"> Elektrik Birimlerinin Tarihi - Benga.pro Mühendislik ve Bilişim Ltd. Şti

Birçoğumuzun sandığı gibi değildir. Soyadı Volt olan bir bilim insanı “gerilim”i bulmuş da bulduğu şeye birim olarak kendi adını vermiş değildir. Ya da soyadı Watt olan bir bilim insanı “güç”ü keşfetmiş de güç birimi olarak kendi adını kullanmayı tercih etmiş değildir.   Bu birimlerin hepsi adı geçen bilim insanlarını onurlandırmak için sonradan türetilmiştir.

15e_OhmsINTRO.jpg

Modern dünya’da sadece 7 tane temel birim vardır.

Büyüklük

Birimler

İsmi

Sembolü

Uzunluk

metre m

Kütle

kilogram kg

Zaman

saniye s

Elektrik akım şiddeti

Amper

A

Termodinamik sıcaklık Kelvin

K

Madde miktarı mol

mol

Işık şiddeti kandela

cd

Diğer bildiğimiz duyduğumuz tüm birimler, yukarıdaki 7 temel birimi kullanarak türetilmişlerdir. Mesela “Volt” adı verilen  gerilim birimi aslında “m2.kg.s-3.A-1” dır ki böyle bir birimi kullanmak resmen işkencedir. Bu sebeple günlük kullanımını kolaylaştırmak adına bazı uluslararası kongrelerde karmaşık birimlerin yerine yeni isimler önerilmiştir. Bu isimler elektrik tarihindeki önemli bilim insanlarını onurlandırmak adına onların isimleri arasından seçilmiştir. Yani, Watt, Volt, Amper, Coulomb, Farad, Ohm, Tesla, Weber gibi birimler bilim insanlarının yaşadıkları dönemlerden sonra ortaya çıkmıştır.


Konumuzla ilgili olan ” http://seaus.free.fr” adresindeki “Elektrik Birimlerinin Tarihi” konulu makalenin çevirisini aşağıda bulabilirsiniz.

Her bir fiziksel “nicelik” mutlaka kendisi için bir birime ihtiyaç duyar. Elektrik alanında Volt, Amper, Watt gibi birimler o kadar yaygındır ki elektrikle yakın ilgili olmasa bile hemen hemen herkes bu birimleri tanır.  Peki bu birimler ne zaman ve nasıl ortaya çıkmıştır?

ONDALIK METRİK SİSTEM

Ondalık sistemin ortaya çıkışı aslında o kadar eski değildir. 1700lü yılların 2. yarısında Fransa’da Lavoisier isimli bilim insanı farklı ülkelerden gelen kimyagerlerin birlikte iletişim kurabilmesini için ondalık sistemin standartlaştırılmasına çabalıyordu ki böyle bir komitenin de zaten üyesiydi. Kendi alanındaki bir çok tabloyu bizzat ondalık sisteme çevirmişti. Fransız ihtilali esnasında hedefine ulaşamadan giyotine gönderildi. Fakat kendisinden sonra Fransa’da 7 Nisan 1795’de metre ile gram ülkenin resmi birimi oldu ve ondalık sistem kuruldu. Yunanca’dan alınan “deka”, “hekta”, “kilo”  önekleri üst katlar için seçilmiş, Latince’den alınan “desi”, “santi”, “mili” önekleri ise alt katlar için seçilmiştir.  Bu sistem Lavoisier’in dilediği gibi gerçek bir evrensel dil haline geliyordu.

ELEKTRİK BİRİMLERİ

Ölçümün iki temel bileşeni vardır: Önce ölçülecek bir nicelik tanımlamak ve bu niceliği ölçmek için de güvenilir bir enstrüman kullanmak gerekir.

18.yy boyunca elektrik yüklerini ve kuvvetini ölçmek için saman, tel, altın varak gibi maddelerden çeşitli cihazlar yapılmıştı. Farklı iki enstrümandan çıkan değerleri birbirleriyle örtüştürmek mümkün olmadığından bu cihazlar, “elektrometre” genel adıyla bir ölçüm cihazı olamazlardı. Olsa olsa sadece gözlem yapılabilen “elektroskop” grubu cihazlar olabilirlerdi.

