Elektrik yüklerinin kaynağı atomun yapısında bulunan elekton ve proton denilen parçacıklardır. Protonun yükü pozitif (+), elektronun yükü ise negatif (–) dir. Bir elektronun yüküne elementer yük denilmiÅŸtir ve birim yük olarak seçilmiÅŸtir.
Yüksüz (nötr) bir atomdaki elektronların (–) yük toplamı, protonların (+) yük toplamına eÅŸittir.
Bir cismin üzerindeki pozitif (+) yük sayısı, negatif yük sayısına eÅŸit ise, böyle cisme nötr ya da yüksüz cisim denir. Yüksüz denildiÄŸi zaman cismin içinde hiç yük yok anlamına gelmez. Yalnızca (+) ve (–) yük miktarının eÅŸit olduÄŸu anlamına gelir.
Üzerinde (+) yük fazlalığı olan cisimlere pozitif yüklü cisim denir. Cisimleri pozitif yüklü hale getirmek için cisimden elektron alarak (+) yük fazlalığı oluÅŸturmak gerekir.
Üzerinde (–) yük fazlalığı olan cisimlere negatif yüklü cisim denir. Herhangi bir yolla cisme (–) yük verilirse, (–) yük fazlalığı oluÅŸur.
Zıt cins yüklü cisimler birbirlerini çekerler. Bu durumda da cisimler birbirlerine zıt yönde kuvvet uygularlar. Fakat bu kuvvetler çekme yönündedirler.
|
|
Yüksüz cisimler ise birbirlerine kuvvet uygulayamadıkları için, ne iter, ne de çekerler.
Cisimlerin yükleri q1 ve q2 aralarındaki uzaklık d ise, birbirlerine uyguladıkları itme ya da çekme kuvveti,
bağıntısından bulunur. Bu kuvvet yüklerin çarpımı ile doÄŸru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
Ä°letken Cisimler
Üzerinde serbestçe dolaÅŸabilen yükler olan cisimlere iletken cisim denir. Genel olarak metaller iyi iletkenlerdir. Ä°nsan vücudu da iletkendir. Ä°çinde iyon bulunduran çözeltiler de elektriÄŸi iletirler. Ä°letken içinde hareket eden yük (–) yüktür. Yani elektronlardır. (+) yükler protonun yükü olduÄŸu için hareket etmezler. Çözeltilerde (+) ve (–) iyonlar hareket eder.
Yalıtkan Cisimler
Üzerinde serbestçe dolaÅŸabilir yükler olmayan cisimlere yalıtkan cisim denir. Plastik, cam, mika ve saf su bazı yalıtkan olan maddelere örneklerdir.
ELEKTRÄ°KLENME ÇEŞİTLERÄ°
1. Sürtünme ile Elektriklenme
Saçımızı tararken, yün kazağımızı çıkarırken çıtırtılar duyulur. Otomobilden inerken kapı kolu ile el arasında elektrik akışı olur. Bu ve benzeri örneklerdeki olayların nedeni elektriklenmedir.
Sürtünme ile elektriklenmede birbirine sürtünen cisimlerden biri diÄŸerine elektron verir ve kendisi pozitif (+) yükle yüklenir. Elektron alan cisim üzerinde (–) yük fazlalığı oluÅŸacağı için negatif (–) yükle yüklenir. Alınan yük verilen yüke eÅŸit olduÄŸu için yük miktarı eÅŸittir.
Cam çubuk ipek kumaÅŸa sürtülürse, camdan ipeÄŸe elektron geçiÅŸi olur. Cam çubuk (+), ipek kumaÅŸ ise (–) yükle yüklenir.
Plastik çubuk yünlü kumaÅŸa sürtülürse, çubuk yünlü kumaÅŸtan elektron alır ve (–) yükle yüklenir. Yünlü kumaÅŸ elektron verdiÄŸi için (+) yükle yüklenir. Alınan ve verilen yük miktarları eÅŸittir.
2. Dokunma ile Elektriklenme
Yüklü bir cisim nötr bir cisme dokundurulduÄŸunda mevcut yükünü paylaşırlar ve nötr cisimde yüklenir. Bu tür yüklenmeye dokunma ile elektriklenme denir. Åžekilde (–) yüklü K küresi nötr L küresine dokundurulduÄŸunda, K den L ye elektron geçiÅŸi olur ve sonra dengeye gelirler.
|
|
EÄŸer K cismi (+) yüklü olsa idi, nötr L küresinden (–) yükler K küresine geçer ve her ikisi de (+) yüklü olurdu.
Yüklü cisimler birbirine dokundurulduktan sonra son yükleri, kürelerin kapasitelerine baÄŸlıdır. Kürelerin kapasiteleri yarıçapla orantılı olduÄŸundan toplam yükü yarıçapları oranında paylaşırlar.
