "pilini" gösterirken. ⓘ

Kimyasal reaksiyonların elektrik üretme yeteneği ve tersine elektriğin kimyasal reaksiyonları yürütme yeteneği geniş bir kullanım alanına sahiptir. ⓘ

Elektrokimya her zaman elektriğin önemli bir parçası olmuştur. Voltaik kazığın ilk icadından bu yana elektrokimyasal hücreler birçok farklı tipte pil, elektrokaplama ve elektroliz hücrelerine dönüşmüştür. Alüminyum bu şekilde büyük miktarlarda üretilir ve birçok taşınabilir cihaz şarj edilebilir hücreler kullanılarak elektrikle çalışır. ⓘ

Elektrik devreleri

Temel bir elektrik devresi. Soldaki V gerilim kaynağı devre etrafında bir I akımı sürerek elektrik enerjisini R direncine iletir. Akım dirençten kaynağa geri dönerek devreyi tamamlar. ⓘ

Bir elektrik devresi, elektrik yükünün kapalı bir yol (bir devre) boyunca, genellikle yararlı bir görevi yerine getirmek için akmasını sağlayacak şekilde elektrik bileşenlerinin birbirine bağlanmasıdır. ⓘ

Bir elektrik devresindeki bileşenler, dirençler, kapasitörler, anahtarlar, transformatörler ve elektronikler gibi unsurları içerebilen birçok şekilde olabilir. Elektronik devreler, genellikle yarı iletkenler olmak üzere aktif bileşenler içerir ve tipik olarak karmaşık analiz gerektiren doğrusal olmayan davranışlar sergiler. En basit elektrik bileşenleri pasif ve doğrusal olarak adlandırılanlardır: geçici olarak enerji depolayabilirken, enerji kaynağı içermezler ve uyaranlara doğrusal tepkiler verirler. ⓘ

Direnç belki de pasif devre elemanlarının en basitidir: adından da anlaşılacağı gibi, içinden geçen akıma direnç gösterir ve enerjisini ısı olarak dağıtır. Direnç, yükün bir iletken boyunca hareketinin bir sonucudur: örneğin metallerde direnç, esas olarak elektronlar ve iyonlar arasındaki çarpışmalardan kaynaklanır. Ohm yasası, bir dirençten geçen akımın, karşısındaki potansiyel farkla doğru orantılı olduğunu belirten temel bir devre teorisi yasasıdır. Çoğu malzemenin direnci bir dizi sıcaklık ve akımda nispeten sabittir; bu koşullar altındaki malzemeler 'omik' olarak bilinir. Direnç birimi olan ohm, Georg Ohm'un onuruna adlandırılmıştır ve Yunan harfi Ω ile sembolize edilir. 1 Ω, bir amperlik bir akıma karşılık olarak bir voltluk bir potansiyel fark üretecek dirençtir. ⓘ

Kondansatör, Leyden kavanozunun geliştirilmiş halidir ve yük depolayabilen ve böylece ortaya çıkan alanda elektrik enerjisi depolayabilen bir cihazdır. İnce bir yalıtkan dielektrik tabaka ile ayrılmış iki iletken plakadan oluşur; pratikte ince metal folyolar birbirine sarılarak birim hacim başına yüzey alanı ve dolayısıyla kapasitans artırılır. Kapasitans birimi, adını Michael Faraday'dan alan ve F sembolü verilen farad'dır: bir farad, bir coulomb'luk bir yük depoladığında bir voltluk bir potansiyel farkı geliştiren kapasitanstır. Bir voltaj kaynağına bağlı bir kondansatör başlangıçta yük biriktirdikçe bir akıma neden olur; ancak bu akım kondansatör doldukça zamanla azalacak ve sonunda sıfıra düşecektir. Bu nedenle bir kondansatör sabit durumdaki akıma izin vermez, bunun yerine akımı bloke eder. ⓘ