Elektrik bataryasının 1800’de keşfedilmesi, daha sonra 1820’de elektromanyetizmanın keşfedilmesi sayesinde elektrik artık “ölçü” kullanılarak incelenmeye başlamıştır.  Elektroliz olayında bir elektrottan çıkan gazın hacmi, diğer elektrodun üstünde biriken madde miktarı sayesinde artık “elektrik” ölçülebilir nicelik olmuştu. Sonraki dönemlerde bir akımın şiddetinin manyetik bir iğne üzerindeki veya başka bir elektrik devresi üzerindeki etkisi ölçüm kriteri olarak değerlendirilmeye başlamıştı.

XIX. Yüzyıl boyunca, motorlar, jeneratörler, aydınlatma cihazları endüstriyel ölçekte geliştirilmiştir. Tüm bu faaliyetler sağlam bir ölçü sistemi ve birimlere ihtiyaç duyuyordu. Bu sebeple yeni ölçü aletleri geliştirme ve elektrik birimlerini belirleme girişimleri başladı. Bu girişimler, evrensel bir uyum ihtiyacı oluşuncaya kadar dağınıktı. 

BİRLEŞİK KRALLIK(UK) BAŞI ÇEKİYOR

Bu alanda, UK diğer Avrupa ülkelerinden çok ilerideydi. 1863’te, bilimin ilerlemesi için İngiliz Birliği, kısa adı “BA Sistemi” olan “System of the British Association – İngiliz Birliği Sistemi” adı altında kısmen uluslararası kabul görmüş bir birim sistemi kurmuştur.

Bu sistem sayesinde İngiliz bilim insanları, elektriği akademik bilimler arasına sokmaya kararlıydılar. Mekanik bilimi, zamanının modeliydi. Bu nedenle, elektrik birimleri mekanikteki üç temel birimden yani metre, gram ve saniyeden çıkarılmalıydı.

1873’te William Thomson (ileride Lord Kelvin olacaktı), hacimsel kütleleri ölçmek için metrenin santimetre ile değiştirilmesini önerdi. Bu sistem daha sonra CGS sistemi olarak  anıldı. (C:centimeter(santimetre), G:gram(gram) S:second(saniye)).

1875’te 17 ülke diplomatlarınca “metre sözleşmesi” imzalandı. (Arjantin, Avusturya-Macaristan, Belçika, Brezilya, Danimarka, Fransa, Almanya, İtalya, Peru, Portekiz, Rusya, İspanya, İsveç ve Norveç, İsviçre, Osmanlı Devleti, Amerika Birleşik Devletleri ve Venezuela).  Aynı zamanda “Ağırlıklar ve Ölçüler İçin Genel Sözleşme” (GCWM) ve “Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu” (IBWM) kuruldu. Merkez ofisleri Paris yakınlarındaki Sevr’de idi.

Teorik CGS sisteminin yanı sıra, İngiliz Birliği bazı pratik birimler tanımladı. Pratikte, direnç birimi olarak “Ohm”, elektromotor kuvvet birimi olarak “Volt” birimi ve akım yoğunluğu birimi olarak “Weber”birimini tanımlandı. Bu, elektrik biliminin gelişmesine katkıda bulunan üç bilim insanı onurlandırmak için yapılmıştı. Bu üç birim, ünlü Ohm kanunuyla birbirlerine “I = E / R” formülü ile bağlıydı. Sonuç olarak 1 Weber,  1 Voltluk bir elektromotor kuvvetinin etkisi altında 1 ohm’luk bir dirençle dolaşan akımın yoğunluğudur.

1881 ÖNCESİ : Farklı Ulusal Sistemler Vardı.
Direnç Birimleri

Birleşik Krallık’ın teorik birim sisteminin yanında bir de pratik birimler tanımladığını söylemiştik.