EÄŸer küreler özdeÅŸ ise, yani yarıçapları eÅŸit ise, toplam yükü eÅŸit olarak paylaşırlar.
Åžekilde yarıçapla rı r1 ve r2, yükleri q1 ve q2 olan küreler iletken telle birleÅŸtirilip anahtar kapatılırsa yük alış veriÅŸi yaparlar ve son yükleri q'1 ve q'2 olur.
|
|
Bu son yükleri bulmak için toplam yük; toplam yarıçapa bölünerek yarıçap başına düÅŸen yük ile, her bir kürenin yarıçapı ile çarpılarak son yükleri bulunur.
Kürelerin dokunma sonrası yük miktarları,
Yüklü iki cisim birbirine dokundurulduÄŸunda yüklerinin iÅŸareti ile ilgili kÅŸu üÄŸç durum vardır.
1. Her ikisi de (+) yükle yüklenebilir
2. Her ikisi de (-) yükle yüklenebilirler
3. Her ikisi de nötr olabilir
Birisinin yükünün (+) diÄŸerinin ki ise (-) olma ihtimali yoktur.
|
3. Etki ile Elektriklenme
Yüksüz K ve L cisimleri birbirine temas halinde iken (+) yüklü bir M çubuÄŸu yaklaÅŸtırılıyor. M çubuÄŸundaki (+) yükler K küresinden L küresine (–) yükleri çeker. K küresinin çubuÄŸa uzak olan kısmı (+) yükle yüklenir.
|
|
Daha sonra küreler yalıtkan ayaklarından tutulup ayrılır ve M çubuÄŸu uzaklaÅŸtırılırsa, K küresi (+), L küresi de (–) yükle yüklenmiÅŸ olur.
|
|
M çubuÄŸu dokundurulmadan K ve L küreleri yüklenmiÅŸ olur. Böyle yüklemeye etki ile elektriklenme denir. Etki ile elektriklenmede K ve L nin yarıçapları ne olursa olsun yük miktarları eÅŸittir. Ayrıca çekilen ya da itilen yükler mümkün olan en uzaktan çekilir ya da mümkün olan en uzaÄŸa itilir.
Åžekildeki gibi (+) yüklü K cismi, nötr L cismine yaklaÅŸtırıldığında onu etki ile elektrikler. L nin K tarafında (–) yükler, diÄŸer tarafında ise (+) yükler toplanır. K cismi L deki (–) yükleri çeker, (+) yükleri ise iter.
|
|
Fakat d1 < d2 olduÄŸu için, Fç > Fi olur ve cisim K ye doÄŸru çekilir. K tarafından çekilen nötr L cismi K ye dokunursa, L de (+) yükle yüklenir ve bu durumda da L küresi düÅŸey konumun diÄŸer tarafına doÄŸru itilir.
Topraklama
Dünya çok büyük bir küre olduÄŸu için kapasitesi çok büyüktür. Dolayısıyla toprakla temas halinde olan cisimler nötr haldedir.
(–) yüklü cisim iletken bir telletopraÄŸa baÄŸlanırsa cisimdeki fazla olan (–) yükler topraÄŸa akar ve cisim nötr olur.
(+) yüklü cisim iletken bir telle topraÄŸa baÄŸlanırsa, cisimdeki (+) yükler hareket edemeyeceÄŸi için, topraktan cisme (–) gelir ve cisim nötr olur.
Nötr bir cisim etki ve topraklama yoluyla elektriklenebilir.
|
|
(–) yüklü K cismi nötr L cismine yaklaÅŸtırılırsa, L cisminin bir tarafı (+) diÄŸer tarafı (–) yükle yüklenir.
|
|
L cismi iletken bir telle topraÄŸa baÄŸlanırsa (–) yükler mümkün olan en uzaÄŸa yani topraÄŸa kadar itilir.
|
|
Daha sonra M cismi uzaklaÅŸtırılmadan toprak baÄŸlantısı kesilirse, L deki (+) yükler kalır ve K cismi de uzaklaÅŸtırıldıktan sonra L cismi (+) yükle yüklenir.
|
|
ELEKTROSKOP
Bir cismin yüklü olup olmadığını, yüklü ise yükünün iÅŸaretini anlamaya yarayan alete elektroskop denir. Elektroskobun basitçe yapısı ÅŸekildeki gibidir. Metal bir topuz, metal bir tel, iletken çok hafif iki yaprak ve cam fanustan oluÅŸmaktadır.
|
|
Elektroskop yüksüz iken, yapraklar kapalı ve yapraklar arasındaki açı sıfır derecedir. Elektroskop yüklendiÄŸinde, her iki yaprakta aynı cins ve eÅŸit yükle yüklenir ve birbirlerini iterek yapraklar açılır. Yapraklar arasındaki açı yük miktarı ile orantılıdır. Yük miktarı artarsa, açı artar, yük miktarı azalırsa, yapraklar arasındaki açı da azalır.
