Nötr (Yüksüz) Beden
Elektron sayısı proton sayısına eşdeğer olan atoma nötr atom, atomları nötr olan cisme ise nötr vücut yada yüksüz gövde denir Yüksüz vücut denildiğinde üzerinde hiç siklet değil anlamında değildir Fazla yüklerin negatif yük miktarına eşit olması demektir
Artı Yüklü Beden
Üstünde pozitif tartma fazlalığı olan cisimlere pozitif yüklü cisimler denir Bu cins cisimler herhangi bir yolla elektron kaybetmemişlerdir ve (+) siklet fazlalığı olmamıştır
Negatif Yüklü Karoser
Üzerinde olumsuz önem fazlalığı olan cisimlere negatif yüklü cisimler denir Bu cins cisimler herhangi bir yolla elektron kaybetmişlerdir ve () önem fazlalığı oluşmuştur
ÖRNEK:
Yüklü K ve L çubukları yine yüklü X,Y,Z kürelerine yaklaştırıldığında K çubuğunun X ve Y kürelerini ittiğini L çubuğunun ise Y ve Z kürelerini çektiği gözleniyor
X küresinin yükü (+) ise K,L,Y ve Z cisimlerinin yüklerinin işareti nasıldır ?
ÇÖZÜM:
Benzer yüklü cisimler birbirini iter, zıt yönü olan cisimler birbirini çeker Buna kadar K cismi X ve Y kürelerini ittiğine kadar, üçü de benzer cins yükle yüklüdür X,(+) yüklü ise K ve Y ’de (+) yükle yüklüdür L cismi ise Y ve Z kürelerini çekmiştirY ’nin yükü (+),L ’nin yükü ise () Z yükü(+)dır
Iletken ve Yalıtkan
Elimizle tuttuğumuz metal bir çubuğu kürke sürtüğümüzde elektriklenmediğini gözleriz, oysa metal çubuğa camdan ya da plastikten yalıtkan bir sap yapıp bu saptan tutarak elimizi çubuğa hiç değdirmeden kürke sürtüğümüzde metal çubuk eletriklenir Önceki durumda metaldeki yükler insan vücudundan toprağa aktığından metal çubuk yüklenmemiştir İşte metaller, insan vücudu ve toprak gibi cisimler elektriği ilettiğinden bunlara iletken denir Plastik cam mika ve bunun gibi maddeker elektriği iletmediğinden yalıtkan maddelerdir
genel olarak metaller iyi bir iletkendir Metal olmayan maddeler ise yalıtkandır Sahiden tam bir izolatör madde yoktur
Güya İletkenler
Elektriği iletmeleri bakımından iletken ile yalıtkan aralarında bir özellik taşırlar Bir benzeri iletkenin sıcaklığı artırıldığında iletken duruma geçebilir Elementlerden Silisyum ve Germanyum en fazla aşina sözde iletkendirler
Elektriklenme Çeşitleri
Sürtünme ile elektriklenme
Dokunma ile elektriklenme
Etki ile elektriklenme
1Sürtünme ile Elektriklenme
Yerinde seçilmiş iki gövde birbirlerine sürtüldüğünde biri elektron vererek (+) yükle yüklenir, diğeri de onun verdiği elektronu alarak() yükle yüklenirKuru ipek beze
Sürtülen cam çubuk elektron vererek (+) yükle yüklenirken, ipek kumaş() yükle, kürkte(+) yükle yüklenir
Sürtünen cisimlerden birinin kaybettiği elektron sayısı diğerinin kazandığı elektron sayısına eşit olduğundan toplam tartı miktarı değişmez kalır Sürtünme yoluyla elektriklenmiş bu iki cisim tekrar birbirine dokundurulursa nötr ışık halkası geçer
2 Dokunma ile Elektriklenme
Herhangi bir nötr madde de eşdeğer miktarda fazla ve negatif ağırlık vardır Bu sebeple nötr bir madde olağan halde bir elektrik etkisi göstermez Fazla ve negatif yükler arasındaki denklik herhangi bir yolla bozulacak olursa ceset yüklenmiş olur
Aşağıda şekil I ’de yüklü K çubuğunu nötr L küresine dokundurursak, K çubuğunda bir tedarik () yük küreye geçerek kürenin yüklenmesine niçin olur
Eğer K çubuğu (+) yüklü olsaydı, bu yükler küreden bir kısım() yükleri çekecekti ve kürede (+) ağırlık fazlalığı oluşucaktı sonradan çubuk uzaklaştırılınca küre (+) yükle yüklenmiş olurburada şu sonuçlar çıkarılabilir
Elektrik yüklü bir gövde nötr bir cisme dokundurulduğunda, onu da aynı tür
elektrik yüküyle yükler Bu cins elektriklenmeye dokunma ile elektriklenme denir
Yüklü iki ceset birbirine dokundurulduğunda, toplam önem korunur Bu toplam
Yükü cisimler arasında kapasitelerine göre paylaşırlar Bu durumda cisimler, dokunmadan önce, eşdeğer ve ters yüklü nötr olurlar Huysuz halde mutlaka her ikisi de aynı tür yükle yüklenirler Birbirine dokundurulan cisimlerin zıt yükle yüklenmeleri muhtemel değildir
3 Dokundurulan cisimler küre ise, küreler yükleri aralarında yarıçaplarıyla dürüst orantılı olarak paylaşırlar Çünkü kürelerin kapasiteleri sanki çaplarıyla içten orantılıdır Küreler özdeş iseler, toplam yükü eşdeğer olarak paylaşırlar
4 Siklet miktarları ile sözde çaplar orantılı değilse, önce yarıçap başına yük bulunur Yarıçap başına düşen tartı, toplam yükü eşdeğer olarak paylaşırlar
qr q1+q2+qn r1+r2+rn
sonra bu sözde çap başına düşen yükü, herbirinin güya çaplarıyla çarparak küreleri son yükleri ayrı ayrı bulunur
Formül : q ’1 (q1+q2r1+r2)r1 , q ’2 (q1+q2r1+r2)r2
ÖRNEK: X,Y,Z kürelerinin yarıçapı ve yükleri sırasıyla 2r,r,3r
+4q,q,7q ’dur Geçirgen kürelerden X küresi yalıtkan ipinden tutularak, önce Y ye sonradan da Z ye birer kere dokundurulup çekiliyor
Bu işlemler sonunda X,Y ve Z kürelerinin son yükleri nedir?
