Günümüzde enerji, önemli bir mesele. Ve enerji deyince de ilk akla gelen kaynaklardan biri elektrik. Kurmuş olduğumuz medeniyet elektriğe öylesine bağımlı ki, sanki onsuz bir hayat yokmuş gibi hissediyoruz. Hatta insanlar için su ne kadar önemliyse, elektrik de o kadar önemlidir desem sanıyorum abartmış olmam.
Peki elektrik nedir? Hayatımıza ne zaman girdi? Ne zamandır elektrik denen şeyin farkındayız sizce? Eğer aklınıza 19. yüzyıl ve sonrasında yaşanan bilimsel gelişmeler geldiyse daha da geçmişe gitmenizi öneririm. Çünkü elektrikle olan tanışıklığımız aslında pek de yeni değildir. Zira Antik çağlardan beri elektriğin farkındaydık.
Her ne kadar elektriği 2600 yıldır tanıyor olsak da, insanlık için elektrik her zaman aynı anlama gelmiyordu. Örneğin Antik toplumlar elektriği, daha doğrusu yıldırımı, Tanrıların bir özelliği gibi görüyordu. Bilimsel Devrim zamanlarında ise elektrik bir çeşit eğlence aracıydı. 19. yüzyıla geldiğimizdeyse para kazanmanın en iyi yollarından biri elektrikle uğraşmaktı. Günümüzde ise elektrik demek enerji ve bilim demek.
Ancak elektrik nedir sorusunun cevabı ve elektriğin serüvenini öyle birkaç cümleyle anlatıp geçmek olmaz. Bu nedenle gelin, Antik çağlardan başlayarak elektriğin ne olduğuna ve nasıl çalıştığına bir bakalım.
Antik Çağlarda Elektrik
Birçok bilimsel alan gibi elektriğin de kökenleri Antik Yunan’a kadar uzanır. İsmini daha çok matematik ve felsefede duyduğumuz Thales, burada da karşımıza çıkar. MÖ 624’te doğan Thales, manyetizmayla ilgili deneyler yapmıştır. Ayrıca kendisi elektrostatik olayları gözlemleyen ve kaydeden ilk kişi olarak bilinir.
Thales yaptığı deneylerde elektrostatik etkileri gözlemlemek için farklı maddeleri birbirine sürtüyordu. Kehribarı kenevir veya kedi kürküne sürttüğünde, kül ya da toz gibi hafif maddeleri çektiğini fark etmişti. Aslında Thales bu deneyi sayesinde elektronu ve çekim gücünü gözlemlemişti ama bunun farkında değildi.
Thales’in deneyinde farklı maddelerin birbirini çekmesine sebep olan şey, negatif ve pozitif yüklerdir. Triboelektrik etki adını verdiğimiz bir etki sayesinde nesneler arasında sürtünme yoluyla elektron alışverişi gerçekleşir. Böylece nesnelerden biri pozitif, diğeriyse negatif yükle yüklenir. Zıt yükler de birbirini çektiğinden Thales’in kehribarı, tozu veya külü çeker.
Thales’ten sonraki 1000 yıl boyunca elektrik, açıklanamayan (ya da ilahi açıklamalarla açıklanan) büyük bir merak olarak kaldı. Fakat 17. yüzyılda statik elektrik sayesinde bir şeyler değişmeye başlayacaktı.
Bilimsel Gelişmeler Sonrası Elektrik Bir Eğlence Aracına Dönüşmüştü
18. yüzyılın başlarında bir zamanlar Isaac Newton’ın asistanı olan İngiliz bilim insanı Francis Hauskbee, elektrostatik motor adını verdiği bir şey icat etti. Bunun için Hauskbee, önce cıvayı bir camın içine yerleştirip havasını boşaltıyordu. Sonraysa elini camın dışına sürterek elektrostatik yük oluşturuyordu. Hauskbee bu sayede ilk elektrik jeneratörlerinden birinin mucidi olmuştu.
Daha sonra 1729’da Stephen Gray adında amatör bir bilim insanı, elektrostatikle ilgili deneyler yapmaya başladı. Gray’in deneyleri oldukça garipti çünkü bir çocuğu ipek bir iple asmaya çalışmak gibi amaçları vardı. Yine de bu deneyler sonucunda elektriğin temas yoluyla da iletilebildiğini keşfetmiş oldu. Bu da elektrik akımı kavramıyla beraber iletken ve yalıtkan kavramlarının ortaya çıkmasına sebep oldu.
Bütün bu gelişmeler güzel olsa da hiçbiri ilk başta pek işe yaramadı. Bu yüzden de bu işlerle uğraşan insanlara elektrikçiler dendi. Ve bir bilim insanından çok sanatçı olarak görüldüler. Bu kişiler, deneylerden elde edilen bilgiler sayesinde yeni ve eğlenceli düzenekler oluşturup gösteri yaparak para kazanıyordu.
Fakat bu durum çok uzun sürmedi. Elektrikle yapılan gösterileri hayretle izleyen bazı bilim insanları, işin arkasındaki süreci öğrenmek istedi. Bu bilim insanlarından birisi de Hollanda’nın Leiden kentinde çalışırken statik elektriği etkili bir şekilde muhafaza etmeye yarayan bir kavanoz icat eden Pieter van Musschenbroek’ti. Leyden Jar (Leyden kavanozu) olarak bilinen bu cihaz, günümüzde tüm elektronik cihazlarda bulunan kondansatörün atasıdır.