Buna göre, elektroskobun yüklü olup olmadığını, yaprakların açık olup olmadığından anlayabiliriz.
Nötr bir elektroskoba bir cisim dokundurulduÄŸunda, yapraklar açılıyorsa dokundurulan cisim mutlaka yüklü demektir. Dokunmayla elektriklenme sonucu elektroskopta yüklenir ve yaprakları açılır. Fakat bu durumda yükün iÅŸareti anlaşılamaz.
Yükün iÅŸaretini anlayabilmek için, yükünün iÅŸareti bilinen bir elektroskoba yüklü cismi yaklaÅŸtırmamız gerekir. Åžekildeki (–) yüklü elektroskoba K cismi yaklaÅŸtırıldığında yapraklar biraz açılıyor.
|
|
Yaprakların biraz açılmasının nedeni, yapraklardaki yük miktarının artmasıdır. Yani topuzdan yapraklara (–) yükler itilmiÅŸtir. Topuzdan yapraklara (–) yüklerin itilebilmesi için K cisminin yükünün iÅŸareti (–) olmalıdır.
EÄŸer K cismi yaklaÅŸtırıldığında elektroskobun yaprakları biraz kapanıyorsa, yapraklardaki yük miktarı azalıyor yani topuza yapraklardan yük çekiliyordur. Buna göre, K cisminin yükünün iÅŸareti (+) dır.
|
|
Yüklü bir cisim, yüklü bir elektroskoba yaklaÅŸtırıldığında yapraklar biraz açılıyorsa , cisim ile elektroskop aynı cins yükle yüklü, yapraklar biraz kapanıyorsa , cisim elektroskopla zıt yüklüdür.
Cisim yaklaÅŸtırılırken yapraklar biraz açılıyorsa, uzaklaÅŸtırılırken yapraklar biraz kapanıyordur.Yani yaklaÅŸma uzaklaÅŸma birinin tersi olur.
|
Nötr bir elektroskoba (–) yüklü bir K cismi yaklaÅŸtırıldığında elektroskop etki ile elektriklenir. Yapraklar (–) yükle yüklenirken, topuz ise (+) yükle yüklenir, (+) yüklü cisim yaklaÅŸtırılsa idi, yapraklar (+), topuz ise (–) yükle yüklenirdi.
|
|
Yüklü bir cismi yüklü bir elektroskoba dokundurduÄŸumuzda, yaprakların hareketinin nasıl olacağını anlamak için yük miktarlarını ve yükün iÅŸaretini bilmek gerekir.
|
|
1°) qE = – 3q, qK = +q ise, birbirlerine dokundurulduÄŸunda, toplam yük qT = – 3q + q = – 2q olur ve bu yükü aralarında paylaşırlar. Dolayısıyla elektroskobun yük miktarı azalır ve yapraklar biraz kapanır.
2°) qE = + q, qK = – q olsa idi elektroskobun yük miktarı sıfır olur ve yapraklar tamamen kapanırdı.
3°) qE = – q, qK = +4q ise, toplam yük
qT = + 4q – q = + 3q olur. Elektkroskobun ilk yükü (–) iÅŸaretli iken dokundurduktan sonra (+) iÅŸaretli olur. Bu durumda elektroskobun yaprakları önce kapanır, sonra tekrar açılır.
Elektroskop ve dokundurulan cismin yükünün iÅŸareti aynı ise, elektroskobun yapraklarının hareketini bilebilmek için kapasitelerinin de bilinmesi gerekir.
|
|
Åžekilde +q yüklü çubuk ve elektroskop birbirine dokundurulduÄŸunda üç ihtimal vardır.
1°) Kapasiteleri eÅŸit ise, yük geçiÅŸi olmaz ve elektroskobun yaprakları arasındaki açı deÄŸiÅŸmez.
2°) Elektroskobun kapasitesi büyük ise, toplam yükün (+2q) yarıdan fazlasını alır ve yapraklar biraz açılır.
3°) ÇubuÄŸun kapasitesi büyük ise, çubuk toplam yükün (+2q) yarıdan fazlasını alır ve elektroskobun yaprakları biraz kapanır.
Åžekilde (–) yüklü bir cisim, (+) yüklüelektroskoba sürekli yaklaÅŸtırılıyor. Bu durumda elektroskobun topuzundaki (–) yüklerin (elektroskobun topuzu (+) yüklü olsa da (–) yüklerde vardır.) bir kısmı yapraklara itilir ve yapraklardaki (+) yük miktarı azalır. Dolayısıyla yapraklar biraz kapanır. YaklaÅŸtırmaya devam edildiÄŸinde ve yapraklardaki (+) yüke eÅŸit miktar (–) yük itildiÄŸinde, yapraklar tamamen kapanır.
|
|
Yine yaklaÅŸtırılmaya devam edilir ve yapraklardaki (+) yükten daha fazla (–) yük itilirse, yapraklar (–) yükle yüklenir ve tekrar açılır.