CEVAP:
X küresi önce Y ye dokunduruluyor Bu durumda iki kürenin toplam yükleri qT +4qq +3q ’dür Bu ağırlık kürelerin yarıçapları oranında paylaşılır+2q kadar X küresinde, +q kadarıda Y küresinde kalır sonradan +2q yüklü X küresini Z küresine dokunduralım Toplam ağırlık, qT +2q7q 5q ’dur
Bu yüklü küreler yarıçapları oranında paylaşılır Yani –3q kadarı Z küresinde,2q kadarıda X küresinde bulunur
3 Tesir ile Elektriklenme
Geçirgen cisimlere yüklü cisimler dokundurmadan sadece yaklaştırılıp etki ettirmek suretiyle elektrikleyebiliriz Aşağıdaki şekilde birbirine değmekte olan K ve L geçirgen çubukları izolatör ayaklar üstünde durmaktadırlarK çubuğun ucuna (+) yüklü bir küre aşağıdaki şekildeki yaklaştırılıyor Küredeki (+) yükler, K cisminin içindeki bazı() yükleri uca dürüst çekecek ve çekilen elektronların yerine (+) tartı fazlalığı oluşacağından bu (+) larda birazcık ilerden () yükleri çekecektir Bu olay () yüklerin en son uçtan çekilinceye kadar zincirleme devam eder Sonuçta (+) ve () yükler gruplara ayrılmış olur
sonradan küre uzaklaştırılmadan, K ve L çubuklarının izolatör ayaklarından tutulup ayrıldığında ve kürenin de uzaklaştırılması sonunda yükler kendi içinde aynı yapılı olan olarak dağılacak ve yüklenmiş olacaktır Bu nesil yüklenmeye etki ile yüklenme denir
Etki ile elektriklenmede K ve L cisimlerinin kapasiteleri ne olursa olsun mutlaka eşit ve zıt yükle yüklenirler Çünkü bir taraftan çekilen elektron miktarı kadar diğer tarafta fazla siklet fazlalığı oluşacaktır
Şu Anda tek bir cismin etki ile nasıl yükleneceğini görelim Nötr bir küreye, () yüklü bir çubuk aşağı şekil 1 deki gibi yaklaştırırsak kürenin yükleri tesir ile gruplara ayrılır Bu durumda () yüklerin toplanacağı yerden küre iletken bir telle toprağa bağlanırsa () yüklerin bir kısmı toprağa değin itilir sonradan toprak bağlantısı kesilirse kürede (+) tartma fazlalığı oluşturulmuş olur Sonuçta çubuk uzaklaştırılırsa, (+) tartı küreye homojen olarak dağılır Küre etki ve topraklanma yoluyla yüklenmiş olur
Negatif yüklü bir cisim iletken bir telle toprağa bağlarsak, cismin üstünde fazla () yükler toprğa akar Bu akma işi nötr oluncaya kadar devam eder
Fazla yüklü bir cismi geçirgen bir telle toprağa bağlarsak, (+) yükler hareket edemeyeceğinden topraktan () siklet çekilir Gövde nötr oluncaya dek () ağırlık çekilmesi devam eder Dolayısıyla toprakla bağlantısı olan cisimler nötrdür Tankerlerin arkasına bir ucu yerde sürüklenen zincirin bağlanması, oluşan sabit yüklerin toprağa akmasını karşılamak içindir Bu da kıvılcımla yangın çıkma olasılığını azaltır
ÖRNEK :
Izolatör ayak üstünde birbirine değen nötr K ve L kürelerinden K topraklanmıştır L küresine () yüklü bir çubuk yaklaştırılıyor Önce toprak bağlantısı kesiliyor
Daha Sonra;
Çubuk uzaklaştırılmadan K ve L küreleri birbirinden ayrılırsa,
Çubuk uzaklaştrıldıktan sonradan K ve L küreleri birbirinden ayrılırsa
Tartı durumları nasıl olur?
