Prizden aldığımız elektrik ile telefonumuzdaki bataryada depolanan elektrik arasındaki fark nedir? Neden DC (doğru akım) ve AC (alternatif akım) olmak üzere iki tür akım var? Farkları nelerdir? Bu iki akım türünü inceledik, karşılaştırdık ve sizlere sunduk.
Doğru akım (DC), tanımı itibariyle elektrik yüklerinin potansiyeli yüksek olan konumdan potansiyeli düşük olan konuma tek yönlü hareketi sonucu oluşan akımdır. Bu durumu dağın zirvesinden borular aracılığı ile inen suya benzetebiliriz. Dağın zirvesindeki potansiyel enerjinin aşağıya göre daha fazla olmasından ötürü borular içerisindeki su hızla aşağı doğru iner, potansiyeli yüksek olan yerden düşük olan yere hareket eder.
Şekil.1
Doğru akım tek yönlü olduğundan kutupludur ve yönü artı kutuptan eksi kutba doğrudur. İlerleme yönü değişmediği için frekansı sıfırdır. Şekil I’de görüldüğü üzere doğru akım grafiği pozitif eksende sabit, negatif eksende sabit veya bu eksenlerin herhangi birinde türlü biçimlerde olabilir ancak yönü değişmediği buna takiben frekansı sıfır olduğu için bu eksenlerin ikisinde de değer aldığı bir grafiği doğru akım için çizemeyiz.
Alternatif akım (AC), elektrik yüklerinin potansiyeli yüksek olan konumdan potansiyeli düşük olan konuma çift yönlü hareketi sonucu oluşan akımdır. Doğru akımın aksine belli bir yönü olmadığından, akımın iki yönde de hareket etmesinden ötürü, yönsüz akım olarak nitelendirilmektedir.
Şekil.2
Alternatif akım iki yönde de hareket ettiğinden şekil II’de görüldüğü üzere bir periyoda ve frekansa sahiptir. Alternatif akım grafiği ise şöyle oluşur: Akım sıfırdan maksimum değere yaklaşır, sonrasında maksimum değerden sıfıra yaklaşır ve yön değiştirir. Diğer yönde de aynı hareketi yaptıktan sonra bir periyot tamamlanmış olur. Ancak bu süreç genelde çok hızlı gerçekleşir. Örneğin, Türkiye’de dağıtım bu işlemin saniyede 50 kez gerçekleştiği şekliyle yapılır. Bu da demek oluyor ki evlerimizdeki elektriğin frekansı 50 Hz (Hertz)’dir.
Zihnimizde daha iyi canlandırabilmek adına, evimizdeki avizede bulunan ampul 50 Hz alternatif akıma bağlı olarak ışık verir. Elektrik vermek için duvardaki anahtara dokunduğumuzda akım sıfırdan maksimum değerine ulaşır, ampul yanar ve ışık verir. Sonra ise maksimum değerinden sıfıra yaklaşır ve söner. Ardından diğer yönde aynı işlem gerçekleşir, ampul bir daha yanar ve söner. Bu da her bir periyotta ampulün 2 kez ışık verdiği ve 2 kez söndüğü anlamına gelecektir. Bu periyot saniyede 50 kez gerçekleştiğine göre avizedeki bir ampul saniyede 100 kere yanmakta ve 100 kere sönmektedir. İnsan gözü saniyede yaklaşık 20 yanıp sönmeden fazlasını algılayamadığı için biz bu döngüyü ancak özel kameralarla çekilen yavaşlatılmış görüntüler aracılığı ile görebilmekteyiz.
Bu iki akımı birbirinden ayrıcalıklı kılan özellikler nelerdir?
Bu sorunun cevabını vermek için 19. yüzyılın sonuna doğru Thomas Edison ve Nikola Tesla – General Electric vs George Westinghouse – gruplarının çekişmeli mücadelesini inceleyerek başlayabiliriz. Ayrıca başlığımıza da adını veren “The Current War” adında bu konuyu anlatan bir film de mevcut.
O zamanlarda Edison sahip olduğu doğru akımın ününü duyurmaya çalışıyordu. Westinghouse ise daha uzun mesafelere daha uygun maliyetlerle taşınabilmesinden dolayı alternatif akım tarafındaydı. Edison ise var olan düzenini bozmamak için ve bu akımın ölümcül olduğunu düşündüğü için alternatif akıma karşı çalışmalar yürütüyor ve Westinghouse’un adını lekelemeye çalışıyordu. Ancak bir gerçek vardı ki iki akım da belli ölçüde ölümcüldü.