Teorik Birim: İki teorik sistem olan elektrostatik sistem ve elektromanyetik sistemin bir arada var olmasında bir sorun vardır. Endüstriyel uygulamalardan ötürü, CGS elektromanyetik sistem seçilmişti. Bu sistemde direnç, hızın bir doyutuydu ve birimi teorik olarak cm/s ‘idi.

Pratik birim: CGS teorik biriminin değeri (cm / s) çok düşük bir dirençlere karşılık geliyordu. Bu nedenle, İngiliz Birliği, sıradan dirençleri ölçmek için daha uygun bir pratik birim seçti. Saniyede 10 milyon metreye karşılık gelen bir birim oluşturdu. (109 CGS birimi). Bu birim daha sonra Ohm olarak anılacaktı. Bu arada söyleyelim, o dönemdeki metre tanımını veren, dünya meridyeninin uzunluğunun dörtte biri de 10 milyon metre idi. Bu sebeple direnç için de bu uzunluk seçilmişti.

Pratik birim de çözüldüğüne göre sıra standartlar oluşturmaya gelmişti. Bu standartlar Londra’da saklanan metal dirençler yardımıyla oluşturuluyordu. Komitenin sorumlusu olan Maxwell, standartları belirleme görevini üstlenmişti: 

“Ölçüm yapılacak metal, iki parça gümüş ve 1 parça platinumdan tel şeklinde 5mm ila 8mm çapında  1 ila 2m uzunluğunda üretilen alaşım olacaktı. Bu teller bakır elektrotları iyi kavraması için lehimlenecekti. Telin kendisi iki kat ipekle kaplanmış, katı parafin içine gömülmüş ve ince bir pirinç kutu içine kapatılmış olacaktı. Böylece direnci 1 Ohm olacak bir sıcaklığa kolayca getirilebilecekti. Bu sıcaklık bobinin izolasyon takozu üzerine yazılacaktı.”

Birleşik Krallıkta direnç bu şekilde tanımlanırken Fransa’da 4 milimetre çapında ve bin metre uzunluğunda bir telgraf telinin direnciyle temsil edildi. Bu birim yaklaşık 10 ohm değerinde idi ama kullanılan telin kalitesine yakından bağlıydı. Almanya’da ise bir metre uzunluğunda ve bir milimetrekare kesitindeki cıva sütununun direnci esas alınıyor,  Siemens birimi (SU sembolü) kullanılıyordu. Değeri yaklaşık 0,9536 Ohm idi.

ELEKTROMOTOR KUVVET BİRİMİ

CGS elektromotor kuvveti de çok düşük bir değere sahipti. Bu nedenle, İngiliz Birliği, pratik elektromotor birimi olarak, 108 CGS birim değerine sahip olan Volt’u seçti. Daniell pilinin elektromotor kuvveti tarafından temsil edilir. Daniell tarafından 1836’da geliştirilen bu pil 1,079Volt’a sahipti. Daniell pili Frans ve Almanya’da da referans olarak kullanılmaktaydı.

AKIM ŞİDDETİ BİRİMLERİ

İngiliz birliğinin pratik birimi olan 1 Weberlik akım şiddeti, uçları arasında 1 Volt olan elektromotor kuvvetinin 1 Ohmluk direnç üzerinden akmasına sebep olduğu akımdır.

Almanya’da akım yoğunluk birimi, bir Daniell bataryasının terminallerine bağlı bir siemens direncini geçen birimdi ve 1,16 Weber değerine sahipti.

Fransa’da ise hem İngilizler ve Alman birimleri referans olarak alınıyordu.

Ortak bir dilin gerekli olduğu açıktı. Paris’teki ilk “elektrikçiler” kongresine konan hedef buydu.