ÇÖZÜM :
Ilk Olarak nötr olan K ve L kürelerinden L ye () yüklü çubuk yaklaştırılırsa, L küresindeki bir kısım () yükler K küresi üzerinden toprağa değin itilir Bu durumda L küresinin çubuğa bakan yüzünde (+) siklet fazlalığı oluşur K küresi ise nötr durumdadır Toprak bağlantısı kesildikten sonradan çubuğu uzaklaştırmadan kürelere ayırırsak K nötr, L ise (+) yüklü olur
Toprak bağlantısı kesildiktan sonra, önce çubuğu uzaklaştırıp sonradan küreleri ayırırsak, koşul öbür olur Çubuğun uzaklaşması durumunda L deki mevcut tartma küreler arasında paylaşılır Yani L küresindeki (+) yükler, K den () yükler çekerek sonunda (+) yüklenmesine niçin olur sonra küreleri ayırırsak her iki kürede, (+) yükle yüklenmiş olur
ELEKTROSKOP
Bir cismin yüklü olur olmadığını, yüklü ise hangi cins yükle yüklü olduğunu anlamaya yarayan alete elektroskop denir Aşağı şekil 1 de görüldüğü gibi metal bir topuz ve buna alt olan geçirgen bir çubuk, çubuğun ucunda ise açılıp kapanabilen gümüş ya da aşağı yapılmış ince iletken yapraklar vardır Elektroskop rüzgardan ve havadaki iyonlardan etkilenmemesi için cam fanus içine alınmıştır
Elektroskop yüksüz iken yapraklar en ince ayrıntısına kadar kapalıdır Yüklendiği süre ise yapraklar benzer tür yükle yükleneceğinden birbirini iterek açılır
Yapraktaki önem miktarları ne dek fazla ise tarafsızlık böylece fazladır Yani yapraklardaki yük miktarı artıkça siklet miktarı açıklık artarken, tartı miktarı azaldıkça açıklıkta azalacaktır
Altında şekil 2 de K cismi nötr elektroskoba dokundurulduğunda yapraklar açılmıyorsa ceset yüksüz, yapraklar açılıyorsa K cismi yüklü demektir Çünkü dokunma ile elektriklenme sağlanarak yapraklar açılmaktadır
K cisminin yükünün türünü anlayışlı olmak için, yüklü bir elektroskoba yaklaştırmamız gerekir Eğer beden şekil 3 (a) daki () yüklü elektroskopun topuzuna yaklaştırıldığında yapraklar azıcık açılıyorsa yapraklardaki önem miktarı artmış yani topuzdan yapraklara () önem gelmiş demektir Bu da K cisminin () yüklü olmasıyla mümkündür Şekil 3 (b) deki gibi yapraklar biraz kapanıyorsa, yapraklardan topuza () yük gelerek yaprakların yük miktarının azalmasına neden olmuştur Bu da K cisminin (+) yüklü olmasıyla mümkündür
O halde yüklü bir beden, yüklü elektroskopun topuzuna yaklaştırıldığında yapraklar birazcık açılıyorsa ceset elektroskopla aynı yüklü, yapraklar birazcık kapanıyorsa elektroskopla zıt yüklü demektir
Nötr elektroskoba, (+) yüklü K cismi yaklaştırıldığında, yapraklardan () yükleri topuza geçer ve tesir ile elektriklenme meydana kazanç Topuz () yüklenirken, yapraklar ise (+) yükle yüklenerek açılır Nötr elektroskoba () yüklü L cismi yaklaştırıldığında tesir elektriklenme olur ve topuz (+), yapraklar ise () yükle yüklenir
Yüklü bir ceset yüklü bir elektroskoba dokundurulduğunda yaprakların hareketi için neler olacağını inceleyelim Bu durumda neler olacağını anlamak için elektroskobun ve dokundurulan cismin yükünün türü ve miktarının bilinmesi gerekir Bazı sorularda da kapasitelerinin de bilinmesi gerekir
Yukarıdaki şekilde K cismi ve elektroskoba öbür miktarlarda önem değerleri verilerek ve birbirine dokundurulularak, yapraklardaki değişmeleri inceleyelim
K cismi +q elektroskop ise –q ise, elektroskop nötr olur ve yapraklar ayrıntılarıyla kapanır
K cismi +q elektroskop –2q ise, toplam tartma –q olur ve bu yük aralarında paylaşılır Elektroskopun yükü azalır ve yapraklar biraz kapanır
K cismi +3q elektroskop –q ise, toplam yük +2q olur Bu önem arasında paylaşılır ve her ikiside (+) yükle yükleneceğinden yapraklar siklet değişimi sırasında adamakıllı kapanır Sonradan her tarafta açılır
K cismi ile elektroskobun yükünün hepsi aynı ise, dokundurulduğunda neler olacağını kavramak için mutlaka kapasitelerinin de bilinmesi gerekir Çünkü toplam siklet, kapasiteleri oranında paylaşılacaktıreğer yük kapasite değerleri öbür ise, aralarında yük alışverişi tartma kapasite değeri eşdeğer oluncaya dek devam eder Elektroskopun önem kapasitedeğeri gelen cisminkinden minik ise, elektroskop tartma alacağından yapraklar açılır, eşitse değişmeyen büyükse tartma vereceğinden yapraklar biraz kapanır
Nötr elektroskobun topuzuna () yüklü cisim yaklaştırıldığında, etki ile elektriklenme sonucu topuz (+), yapraklar ise () yükle yüklenir Sonradan elektroskopun topuzu toprağa bağlandığında, yapraklardaki fazlalık yükler toprağa akar ve yapraklar kapanır daha sonra toprak bağlantısı kesilir ve gövde uzaklaştırılırsa, elektroskoptaki (+) yükler yaprakların tekrar açılmasını sağlar
ÖRNEK:
Yukarıdaki şekilde () elektroskoba K ve L cisimleri aynı anda ve aynı miktarda yaklaştırılıyor
Yaprakların açıklığında değişiklik olmuyorsa
Yapraklar azıcık kapanıyorsa
Yapraklar biraz açılıyorsa