Yüksüz (nötr) bir elektroskoba (–) yüklü bir cisim yaklaÅŸtırıldığında etki ile elektriklenir ve yapraklar (–), topuz (+) yükle yüklenir.
Bu durumda iken, elektroskobun topuzu topraklanırsa, yapraklardaki (–) yükler topraÄŸa akar ve yapraklar tamamen kapanır. Çünkü iletilen yükler mümkün olan en uzaÄŸa yani topraÄŸa itilir.
Daha sonra toprak baÄŸlantısı kesilir ve cisim uzaklaÅŸtırılırsa, elektroskop (+) yükle yüklenmiÅŸ olur.
Özel Durumlar
1. Ä°çi boÅŸ iletken bir küre yüklendiÄŸinde, yükler kürenin dış yüzeyinde toplanır. Çünkü yükler birbirini karşılıklı olarak mümkün olan en uzaÄŸa yani dış yüzeye doÄŸru iterler. Ä°ç yüzey nötr dür.
|
|
2. Yine nötr bir kürenin iç yü-zeyine (–) yüklü X cismi dokundurduÄŸumuzda, X küresi yükünün tamamını büyük küreye aktarır ve kendisi nötr hale gelir. EÄŸer (–) yüklü X küresi, büyük kürenin dışına dokundurulsaydı, toplam yükü aralarında yarıçapları oranında paylaşırlar idi.
|
|
3. (+) yüklü X küresi nötrkürenin içine deÄŸmeyecek ÅŸekilde salındırıldığında, etki ile elektriklenme olur. Kürenin iç yüzeyine (–) yükler çekilir. Dış yüzeyinde ise (+) yük fazlalığı oluÅŸur.
|
|
4. Yüklü iletken cisimlerin sivri uçlarında daha fazla yük toplanır.
| |
COULOMB KUVVETÄ°
Aralarında d kadar uzaklık bulunan yüklü iki cisim birbirlerini, yüklerin çarpımı ile doÄŸru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olacak ÅŸekilde birbirlerine kuvvet uygularlar.
|
|
Yükler aynı iÅŸaretli ise birbirlerini iterler, zıt iÅŸaretli ise birbirlerini çekerler. Bu itme ve çekme kuvveti yüklerin deÄŸerleri ne olursa olsun, eÅŸit büyüklükte ve zıt yönlüdür.
F1 = –F2
Yüklü cisimlerin birbirine uyguladıkları kuvvete Coulomb kuvveti denir. Coulomb kuvveti,
bağıntısı ile hesaplanır. Burada,
F : Coulomb kuvveti
d : Yüklü cisimlerin kütle merkezleri arasındaki uzaklık
k : Coulomb sabiti. Bu sabit, ortamın cinsine ve kullanılan birim sistemine bağlı olarak değişen bir sabittir.
Boşluk ya da hava ortamında,
Ä°kiden fazla yüklü cismin baÅŸka yüklü bir cisme uyguladığı toplam kuvvet bulunurken aÅŸağıdaki aÅŸamalar takip edilir.
1. Yüklerin iÅŸaretine göre herbir yüklü cismin uyguladığı kuvvet vektörleri gösterilir.
2. Coulomb bağıntısına göre, yüklerin büyüklüÄŸüne ve aradaki uzaklığa bakılarak kuvvetlerin ÅŸiddetleri bulunur.
3. Kuvvet vektörleri arasındaki açılar bulunur.
4. Son olarakta bulunan bu kuvvet vektörlerinin vektörel toplamı yapılır.
Åžekilde, –q1 ve +q2 yüklü cisimlerin –q3 yüklü cisme uyguladığı kuvvetler ve toplam kuvvet gösterilmiÅŸtir.
|
|
Åžekilde ipek iplikle asılı q1 ve q2 yüklü cisimler birbirlerini iterek dengeye geliyorlar. Cisimlerin yüklerinin büyüklükleri ne olursa olsun birbirlerine uyguladıkları kuvvetlerin büyüklükleri eÅŸittir.
|
|
Taralı üçgenlerden tana deÄŸerleri yazılırsa,
Buna göre, açılar arasındaki iliÅŸki kütleler arasındaki iliÅŸkiye baÄŸlıdır.
a. m1 = m2 ise a1 = a2 dir.
b. m1 > m2 ise a1 < a2 dir.
c. m1 < m2 ise a1 > a2 dir.