İndüktör, içinden geçen akıma karşılık olarak manyetik bir alanda enerji depolayan bir iletkendir, genellikle bir tel bobinidir. Akım değiştiğinde, manyetik alan da değişir ve iletkenin uçları arasında bir gerilim indüklenir. İndüklenen voltaj, akımın zaman içindeki değişim oranıyla orantılıdır. Orantı sabitine endüktans adı verilir. Endüktans birimi, adını Faraday'ın çağdaşı Joseph Henry'den alan henry'dir. Bir henry, içinden geçen akım saniyede bir amper hızında değişirse bir voltluk bir potansiyel farka neden olacak endüktans değeridir. İndüktörün davranışı bazı açılardan kondansatörünkinin tersidir: değişmeyen bir akıma serbestçe izin verir, ancak hızla değişen bir akıma karşı koyar. ⓘ

Elektrik gücü

Elektrik gücü, elektrik enerjisinin bir elektrik devresi tarafından aktarılma hızıdır. Gücün SI birimi watt olup, saniyede bir joule'dür. ⓘ

Elektrik gücü, mekanik güç gibi, watt cinsinden ölçülen ve P harfi ile temsil edilen iş yapma oranıdır. Watt terimi halk arasında "watt cinsinden elektrik gücü" anlamında kullanılır. V elektrik potansiyel (voltaj) farkından geçen her t saniyede bir Q coulomb yükten oluşan bir elektrik akımı I tarafından üretilen watt cinsinden elektrik gücü

$P={\text{work done per unit time}}={\frac {QV}{t}}=IV\,$

nerede

Q, coulomb cinsinden elektrik yüküdür

t saniye cinsinden zamandır

I amper cinsinden elektrik akımıdır

V, volt cinsinden elektrik potansiyeli veya voltajdır ⓘ

Elektrik üretimi genellikle mekanik enerjinin elektriğe dönüştürülmesi işlemiyle yapılır. Buhar türbinleri veya gaz türbinleri gibi cihazlar mekanik enerjinin üretiminde yer alır ve bu enerji elektrik üreten elektrik jeneratörlerine aktarılır. Elektrik, elektrik pilleri gibi kimyasal kaynaklardan veya çok çeşitli enerji kaynaklarından başka yollarla da sağlanabilir. Elektrik enerjisi genellikle elektrik enerjisi endüstrisi tarafından işletmelere ve evlere sağlanır. Elektrik genellikle kilovat cinsinden gücün saat cinsinden çalışma süresiyle çarpımı olan kilovat saat (3,6 MJ) ile satılır. Elektrik hizmetleri, müşteriye teslim edilen elektrik enerjisinin toplamını tutan elektrik sayaçlarını kullanarak gücü ölçer. Fosil yakıtların aksine, elektrik düşük entropili bir enerji türüdür ve yüksek verimlilikle harekete ya da diğer birçok enerji türüne dönüştürülebilir. ⓘ

Elektronik

Yüzeye monte elektronik bileşenler ⓘ

Elektronik; vakum tüpleri, transistörler, diyotlar, optoelektronik, sensörler ve entegre devreler gibi aktif elektrik bileşenlerini ve ilgili pasif ara bağlantı teknolojilerini içeren elektrik devreleriyle ilgilenir. Aktif bileşenlerin doğrusal olmayan davranışları ve elektron akışlarını kontrol etme yetenekleri, zayıf sinyallerin güçlendirilmesini mümkün kılar ve elektronik bilgi işleme, telekomünikasyon ve sinyal işlemede yaygın olarak kullanılır. Elektronik cihazların anahtar görevi görebilmesi dijital bilgi işlemeyi mümkün kılmaktadır. Devre kartları, elektronik paketleme teknolojisi ve diğer çeşitli iletişim altyapısı biçimleri gibi ara bağlantı teknolojileri devre işlevselliğini tamamlar ve karışık bileşenleri düzenli çalışan bir sisteme dönüştürür. ⓘ

Günümüzde çoğu elektronik cihaz, elektron kontrolünü gerçekleştirmek için yarı iletken bileşenler kullanmaktadır. Yarı iletken cihazların ve ilgili teknolojinin incelenmesi katı hal fiziğinin bir dalı olarak kabul edilirken, pratik sorunları çözmek için elektronik devrelerin tasarımı ve yapımı elektronik mühendisliği kapsamına girer. ⓘ