Devam eden süreçte 1752’de Benjamin Franklin, elektrik yükü açısından pozitif ve negatif terimlerini icat etti. Ayrıca pil adını verdiği şeyi oluşturmak için de Leyden kavanozlarından oluşan bir sistem oluşturdu. Yine de tüm bu ilerlemelere rağmen elektriğin özelliklerine ilişkin epistemolojik bilgiden yoksunduk. Taa ki bilim başını alıp gidene kadar.
Elektrik Nedir Sorusunun Cevabını Anlamaya Başlıyoruz!
18. yüzyılın sonlarında iki İtalyan bilim insanı olan Alessandro Volta ve Luigi Galvani arasındaki bilimsel rekabet, elektrik hakkında çok şey öğrenmemizi sağladı. Elektriğin işleyişi, organizmaya etkisi ve en önemlisi elektriğin nasıl depolanacağını bu bilimsel rekabet sayesinde öğrendik.
Volta’nın tuzlı suya batırdığı kağıtla ayırdığı bakır ve çinko disklerden oluşan kule şeklindeki Volta pili dünyanın ilk piliydi. Bundan sonra 1831’de Michael Faraday, elektromanyetik indüksiyonu keşfetti ve ilk elektrik jeneratörünü icat etti. Mekanik enerjiyi artık elektriğe dönüştürebiliyorduk. Ve bu, elektrik çağının belki de en önemli gelişmesidir. Çünkü bugün kömür, doğal gaz, nükleer veya rüzgar enerjisi kullanan santraller elektromanyetik indüksiyon sayesinde çalışıyor.
1844’te Samuel Morse’un telgrafı icat etmesi, 1860’larda Maxwell’in elektromanyetizma denklemlerini yayınlaması, Edison ve Tesla arasındaki rekabet gibi birçok olay sayesinde elektriğin gelişim serüveni de hız kazanmış oldu. Ve son olarak Thales’in kehribarla yaptığı deneyden 2500 sene sonra J.J. Thompson ve Ernest Rutherford’un atom çekirdeği üzerine yaptığı çalışmalar, elektriğin tam olarak ne olduğunu bize göstermiş oldu.
Peki Elektrik Nasıl Çalışır?
Elektrik, manyetizmayla birlikte doğanın 4 temel kuvvetinden birinin bir parçasıdır. Ve yüklü parçacıkların elektromanyetik alanlar aracılığıyla etkileşimine odaklanır.
Her atomda proton ve nötrondan oluşan bir çekirdek ile çekirdeğin etrafına dizilmiş elektron içeren bir dizi kabuk vardır. Çekirdeğe yakın olan elektronlar, çekirdek tarafından daha çok çekilir. Dış kabuktaki elektronlar ise değerlik elektron olarak bilinir ve onları atomdan ayırmak çok daha kolaydır. Çünkü çekirdeğe daha uzak oldukları için daha az çekilirler.
İşte bu değerlik elektronlarının alışverişi elektrik dediğimiz şeydir. Bakır ve gümüş gibi metallerin çekirdeğe en uzak kabuğunda yani değerlik kabuğunda 1 elektron vardır. Bu nedenle bu elementler kolayca elektron kabul eder. Bu da onların iletken olmasına sebep olur. Yalıtkanlarsa neredeyse dolu veya tamamen dolu kabuklara sahiptir. Bu yüzden elektron alışverişi yapamaz ve dolayısıyla da elektriği iletmezler.
Elektriğin Geleceğinde Ne Var?
Her gün gelişen ve büyüyen dünyada enerjiye özellikle de elektrik enerjisine olan ihtiyacımız gittikçe artıyor. İklim değişikliği çağında yaşıyor olmamızdan ötürü bilim insanları, çevreye zarar vermeden elektrik enerjisi üretmenin yollarını arıyor. Bunun için de rüzgar enerjisi, nükleer enerji ve nükleer füsyon teknolojileri gibi konular üzerine çalışıyorlar.
Hatta bununla da kalmayıp lityum-iyon pillerinin ötesinde, daha küçük ve daha verimli piller geliştirmeye çalışıyorlar. Ayrıca oda sıcaklığında çalışabilen ve mevcut sistemlerimizi daha verimli hale getirecek olan süperiletken malzemeler üzerindeki çalışmalar da dikkat çekiyor. Kısacası elektriğin serüveninin burada bittiğini söyleyemeyiz. Zira daha birçok gelişme bizleri bekliyor.
Yazımızın devamında göz atmak isterseniz: Tesla’nın Hayali Kablosuz Elektrik Bir Hayal mi Yoksa Gerçek mi?
Kaynaklar ve İleri Okumalar
- How Does Electricity Work? The Answer Has Changed Over the Ages ; Bağlantı: How Does Electricity Work? The Answer Has Changed Over the Ages (popularmechanics.com) ; Yayınlanma tarihi: 8 Şubat 2023
Matematiksel