K ve L cisimlerinin yükünün işareti ve değeri için ne söylenir
ÇÖZÜM:
Elektroskobun yapraklarının açıklığı değişmiyorsa, birinin yaptığı etkiyi diğeri yok ediyor demektir Bu da ancak K ve L nin yüklerinin işareti zıt ve eşdeğer olmasıyla mümkündür
Yapraklar birazcık kapanıyorsa, yapraklardaki () yüklerin bir kısmı topuza dürüst çekilmiş demektir Bu durumda cisimlerin iki şekilde olabilir;
1 Her ikisi de (+) işaretli ve öbür miktarda olabilir Çünkü her ikisi de yapraklardan () yükü çeker
2 Ters işaretli olabilirler, lakin işareti(+) olanın yükü () olanın yükünden artı olabilir Çünkü çekme kuvveti itme kuvvetinden büyük olmalıdır
Yapraklar azıcık açılıyorsa, çağırmak oysa yapraklara topuzdan () tartı itilmiş demektir Bu durumda da cisimlerin yüklerinin işareti iki şekilde olabilir
3 Her ikisi de () işaretli ve değişik miktarda olabilir Çünkü() tartma, topuzdaki () yükleri yapraklara iterç
4 Ters işaretli olabilir Ama işareti () olanın ağırlık miktarı (+) olanın önem miktarından pozitif olabilir Çünkü itme kuvveti çekme kuvvetinden büyük almak zorundadır
Özel Durumlar
İçi abes kürenin içine () yüklü bir kürecik sarkıtıldığında küre etki ile elektriklenir Yani() yükler dış kısma itilerek iç kısmada (+) önem fazlalığı oluşur İçe ve dışa aşağıdaki şekildeki gibinötr elektroskoplar bağlandığında elektroskopların yapraklarının açıldığı gözlenir
Olumsuz () yüklü kürecik, kürenin içine dokundurulursa nötr olan küre () yükle yüklenir Bu yükler bir birini itmek suretiyle kürenin dış kısmına toplanır Küre iç kısmı nötr olur Aynı şekilde içe ve dışa nötr elektroskop bağlandığında, içe bağlanan elektroskobun yapraklarını açılmadığı, dışa bağlananın ise yapraklarının açıldığı gözlenir Kürecik kürenin bir iç parçası olduğundan yüksüzdür Ayrıca yüksüz olduğunu nötr bir elettroskobun topuzuna dokundurulduğunda yapraklarının açılmadığından da anlaşılabilir
Yüklü iletken cisimlerin sivri uçlarında daha pozitif tartı toplanır Çünkü yükler itme ve çekme kuvvetine tarafından mümkün olan en uzağa itilir ya da olası olan en uzakta çekilir Böylece sivri uçlarda daha pozitif önem toplanır
COULOMB KUVVETİ
Yukarıda şekil a da aynı yüklerin birbirlerini çektiği biliniyor Yapılan deneyler bu itme ya da çekme kuvvetinin, cisimlerin üzerindeki siklet fazlalığına ve cisimler arasındaki uzaklığa alt olduğunu göstermiştir
aynı ve eşdeğer miktarda elektrikle yüklü özdeş K ve L geçirgen kürelerinin aralarındaki uzaklık d iken birbirlerine uyguladıkları itme kuvveti F olsun Şekil b de birinin yükü yarıya indirildiğinde bu kuvvetin F2 olduğu şekil C de diğerinin yükü de yarıya indirildiğinde ise F4 olduğu ve şekil d de birinin yükü iki katına çıkarıldığında itme kuvvetinin 2F olduğu görülüyor
O halde yüklü iki cisim arasındaki itme ya da çekme kuvveti, yüklerin çarpımı ile içten orantılıdır
Yükler sabit kalacak şekilde aralarındaki uzaklık yarıya indirildiğinde kuvvetin dört katına çıktığı, aralarındaki mesafe iki katına çıkarıldığında kuvvetin dört kat azaldığı görülür Bu da kuvvetin Yükler arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu gösterir
Coulomb Kuvveti:
Yüklü cisimlerin birbirine uyguladıkları kuvvetin tatbik noktası, siklet merkezleri; doğrultusu, ağırlık merkezlerini birleştiren içten; yönü, benzer tür ise birbirinden dışa, ters cins ise birbirine doğrudur Kuvvetin büyüklüğü ise yükler çarpımları ile dürüst, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır
Noktasal iki ağırlık arasındaki kuvvet; f~ q1*q2 d*dorantı sabiti k ise f k q1*q2d*d ifadesinden kullanılır
Burada ;
F: Yükleri birbirine uyguladıkları itme ya da çekme kuvvetidir
d: Yüklü cisimler arasındaki mesafe
k: Yüklerin bulunduğu ortamın cinsine ve kullanılan birim sistemine bağlı kat sayıdır
Boşlukta ya da havada yük birimi Coulomb alınırsa ;
k 9*10 Nmc olur
İtme yada çekme kuvveti, önem değerleri ne olursa olsun mutlaka cisimlere ayrı ayrı eşdeğer ve zıt yönlüdür F1 F2 l F1 l l F2 l
Birdenbire pozitif diğer bir yüke uyguladığı güç, her bir yükün uyguladığı kuvvetleri bileşkesinden bulunur
Yukarıdaki şekilde q1 ve q2 yüklerinin q3 yüküne uyguladıkları zorlama ile q3 ve q2 yüklerinin q1 yüküne uyguladığı kuvvetler gösterilmiştir
Bu kuvvetler dört aşamada hesaplanır
1 Önce yüklerin işaretlerine kadar güç vektörleri çizimle gösterilir
2 Sonradan F k q1*q2d*d ifadesine göre kuvvetlerin şiddetleri hesaplanır
3 sonradan da geometrik bilgileri kullanılarak kuvvetler arasındaki açılar belirlenir
4 En son olarak da vektörel toplama kuralları kullanılarak bileşke baskı bulunur
ÖRNEK:
Yukarıdaki şekilde benzer doğrultudaki noktasal yüklerden q2 ye uygulanan elektriksel kuvvetin sıfır olması için q3 yükünün işareti ve q cinsinden değeri nedir?