Elektromanyetik dalga

Faraday ve Ampère'in çalışmaları, zamanla değişen bir manyetik alanın bir elektrik alan kaynağı olarak hareket ettiğini ve zamanla değişen bir elektrik alanın da bir manyetik alan kaynağı olduğunu göstermiştir. Dolayısıyla, alanlardan biri zaman içinde değiştiğinde, diğerinin bir alanı zorunlu olarak indüklenir. Böyle bir fenomen bir dalganın özelliklerine sahiptir ve doğal olarak elektromanyetik dalga olarak adlandırılır. Elektromanyetik dalgalar 1864 yılında James Clerk Maxwell tarafından teorik olarak analiz edilmiştir. Maxwell, elektrik alanı, manyetik alan, elektrik yükü ve elektrik akımı arasındaki karşılıklı ilişkiyi açık bir şekilde tanımlayabilen bir dizi denklem geliştirdi. Dahası, böyle bir dalganın mutlaka ışık hızında hareket edeceğini ve dolayısıyla ışığın kendisinin de bir elektromanyetik radyasyon biçimi olduğunu kanıtlayabildi. Işığı, alanları ve yükü birleştiren Maxwell Yasaları, teorik fiziğin en büyük kilometre taşlarından biridir. ⓘ

Böylece, birçok araştırmacının çalışması, sinyalleri yüksek frekanslı salınımlı akımlara dönüştürmek için elektronik kullanımını mümkün kıldı ve uygun şekilde şekillendirilmiş iletkenler aracılığıyla elektrik, bu sinyallerin çok uzun mesafelerde radyo dalgaları aracılığıyla iletilmesine ve alınmasına izin verdi. ⓘ

Üretim ve kullanım alanları

Üretim ve iletim

20. yüzyılın başlarında Macaristan'ın Budapeşte kentinde bir hidroelektrik santralinin güç üretim salonunda yapılan alternatör (Prokudin-Gorsky'nin fotoğrafı, 1905-1915). ⓘ

MÖ 6. yüzyılda Yunan filozof Miletoslu Thales kehribar çubuklarla deneyler yaptı ve bu deneyler elektrik enerjisi üretimine ilişkin ilk çalışmalardı. Günümüzde triboelektrik etki olarak bilinen bu yöntem hafif nesneleri kaldırabilir ve kıvılcım üretebilirken, son derece verimsizdir. On sekizinci yüzyılda voltaik kazık icat edilene kadar uygulanabilir bir elektrik kaynağı mevcut değildi. Voltaik kazık ve onun modern torunu olan elektrik pili, enerjiyi kimyasal olarak depolar ve talep üzerine elektrik enerjisi şeklinde kullanılabilir hale getirir. Batarya, birçok uygulama için ideal olan çok yönlü ve çok yaygın bir güç kaynağıdır, ancak enerji depolaması sınırlıdır ve bir kez boşaldığında atılması veya yeniden şarj edilmesi gerekir. Büyük elektrik talepleri için elektrik enerjisi üretilmeli ve iletken iletim hatları üzerinden sürekli olarak iletilmelidir. ⓘ

Elektrik enerjisi genellikle fosil yakıtların yanmasından elde edilen buhar ya da nükleer reaksiyonlardan açığa çıkan ısı ile tahrik edilen elektro-mekanik jeneratörler tarafından ya da rüzgar veya akan sudan elde edilen kinetik enerji gibi diğer kaynaklardan üretilir. Sir Charles Parsons tarafından 1884 yılında icat edilen modern buhar türbini bugün çeşitli ısı kaynakları kullanarak dünyadaki elektrik gücünün yaklaşık yüzde 80'ini üretmektedir. Bu tür jeneratörler Faraday'ın 1831 tarihli homopolar disk jeneratörü ile benzerlik göstermez, ancak yine de onun değişen bir manyetik alanı birbirine bağlayan bir iletkenin uçları boyunca potansiyel bir farka neden olduğu elektromanyetik ilkesine dayanırlar. On dokuzuncu yüzyılın sonlarında transformatörün icadı, elektrik gücünün daha yüksek voltajda ancak daha düşük akımda daha verimli bir şekilde iletilebileceği anlamına geliyordu. Verimli elektrik iletimi, elektriğin ölçek ekonomisinden faydalanılan merkezi güç istasyonlarında üretilebileceği ve daha sonra ihtiyaç duyulan yerlere nispeten uzun mesafelere gönderilebileceği anlamına geliyordu. ⓘ