1881 – İLK ULUSLARARASI ELEKTRİK KONGRESİ

1881’de Paris’te çok büyük bir kongre yapıldı. 28 farklı ülkeden 250 delege katıldı. Elektrik dünyasının ünlü isimleri olan katıldı. William Thomson (Lord Kelvin), Tyndall, Crookes, Helmholtz, Kirchhoff, Siemens, Mach, Gramme, Rowland, Becquerel, Fizeau, Planté, Lord Rayleigh, Lenz gibi bilim adamları ve mühendisler ilk defa bir araya geldi.

expo_ensemble_Nature.corr-8b564.png

Öncelikli olarak ele alınması gereken konulardan biri elektrik birimleri ve standartlardı. CGS sistemi ile birlikte elektrik birimlerini mekaniğin teorik kapsamına yerleştirmek isteyen İngiliz bilim adamları ile pratik standartlar isteyen Alman mühendisler arasında bir muhalefet vardı.

16 Eylül 1881 de başlayan kongre 8 gün sürdü. 24 Eylül 1881 yayınlanan sonuç bildirgesinde şunlar yer alıyordu:

  1. CGS Sistemi kabul edilmiştir.
  2. 108 CGS birim değerine sahip Ohm adında direnç birimi oluşturulacaktır.
  3. Pratik direnç birimi (Ohm), 0 ° santigrat sıcaklıkta bir milimetre kare kesitli bir cıva kolonu ile oluşturulacaktır.
  4. Bir uluslararası komite bir Ohm’u temsil eden cıva sütununun uzunluğunu belirleyecektir.
  5. Akım şiddeti birimi “Amper” olarak adlandırılır: Bir ohm’da bir volt tarafından üretilen akım şiddetidir.
  6. Elektrik biriminin miktarına “Coulomb” adı verilir. Bir saniye boyunca bir amper akım tarafından üretilen elektrik miktarı (Q = I. t ) 1 Coulomb’dur.
  7. Kapasite birimi, “Bir faraddaki bir coulomb’un bir volt üretmesi” şartı ile tanımlanan “farad” olacaktır (Q / C = V ilişkisine göre)

1881Paris.PNG

Davetli ülkenin vatandaşları olarak Ampère ve Coulomb, akım şiddeti ve yük birimleri olarak seçilerek onurlandırıldı. Weber bir kenara bırakılmış oldu ama adı daha sonra manyetik akı birimine verildi. Bu kongreden sonra bilim dünyasındaki ünlülerin isimlerini kullanmak bir akım haline gelmişti. Hatta birkaç on yıla kadar Hertz, Siemens, Tesla, Henry gibi bilim insanlarının isimleri de bu listeye katılacaktı. Hatta Amper, en temel birimlerden biri olacaktı.    

1881 KONGRESİNİN SONRAKİ BÖLÜMÜ.. JOULE, WATT

1882’de, İngiliz Birliği, enerji ve güç birimleri için bir teklifte bulundu. CGS sistemi zaten bir iş birimine(erg) ve güç biriminie (erg/s) sahipti.  Enerji birimi olarak daha önce kullanımda olan “Columb. Volt” yerine “Joule” kullanılması önerildi. Birlik aynı zamanda güç için de “Amper Volt” yerine “Watt”‘ı önerdi. Bununla birlikte elektrik dünyası, mekanikçilerin alanına da girmiş oldu.

1 kilogrammetre = 9,81 joule.

1 beygir gücü = 736 watt

1884’te Paris’te “elektrik birimlerinin belirlenmesi için uluslararası konferans” toplandı. Ohm değeri sabitlendi. 1 ohm, buzun erime sıcaklığındaki 106cm uzunluğunda bir milimetrekare cıva sutununun direnciydi. Amper, mutlak değeri 0,1 CGS elektromanyetik birim olan akım olarak tanımlandı. Volt, direnci 1 ohm olan bir iletkende bir amper akımı “oluşturan” elektromotor kuvvet olarak belirlendi.

1889’da uluslararası elektrik kongresi uluslararası sergi sırasında Paris’e geri döndü. Joule ve Watt, enerji ve güç birimleri olarak tasdik edildi. Kilowatt, elektrik motorlarının güç ölçüsü için beygir gücünün yerine kabul edildi.  

1893’de büyük 1881 Paris kongresinin benzeri Chicago’da yapıldı. Bu kongre resmi anlamda 2.elektrik kongresi idi.