ÇÖZÜM:
q1 yükünün q2 yüküne uyguladığı kuvvete F1 dersek, q3 yükünün q2 yüküne uyguladığı kuvvete de F2 diyelim Aynı işaretli yükler birbirlerini ittiğine tarafından, q3 yüküne işareti q1 ve q2 nin işaretinin aynısı olması gerekir q2 ye uygulanan kuvvetin sıfır olması için iki baskı eşdeğer ve ters yönlü olmalıdır
d1 1 m, d2 2 m F1 F2
k* q1*q2d1*d1 k* q3*q2d2*d2
q11*1 q32*2
q3 4q1 dir *
Elektron sayısı proton sayısına eşdeğer olan atoma nötr atom, atomları nötr olan cisme ise nötr vücut yada yüksüz gövde denir Yüksüz vücut denildiğinde üzerinde hiç siklet değil anlamında değildir Fazla yüklerin negatif yük miktarına eşit olması demektir
Artı Yüklü Beden
Üstünde pozitif tartma fazlalığı olan cisimlere pozitif yüklü cisimler denir Bu cins cisimler herhangi bir yolla elektron kaybetmemişlerdir ve (+) siklet fazlalığı olmamıştır
Negatif Yüklü Karoser
Üzerinde olumsuz önem fazlalığı olan cisimlere negatif yüklü cisimler denir Bu cins cisimler herhangi bir yolla elektron kaybetmişlerdir ve () önem fazlalığı oluşmuştur
ÖRNEK:
Yüklü K ve L çubukları yine yüklü X,Y,Z kürelerine yaklaştırıldığında K çubuğunun X ve Y kürelerini ittiğini L çubuğunun ise Y ve Z kürelerini çektiği gözleniyor
X küresinin yükü (+) ise K,L,Y ve Z cisimlerinin yüklerinin işareti nasıldır ?
ÇÖZÜM:
Benzer yüklü cisimler birbirini iter, zıt yönü olan cisimler birbirini çeker Buna kadar K cismi X ve Y kürelerini ittiğine kadar, üçü de benzer cins yükle yüklüdür X,(+) yüklü ise K ve Y ’de (+) yükle yüklüdür L cismi ise Y ve Z kürelerini çekmiştirY ’nin yükü (+),L ’nin yükü ise () Z yükü(+)dır
Iletken ve Yalıtkan
Elimizle tuttuğumuz metal bir çubuğu kürke sürtüğümüzde elektriklenmediğini gözleriz, oysa metal çubuğa camdan ya da plastikten yalıtkan bir sap yapıp bu saptan tutarak elimizi çubuğa hiç değdirmeden kürke sürtüğümüzde metal çubuk eletriklenir Önceki durumda metaldeki yükler insan vücudundan toprağa aktığından metal çubuk yüklenmemiştir İşte metaller, insan vücudu ve toprak gibi cisimler elektriği ilettiğinden bunlara iletken denir Plastik cam mika ve bunun gibi maddeker elektriği iletmediğinden yalıtkan maddelerdir
genel olarak metaller iyi bir iletkendir Metal olmayan maddeler ise yalıtkandır Sahiden tam bir izolatör madde yoktur
Güya İletkenler
Elektriği iletmeleri bakımından iletken ile yalıtkan aralarında bir özellik taşırlar Bir benzeri iletkenin sıcaklığı artırıldığında iletken duruma geçebilir Elementlerden Silisyum ve Germanyum en fazla aşina sözde iletkendirler
Elektriklenme Çeşitleri
Sürtünme ile elektriklenme
Dokunma ile elektriklenme
Etki ile elektriklenme
1Sürtünme ile Elektriklenme
Yerinde seçilmiş iki gövde birbirlerine sürtüldüğünde biri elektron vererek (+) yükle yüklenir, diğeri de onun verdiği elektronu alarak() yükle yüklenirKuru ipek beze
Sürtülen cam çubuk elektron vererek (+) yükle yüklenirken, ipek kumaş() yükle, kürkte(+) yükle yüklenir
Sürtünen cisimlerden birinin kaybettiği elektron sayısı diğerinin kazandığı elektron sayısına eşit olduğundan toplam tartı miktarı değişmez kalır Sürtünme yoluyla elektriklenmiş bu iki cisim tekrar birbirine dokundurulursa nötr ışık halkası geçer
2 Dokunma ile Elektriklenme
Herhangi bir nötr madde de eşdeğer miktarda fazla ve negatif ağırlık vardır Bu sebeple nötr bir madde olağan halde bir elektrik etkisi göstermez Fazla ve negatif yükler arasındaki denklik herhangi bir yolla bozulacak olursa ceset yüklenmiş olur
Aşağıda şekil I ’de yüklü K çubuğunu nötr L küresine dokundurursak, K çubuğunda bir tedarik () yük küreye geçerek kürenin yüklenmesine niçin olur
Eğer K çubuğu (+) yüklü olsaydı, bu yükler küreden bir kısım() yükleri çekecekti ve kürede (+) ağırlık fazlalığı oluşucaktı sonradan çubuk uzaklaştırılınca küre (+) yükle yüklenmiş olurburada şu sonuçlar çıkarılabilir
Elektrik yüklü bir gövde nötr bir cisme dokundurulduğunda, onu da aynı tür
elektrik yüküyle yükler Bu cins elektriklenmeye dokunma ile elektriklenme denir
Yüklü iki ceset birbirine dokundurulduğunda, toplam önem korunur Bu toplam
Yükü cisimler arasında kapasitelerine göre paylaşırlar Bu durumda cisimler, dokunmadan önce, eşdeğer ve ters yüklü nötr olurlar Huysuz halde mutlaka her ikisi de aynı tür yükle yüklenirler Birbirine dokundurulan cisimlerin zıt yükle yüklenmeleri muhtemel değildir
3 Dokundurulan cisimler küre ise, küreler yükleri aralarında yarıçaplarıyla dürüst orantılı olarak paylaşırlar Çünkü kürelerin kapasiteleri sanki çaplarıyla içten orantılıdır Küreler özdeş iseler, toplam yükü eşdeğer olarak paylaşırlar
4 Siklet miktarları ile sözde çaplar orantılı değilse, önce yarıçap başına yük bulunur Yarıçap başına düşen tartı, toplam yükü eşdeğer olarak paylaşırlar
qr q1+q2+qn r1+r2+rn
sonra bu sözde çap başına düşen yükü, herbirinin güya çaplarıyla çarparak küreleri son yükleri ayrı ayrı bulunur
Formül : q ’1 (q1+q2r1+r2)r1 , q ’2 (q1+q2r1+r2)r2
ÖRNEK: X,Y,Z kürelerinin yarıçapı ve yükleri sırasıyla 2r,r,3r
+4q,q,7q ’dur Geçirgen kürelerden X küresi yalıtkan ipinden tutularak, önce Y ye sonradan da Z ye birer kere dokundurulup çekiliyor
Bu işlemler sonunda X,Y ve Z kürelerinin son yükleri nedir?