Rüzgar enerjisi birçok ülkede giderek artan bir öneme sahiptir ⓘ

Elektrik enerjisi ulusal ölçekteki talepleri karşılayacak kadar büyük miktarlarda kolayca depolanamayacağından, her zaman tam olarak gerektiği kadar üretilmelidir. Bu da elektrik idarelerinin elektrik yüklerini dikkatli bir şekilde tahmin etmelerini ve elektrik santralleriyle sürekli koordinasyon halinde olmalarını gerektirir. Elektrik şebekesini kaçınılmaz bozulmalara ve kayıplara karşı korumak için belirli bir miktar üretim her zaman yedekte tutulmalıdır. ⓘ

Bir ulus modernleştikçe ve ekonomisi geliştikçe elektriğe olan talep de büyük bir hızla artar. Amerika Birleşik Devletleri, yirminci yüzyılın ilk otuz yılının her yılında %12'lik bir talep artışı göstermiştir; bu büyüme oranı şu anda Hindistan ve Çin gibi gelişmekte olan ekonomilerde de yaşanmaktadır. Tarihsel olarak, elektrik talebindeki büyüme oranı diğer enerji türlerindeki büyüme oranını geride bırakmıştır. ⓘ

Elektrik üretimiyle ilgili çevresel kaygılar, yenilenebilir kaynaklardan, özellikle de rüzgar ve güneş enerjisinden elektrik üretimine daha fazla odaklanılmasına yol açmıştır. Farklı elektrik üretim yöntemlerinin çevresel etkileri üzerine tartışmaların devam etmesi beklenebilirken, nihai şekli nispeten temizdir. ⓘ

Uygulamalar

Elektriğin ilk uygulamalarından biri olan ampul, Joule ısıtması ile çalışır: akımın dirençten geçerek ısı üretmesi ⓘ

Elektrik, enerjiyi aktarmak için çok uygun bir yoldur ve çok sayıda ve giderek artan sayıda kullanıma uyarlanmıştır. 1870'lerde pratik bir akkor ampulün icadı, aydınlatmanın elektrik gücünün halka açık ilk uygulamalarından biri haline gelmesine yol açtı. Elektrifikasyon kendi tehlikelerini de beraberinde getirmiş olsa da, gazlı aydınlatmanın çıplak alevlerinin yerini alması evlerde ve fabrikalarda yangın tehlikesini büyük ölçüde azaltmıştır. Birçok şehirde elektrikli aydınlatma için gelişen pazarı hedefleyen kamu hizmetleri kuruldu. 20. yüzyılın sonlarında ve modern zamanlarda, eğilim elektrik enerjisi sektöründe deregülasyon yönünde akmaya başladı. ⓘ

Filamanlı ampullerde kullanılan dirençli Joule ısıtma etkisi, elektrikli ısıtmada da daha doğrudan kullanım görmektedir. Bu çok yönlü ve kontrol edilebilir olsa da, çoğu elektrik üretimi zaten bir elektrik santralinde ısı üretimini gerektirdiğinden savurganlık olarak görülebilir. Danimarka gibi bazı ülkeler, yeni binalarda dirençli elektrikli ısıtma kullanımını kısıtlayan veya yasaklayan yasalar çıkarmıştır. Bununla birlikte elektrik, ısıtma ve soğutma için hala son derece pratik bir enerji kaynağıdır ve klima/ısı pompaları, ısıtma ve soğutma için elektrik talebinde büyüyen bir sektörü temsil etmektedir ve bunun etkilerini elektrik idareleri giderek daha fazla karşılamak zorunda kalmaktadır. ⓘ