Bu kongreye katılan ülkeler hükumetler düzeyinde temsil edildi. Böylece kongrenin kararları uluslararası kanun olarak bağlayıcı olacaktı. Daha önce seçilen birimler onaylandı ve netleştirildi. Uluslararası ohm, pratikte, 106,3 cm uzunluğunda ve 14,4521 gram kütlede bir santimetre karelik bir cıva sütunu ile tanımlanacaktır. Uluslararası amper, bir gümüş nitrat elektrolizörünün katotuna saniyede 0,00118 gram gümüş nitrat akacak akım olacaktır. Uluslararası volt, Daniell pilinin yerine geçen ve bir “depolarizer pil” olan Clark pilinin 1000/1434’üne tekabül eden elektromotor kuvveti olacaktır. Joule ve Watt tastik edildi.  Ve ev sahibi ülke unutulmadı. Henry, bir elektrik devresinin manyetik endüktansının ölçülmesinin uluslararası bir ölçü birimi olarak kabul edildi.

MKSA SİSTEMİNE DOĞRU İLERLERKEN

 1860 larda İngiliz elektrik dünyası ve özellikle Maxwell, CGS sisteminin eksiğini biliyor ve temel bir birim daha ekleyip tamamlamanın gereğini hissediyordu. Bu birim, ya elektrik yükü yada elektrik akım şiddeti olmalıydı. 

Ama bir sıkıntı vardı….Elektrostatiği açıklayan Coulomb yasası ve elektromanyetizmayı açıklayan Laplace yasası birimler için farklı boyutlar veriyordu.  Örneğin, elektromanyetik sistemde, direnç bir hız boyutuna sahiptir (L uzunluğunun t zamanına oranı ile ifade edilir). Elektrostatik sistemde ise direnç, hızın tersi boyutuna sahiptir (t zamanının L uzunluğuna oranı ile ifade edilir). Aynı şekilde, yük birimi, akım yoğunluk birimi, elektromotor kuvvet birimi, kapasite birimi … iki sistemde farklı boyutlara sahip oluyordu.  Aynı zamanda, her sistemdeki elektriksel büyüklüklerin boyutları arasındaki oranın, Maxwell teorisinde önemi çoktan söz edilmiş olan bir “c” hızı içerdiği görülmüştür. 

Elektromanyetik sistemin baskın olduğu CGS sistemi, elektrostatik sisteme kötü adapte edilmişti. 1901’de İtalyan elektrik mühendisi Giovanni Giorgi, bu iki sistemin uzlaştırılmasını amaçlayan bir çözüm önerdi; sonuçta, ana elektrik birimi olarak Amper, uzunluk birimi olarak metre ve zaman birimi olarak saniyenin seçilmesini sağladı. Kütleler için, kilo öneki bir birim belirlemek için uygun olmasa da, seçilen kilogram oldu. Bu sisteme Giorgi sistemi veya MKSA sistemi adı verildi. 1906’da belli bir görevle “Uluslararası Elektroteknik Komisyonu” (IEC) kuruldu: endüstriyel elektrik için kullanılacak ölçü sisteminin normalleştirilmesi.  Ancak, MKSA sistemi, 1946 yılına kadar Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi tarafından kabul edilmemişti.

1948’de, genel ağırlık ve ölçü konferansı, Newton’u kuvvet birimi olarak önerdi (bir kg kütleye bir metre / s2 ivme verebilecek bir kuvvet). Mekanik ve elektrik birimleri nihayet birleştirilmiş oldu. O zamana kadar, bir saniye boyunca, bir ohm’luk bir dirençle taşınan bir amperlik akım tarafından üretilen enerji olarak tanımlanan Joule, aynı zamanda, uygulandığı noktayı 1 metre hareket ettiren bir Newton kuvvetin yaptığı iş olarak tanımlandı.

MKSA sistemi daha sonra, 1960’da onbirinci Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı’nın (GCWM) kabul ettiği Uluslararası Sistem (IS) adını aldı.

 

 

 

 

 

Yorum Yazın

En az 4 karakterden oluşmalı