CEVAP:
X küresi önce Y ye dokunduruluyor Bu durumda iki kürenin toplam yükleri qT +4qq +3q ’dür Bu ağırlık kürelerin yarıçapları oranında paylaşılır+2q kadar X küresinde, +q kadarıda Y küresinde kalır sonradan +2q yüklü X küresini Z küresine dokunduralım Toplam ağırlık, qT +2q7q 5q ’dur
Bu yüklü küreler yarıçapları oranında paylaşılır Yani –3q kadarı Z küresinde,2q kadarıda X küresinde bulunur
3 Tesir ile Elektriklenme
Geçirgen cisimlere yüklü cisimler dokundurmadan sadece yaklaştırılıp etki ettirmek suretiyle elektrikleyebiliriz Aşağıdaki şekilde birbirine değmekte olan K ve L geçirgen çubukları izolatör ayaklar üstünde durmaktadırlarK çubuğun ucuna (+) yüklü bir küre aşağıdaki şekildeki yaklaştırılıyor Küredeki (+) yükler, K cisminin içindeki bazı() yükleri uca dürüst çekecek ve çekilen elektronların yerine (+) tartı fazlalığı oluşacağından bu (+) larda birazcık ilerden () yükleri çekecektir Bu olay () yüklerin en son uçtan çekilinceye kadar zincirleme devam eder Sonuçta (+) ve () yükler gruplara ayrılmış olur
sonradan küre uzaklaştırılmadan, K ve L çubuklarının izolatör ayaklarından tutulup ayrıldığında ve kürenin de uzaklaştırılması sonunda yükler kendi içinde aynı yapılı olan olarak dağılacak ve yüklenmiş olacaktır Bu nesil yüklenmeye etki ile yüklenme denir
Etki ile elektriklenmede K ve L cisimlerinin kapasiteleri ne olursa olsun mutlaka eşit ve zıt yükle yüklenirler Çünkü bir taraftan çekilen elektron miktarı kadar diğer tarafta fazla siklet fazlalığı oluşacaktır
Şu Anda tek bir cismin etki ile nasıl yükleneceğini görelim Nötr bir küreye, () yüklü bir çubuk aşağı şekil 1 deki gibi yaklaştırırsak kürenin yükleri tesir ile gruplara ayrılır Bu durumda () yüklerin toplanacağı yerden küre iletken bir telle toprağa bağlanırsa () yüklerin bir kısmı toprağa değin itilir sonradan toprak bağlantısı kesilirse kürede (+) tartma fazlalığı oluşturulmuş olur Sonuçta çubuk uzaklaştırılırsa, (+) tartı küreye homojen olarak dağılır Küre etki ve topraklanma yoluyla yüklenmiş olur
Negatif yüklü bir cisim iletken bir telle toprağa bağlarsak, cismin üstünde fazla () yükler toprğa akar Bu akma işi nötr oluncaya kadar devam eder
Fazla yüklü bir cismi geçirgen bir telle toprağa bağlarsak, (+) yükler hareket edemeyeceğinden topraktan () siklet çekilir Gövde nötr oluncaya dek () ağırlık çekilmesi devam eder Dolayısıyla toprakla bağlantısı olan cisimler nötrdür Tankerlerin arkasına bir ucu yerde sürüklenen zincirin bağlanması, oluşan sabit yüklerin toprağa akmasını karşılamak içindir Bu da kıvılcımla yangın çıkma olasılığını azaltır
ÖRNEK :
Izolatör ayak üstünde birbirine değen nötr K ve L kürelerinden K topraklanmıştır L küresine () yüklü bir çubuk yaklaştırılıyor Önce toprak bağlantısı kesiliyor
Daha Sonra;
Çubuk uzaklaştırılmadan K ve L küreleri birbirinden ayrılırsa,
Çubuk uzaklaştrıldıktan sonradan K ve L küreleri birbirinden ayrılırsa
Tartı durumları nasıl olur?