Elektrik telekomünikasyonda kullanılmaktadır ve aslında Cooke ve Wheatstone tarafından 1837'de ticari olarak gösterilen elektrikli telgraf, ilk uygulamalarından biriydi. 1860'larda önce kıtalararası, ardından da transatlantik telgraf sistemlerinin kurulmasıyla elektrik, dünyanın dört bir yanında dakikalar içinde iletişim kurulmasını sağlamıştır. Optik fiber ve uydu iletişimi, iletişim sistemleri pazarından pay almıştır, ancak elektriğin sürecin önemli bir parçası olmaya devam etmesi beklenebilir. ⓘ

Elektromanyetizmanın etkileri en görünür şekilde, temiz ve verimli bir hareket gücü sağlayan elektrik motorunda kullanılmaktadır. Vinç gibi sabit bir motora kolaylıkla güç kaynağı sağlanabilir, ancak elektrikli araç gibi uygulamayla birlikte hareket eden bir motor ya batarya gibi bir güç kaynağını yanında taşımak ya da pantograf gibi kayan bir kontaktan akım toplamak zorundadır. Elektrikle çalışan araçlar, elektrikli otobüsler ve trenler gibi toplu taşımada ve özel mülkiyette giderek artan sayıda pille çalışan elektrikli otomobillerde kullanılmaktadır. ⓘ

Elektronik cihazlar, belki de yirminci yüzyılın en önemli icatlarından biri olan ve tüm modern devrelerin temel yapı taşı olan transistörü kullanmaktadır. Modern bir entegre devre sadece birkaç santimetre karelik bir alanda milyarlarca minyatür transistör içerebilir. ⓘ

Elektrik ve doğal dünya

Fizyolojik etkiler

İnsan vücuduna uygulanan bir voltaj dokularda elektrik akımına neden olur ve ilişki doğrusal olmasa da voltaj ne kadar büyükse akım da o kadar büyük olur. Algılama eşiği besleme frekansına ve akımın yoluna göre değişir, ancak şebeke frekanslı elektrik için yaklaşık 0,1 mA ila 1 mA'dir, ancak bir mikroamper kadar düşük bir akım belirli koşullar altında bir elektrovibrasyon etkisi olarak algılanabilir. Akım yeterince yüksekse kas kasılmasına, kalpte fibrilasyona ve doku yanıklarına neden olur. Bir iletkenin elektriklendiğine dair görünür bir işaretin olmaması elektriği özel bir tehlike haline getirir. Elektrik çarpmasının neden olduğu acı şiddetli olabilir, bu da elektriğin zaman zaman bir işkence yöntemi olarak kullanılmasına yol açar. Elektrik şokunun neden olduğu ölüm, elektrik çarpması olarak adlandırılır. Son zamanlarda kullanımı daha nadir hale gelmiş olsa da, elektrik çarpması hala bazı yargı bölgelerinde adli infaz aracıdır. ⓘ

Doğadaki elektriksel olaylar

Elektrikli yılan balığı, Electrophorus electricus ⓘ

Elektrik bir insan icadı değildir ve doğada çeşitli şekillerde gözlemlenebilir, bunun en önemli tezahürü şimşektir. Dokunma, sürtünme veya kimyasal bağlar gibi makroskopik düzeyde aşina olunan birçok etkileşim, atomik ölçekteki elektrik alanları arasındaki etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Dünya'nın manyetik alanının, gezegenin çekirdeğinde dolaşan akımların doğal bir dinamosundan kaynaklandığı düşünülmektedir. Kuvars ve hatta şeker gibi bazı kristaller, dış basınca maruz kaldıklarında yüzeyleri boyunca potansiyel bir fark oluştururlar. Bu olgu, Yunanca piezein (πιέζειν) yani bastırmak anlamına gelen piezoelektrik olarak bilinir ve 1880 yılında Pierre ve Jacques Curie tarafından keşfedilmiştir. Etki karşılıklıdır ve piezoelektrik bir malzeme bir elektrik alanına maruz kaldığında, fiziksel boyutlarda küçük bir değişiklik meydana gelir. ⓘ