Akımları ile yankı uyandırabilmeleri şansına sahip olacakları bir etkinlik olan Chicago Dünya Fuarı‘na elektrik sağlamak için iki grup da ihaleye katıldı. Nikola Tesla kısa sunumuyla ihaleyi almayı başardı. Bu galibiyette etkin olan şey alternatif akımın yüksek voltajlara kolayca çıkarılıp uzun mesafelere çok daha ince kablolarla taşınabilmesi, dolayısıyla çok daha ucuz ve verimli olmasıydı. Ancak doğru akım, taşınırken daha kalın kablolara ihtiyaç duyuyor, yüksek voltajlara kolayca çıkamıyordu. Bu da kablodan geçen akımın çok yüksek olmasına ve dolaylı olarak daha kalın kablo gerekliliğine sebep oluyordu. Fazla akım geçtiği için de kablolar ısınıyor, elektrik ısıya dönüşüp çok uzak mesafeler katedilememesine sebep oluyordu.
Günümüzde hala elektrik, uzun mesafelere genellikle alternatif akım ile taşınır. Trafolar aracılığıyla elektrik 400kV, 220kV 132kV gibi değerlere yükseltilir ve şehirler arasında bu şekilde taşındıktan sonra hedef yapıya bağlı bulunan başka bir trafoda tekrar düşürülür. Yapıya uygun hale getirilen elektrik -Türkiye’de 220 Volt olarak- evlerimize ulaşır.
Şu ana kadar alternatif akımın doğru akıma üstünlük sağlayan özelliklerini inceledik. Ancak doğru akımın da alternatif akıma üstünlük sağladığı özellikleri bulunmakta. Bunların başında alternatif akımın depolanamaması gelir. Depolanamaz çünkü Şekil.2’de görüldüğü üzere voltaj bir periyotta hem artı değer hem de eksi değer alır. Bunun ortalama değeri sıfır olduğundan pil dolumu mümkün değildir. Başka bir deyişle gerilim artı olduğunda pil dolacak eksi olduğunda pil boşalacaktır. Bu şartlarda pilde bir potansiyel fark yaratmak mümkün değildir. Buradan alternatif akımın üretildiği gibi harcandığı, doğru akımın ise üretildiği gibi harcanabilmesine ek olarak bir de depolanabildiği sonucunu çıkarabiliriz. Dolayısıyla mobil cihazlarımızda doğru akım ile dolan ve doğru akım üreten piller kullanmaktayız. Bu bataryaları da alternatif akımı doğru akıma dönüştüren transformatör içeren doğrultma devreleri ile şarj etmekteyiz.
Günümüzde kullanılan elektronik aletlerin bazıları (buzdolabı, fırın, ısıtıcı) direkt alternatif akımla çalışırken çoğu ise (televizyon, bilgisayar, monitör, ses sistemi, telefon şarj cihazları…) prizden aldığı alternatif gerilimi doğru akıma dönüştüren devreler (çeviriciler) kullanarak doğru akım ile çalışmaktadır. Çünkü bu cihazların kontrolcüleri ve ona bağlı diğer devre elemanları doğru akım ile çalışmaktadır.
İki akımın da istenilirse ölümcül olabileceğini hatırlatıp doğru akımın başka bir pozitif özelliğinden bahsedecek olursak doğru akım, alternatif akımın geçtiği her yerden geçemez. Bahsettiğimiz “yer” insan vücudu ise bu cümle çok daha önem kazanmakta ve doğru akımı alternatif akıma göre kısmen daha güvenli yapmaktadır.
Peki, Alternatif akım ve doğru akım nasıl üretilir?
Alternatif akım, manyetik alanda hareket eden iletkenlerin oluşturduğu indüksiyon yoluyla elektrik üretmesi yöntemine dayanır. Alternatif akım üreten makinelere alternatör adı verilir.
Doğru akım; pillerde bulunan galvanik hücrelerde, aküler aracılığıyla, güneş panellerinin yük alışverişi ile potansiyel fark oluşturması yöntemiyle veya alternatif akım enerjisini doğru akıma çeviren dinamo adlı cihazlar aracılığı ile üretilir.