§Mikrobiyal yaşamda biyoelektrojenez, toprak ve tortu ekolojisinde anaerobik solunumdan kaynaklanan önemli bir olgudur. Mikrobiyal yakıt hücresi, her yerde bulunan bu doğal fenomeni taklit eder. ⓘ

Köpekbalıkları gibi bazı organizmalar elektrik alanlarındaki değişiklikleri algılayabilir ve bunlara tepki verebilir, bu elektroalgılama olarak bilinen bir yetenektir, elektrojenik olarak adlandırılan diğerleri ise yırtıcı veya savunma silahı olarak hizmet etmek için kendileri voltaj üretebilir; bunlar farklı takımlardaki elektrikli balıklardır. En iyi bilinen örneği elektrikli yılan balığı olan Gymnotiformes takımı, elektrosit adı verilen değiştirilmiş kas hücrelerinden üretilen yüksek voltajlar yoluyla avlarını tespit eder veya sersemletir. Tüm hayvanlar hücre zarları boyunca aksiyon potansiyeli adı verilen voltaj darbeleri ile bilgi iletir ve bunların işlevleri arasında sinir sisteminin nöronlar ve kaslar arasındaki iletişimi yer alır. Bir elektrik şoku bu sistemi uyarır ve kasların kasılmasına neden olur. Aksiyon potansiyelleri bazı bitkilerdeki faaliyetlerin koordinasyonundan da sorumludur. ⓘ

Kültürel algı

1850 yılında William Gladstone, bilim adamı Michael Faraday'a elektriğin neden değerli olduğunu sordu. Faraday şöyle cevap verdi: "Bir gün efendim, onu vergilendirebilirsiniz." ⓘ

19. yüzyılda ve 20. yüzyılın başlarında elektrik, sanayileşmiş Batı dünyasında bile pek çok insanın günlük yaşamının bir parçası değildi. Dönemin popüler kültürü elektriği genellikle yaşayanları öldürebilen, ölüleri diriltebilen ya da doğa kanunlarını eğip bükebilen gizemli, yarı büyülü bir güç olarak tasvir ediyordu. Bu tutum, Luigi Galvani'nin 1771'de ölü kurbağaların bacaklarının hayvan elektriği uygulandığında seğirdiğini gösteren deneyleriyle başladı. Galvani'nin çalışmasından kısa bir süre sonra tıp literatüründe ölü ya da boğulmuş kişilerin "canlandırılması" ya da yeniden hayata döndürülmesi rapor edilmiştir. Bu sonuçlar Mary Shelley tarafından Frankenstein'ı (1819) yazdığında biliniyordu, ancak canavarı canlandırma yönteminin adını vermiyordu. Canavarların elektrikle yeniden canlandırılması daha sonra korku filmlerinde kullanılan bir tema haline geldi. ⓘ

İkinci Sanayi Devrimi'nin can damarı olan elektriğe halkın aşinalığı arttıkça, Rudyard Kipling'in 1907 tarihli şiiri Martha'nın Oğulları'nda "canlı telleri parçalayıp yeniden birleştirirken eldivenlerinin ucunda ölümü parmaklayan" işçiler gibi, elektriği kullananlar daha sık olumlu bir şekilde gösterildi. Jules Verne ve Tom Swift kitapları gibi macera öykülerinde her türden elektrikle çalışan araçlar büyük yer tutmuştur. Thomas Edison, Charles Steinmetz veya Nikola Tesla gibi bilim insanları da dahil olmak üzere, ister kurgusal ister gerçek olsun, elektriğin ustaları popüler olarak büyücü benzeri güçlere sahip olarak tasavvur edildi. ⓘ

Yirminci yüzyılın son yarısında elektriğin bir yenilik olmaktan çıkıp gündelik yaşamın bir gerekliliği haline gelmesiyle birlikte, popüler kültürde ancak akması durduğunda, ki bu genellikle bir felakete işaret eden bir olaydır, özel bir ilgiye ihtiyaç duymuştur. Jimmy Webb'in "Wichita Lineman" (1968) şarkısının isimsiz kahramanı gibi elektriğin akmasını sağlayan kişiler hala sıklıkla kahraman, sihirbaz benzeri figürler olarak gösterilmektedir. ⓘ