ÇÖZÜM :
Ilk Olarak nötr olan K ve L kürelerinden L ye () yüklü çubuk yaklaştırılırsa, L küresindeki bir kısım () yükler K küresi üzerinden toprağa değin itilir Bu durumda L küresinin çubuğa bakan yüzünde (+) siklet fazlalığı oluşur K küresi ise nötr durumdadır Toprak bağlantısı kesildikten sonradan çubuğu uzaklaştırmadan kürelere ayırırsak K nötr, L ise (+) yüklü olur
Toprak bağlantısı kesildiktan sonra, önce çubuğu uzaklaştırıp sonradan küreleri ayırırsak, koşul öbür olur Çubuğun uzaklaşması durumunda L deki mevcut tartma küreler arasında paylaşılır Yani L küresindeki (+) yükler, K den () yükler çekerek sonunda (+) yüklenmesine niçin olur sonra küreleri ayırırsak her iki kürede, (+) yükle yüklenmiş olur
ELEKTROSKOP
Bir cismin yüklü olur olmadığını, yüklü ise hangi cins yükle yüklü olduğunu anlamaya yarayan alete elektroskop denir Aşağı şekil 1 de görüldüğü gibi metal bir topuz ve buna alt olan geçirgen bir çubuk, çubuğun ucunda ise açılıp kapanabilen gümüş ya da aşağı yapılmış ince iletken yapraklar vardır Elektroskop rüzgardan ve havadaki iyonlardan etkilenmemesi için cam fanus içine alınmıştır
Elektroskop yüksüz iken yapraklar en ince ayrıntısına kadar kapalıdır Yüklendiği süre ise yapraklar benzer tür yükle yükleneceğinden birbirini iterek açılır
Yapraktaki önem miktarları ne dek fazla ise tarafsızlık böylece fazladır Yani yapraklardaki yük miktarı artıkça siklet miktarı açıklık artarken, tartı miktarı azaldıkça açıklıkta azalacaktır
Altında şekil 2 de K cismi nötr elektroskoba dokundurulduğunda yapraklar açılmıyorsa ceset yüksüz, yapraklar açılıyorsa K cismi yüklü demektir Çünkü dokunma ile elektriklenme sağlanarak yapraklar açılmaktadır
K cisminin yükünün türünü anlayışlı olmak için, yüklü bir elektroskoba yaklaştırmamız gerekir Eğer beden şekil 3 (a) daki () yüklü elektroskopun topuzuna yaklaştırıldığında yapraklar azıcık açılıyorsa yapraklardaki önem miktarı artmış yani topuzdan yapraklara () önem gelmiş demektir Bu da K cisminin () yüklü olmasıyla mümkündür Şekil 3 (b) deki gibi yapraklar biraz kapanıyorsa, yapraklardan topuza () yük gelerek yaprakların yük miktarının azalmasına neden olmuştur Bu da K cisminin (+) yüklü olmasıyla mümkündür
O halde yüklü bir beden, yüklü elektroskopun topuzuna yaklaştırıldığında yapraklar birazcık açılıyorsa ceset elektroskopla aynı yüklü, yapraklar birazcık kapanıyorsa elektroskopla zıt yüklü demektir
Nötr elektroskoba, (+) yüklü K cismi yaklaştırıldığında, yapraklardan () yükleri topuza geçer ve tesir ile elektriklenme meydana kazanç Topuz () yüklenirken, yapraklar ise (+) yükle yüklenerek açılır Nötr elektroskoba () yüklü L cismi yaklaştırıldığında tesir elektriklenme olur ve topuz (+), yapraklar ise () yükle yüklenir
Yüklü bir ceset yüklü bir elektroskoba dokundurulduğunda yaprakların hareketi için neler olacağını inceleyelim Bu durumda neler olacağını anlamak için elektroskobun ve dokundurulan cismin yükünün türü ve miktarının bilinmesi gerekir Bazı sorularda da kapasitelerinin de bilinmesi gerekir
Yukarıdaki şekilde K cismi ve elektroskoba öbür miktarlarda önem değerleri verilerek ve birbirine dokundurulularak, yapraklardaki değişmeleri inceleyelim
K cismi +q elektroskop ise –q ise, elektroskop nötr olur ve yapraklar ayrıntılarıyla kapanır
K cismi +q elektroskop –2q ise, toplam tartma –q olur ve bu yük aralarında paylaşılır Elektroskopun yükü azalır ve yapraklar biraz kapanır
K cismi +3q elektroskop –q ise, toplam yük +2q olur Bu önem arasında paylaşılır ve her ikiside (+) yükle yükleneceğinden yapraklar siklet değişimi sırasında adamakıllı kapanır Sonradan her tarafta açılır
K cismi ile elektroskobun yükünün hepsi aynı ise, dokundurulduğunda neler olacağını kavramak için mutlaka kapasitelerinin de bilinmesi gerekir Çünkü toplam siklet, kapasiteleri oranında paylaşılacaktıreğer yük kapasite değerleri öbür ise, aralarında yük alışverişi tartma kapasite değeri eşdeğer oluncaya dek devam eder Elektroskopun önem kapasitedeğeri gelen cisminkinden minik ise, elektroskop tartma alacağından yapraklar açılır, eşitse değişmeyen büyükse tartma vereceğinden yapraklar biraz kapanır
Nötr elektroskobun topuzuna () yüklü cisim yaklaştırıldığında, etki ile elektriklenme sonucu topuz (+), yapraklar ise () yükle yüklenir Sonradan elektroskopun topuzu toprağa bağlandığında, yapraklardaki fazlalık yükler toprağa akar ve yapraklar kapanır daha sonra toprak bağlantısı kesilir ve gövde uzaklaştırılırsa, elektroskoptaki (+) yükler yaprakların tekrar açılmasını sağlar
ÖRNEK:
Yukarıdaki şekilde () elektroskoba K ve L cisimleri aynı anda ve aynı miktarda yaklaştırılıyor
Yaprakların açıklığında değişiklik olmuyorsa
Yapraklar azıcık kapanıyorsa
Yapraklar biraz açılıyorsa
K ve L cisimlerinin yükünün işareti ve değeri için ne söylenir
ÇÖZÜM:
Elektroskobun yapraklarının açıklığı değişmiyorsa, birinin yaptığı etkiyi diğeri yok ediyor demektir Bu da ancak K ve L nin yüklerinin işareti zıt ve eşdeğer olmasıyla mümkündür
Yapraklar birazcık kapanıyorsa, yapraklardaki () yüklerin bir kısmı topuza dürüst çekilmiş demektir Bu durumda cisimlerin iki şekilde olabilir;
1 Her ikisi de (+) işaretli ve öbür miktarda olabilir Çünkü her ikisi de yapraklardan () yükü çeker
2 Ters işaretli olabilirler, lakin işareti(+) olanın yükü () olanın yükünden artı olabilir Çünkü çekme kuvveti itme kuvvetinden büyük olmalıdır
Yapraklar azıcık açılıyorsa, çağırmak oysa yapraklara topuzdan () tartı itilmiş demektir Bu durumda da cisimlerin yüklerinin işareti iki şekilde olabilir
3 Her ikisi de () işaretli ve değişik miktarda olabilir Çünkü() tartma, topuzdaki () yükleri yapraklara iterç
4 Ters işaretli olabilir Ama işareti () olanın ağırlık miktarı (+) olanın önem miktarından pozitif olabilir Çünkü itme kuvveti çekme kuvvetinden büyük almak zorundadır
Özel Durumlar
İçi abes kürenin içine () yüklü bir kürecik sarkıtıldığında küre etki ile elektriklenir Yani() yükler dış kısma itilerek iç kısmada (+) önem fazlalığı oluşur İçe ve dışa aşağıdaki şekildeki gibinötr elektroskoplar bağlandığında elektroskopların yapraklarının açıldığı gözlenir
Olumsuz () yüklü kürecik, kürenin içine dokundurulursa nötr olan küre () yükle yüklenir Bu yükler bir birini itmek suretiyle kürenin dış kısmına toplanır Küre iç kısmı nötr olur Aynı şekilde içe ve dışa nötr elektroskop bağlandığında, içe bağlanan elektroskobun yapraklarını açılmadığı, dışa bağlananın ise yapraklarının açıldığı gözlenir Kürecik kürenin bir iç parçası olduğundan yüksüzdür Ayrıca yüksüz olduğunu nötr bir elettroskobun topuzuna dokundurulduğunda yapraklarının açılmadığından da anlaşılabilir
Yüklü iletken cisimlerin sivri uçlarında daha pozitif tartı toplanır Çünkü yükler itme ve çekme kuvvetine tarafından mümkün olan en uzağa itilir ya da olası olan en uzakta çekilir Böylece sivri uçlarda daha pozitif önem toplanır
COULOMB KUVVETİ
Yukarıda şekil a da aynı yüklerin birbirlerini çektiği biliniyor Yapılan deneyler bu itme ya da çekme kuvvetinin, cisimlerin üzerindeki siklet fazlalığına ve cisimler arasındaki uzaklığa alt olduğunu göstermiştir
aynı ve eşdeğer miktarda elektrikle yüklü özdeş K ve L geçirgen kürelerinin aralarındaki uzaklık d iken birbirlerine uyguladıkları itme kuvveti F olsun Şekil b de birinin yükü yarıya indirildiğinde bu kuvvetin F2 olduğu şekil C de diğerinin yükü de yarıya indirildiğinde ise F4 olduğu ve şekil d de birinin yükü iki katına çıkarıldığında itme kuvvetinin 2F olduğu görülüyor
O halde yüklü iki cisim arasındaki itme ya da çekme kuvveti, yüklerin çarpımı ile içten orantılıdır
Yükler sabit kalacak şekilde aralarındaki uzaklık yarıya indirildiğinde kuvvetin dört katına çıktığı, aralarındaki mesafe iki katına çıkarıldığında kuvvetin dört kat azaldığı görülür Bu da kuvvetin Yükler arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu gösterir
Coulomb Kuvveti:
Yüklü cisimlerin birbirine uyguladıkları kuvvetin tatbik noktası, siklet merkezleri; doğrultusu, ağırlık merkezlerini birleştiren içten; yönü, benzer tür ise birbirinden dışa, ters cins ise birbirine doğrudur Kuvvetin büyüklüğü ise yükler çarpımları ile dürüst, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır
Noktasal iki ağırlık arasındaki kuvvet; f~ q1*q2 d*dorantı sabiti k ise f k q1*q2d*d ifadesinden kullanılır
Burada ;
F: Yükleri birbirine uyguladıkları itme ya da çekme kuvvetidir
d: Yüklü cisimler arasındaki mesafe
k: Yüklerin bulunduğu ortamın cinsine ve kullanılan birim sistemine bağlı kat sayıdır
Boşlukta ya da havada yük birimi Coulomb alınırsa ;
k 9*10 Nmc olur
İtme yada çekme kuvveti, önem değerleri ne olursa olsun mutlaka cisimlere ayrı ayrı eşdeğer ve zıt yönlüdür F1 F2 l F1 l l F2 l
Birdenbire pozitif diğer bir yüke uyguladığı güç, her bir yükün uyguladığı kuvvetleri bileşkesinden bulunur
Yukarıdaki şekilde q1 ve q2 yüklerinin q3 yüküne uyguladıkları zorlama ile q3 ve q2 yüklerinin q1 yüküne uyguladığı kuvvetler gösterilmiştir
Bu kuvvetler dört aşamada hesaplanır
1 Önce yüklerin işaretlerine kadar güç vektörleri çizimle gösterilir
2 Sonradan F k q1*q2d*d ifadesine göre kuvvetlerin şiddetleri hesaplanır
3 sonradan da geometrik bilgileri kullanılarak kuvvetler arasındaki açılar belirlenir
4 En son olarak da vektörel toplama kuralları kullanılarak bileşke baskı bulunur
ÖRNEK:
Yukarıdaki şekilde benzer doğrultudaki noktasal yüklerden q2 ye uygulanan elektriksel kuvvetin sıfır olması için q3 yükünün işareti ve q cinsinden değeri nedir?
ÇÖZÜM:
q1 yükünün q2 yüküne uyguladığı kuvvete F1 dersek, q3 yükünün q2 yüküne uyguladığı kuvvete de F2 diyelim Aynı işaretli yükler birbirlerini ittiğine tarafından, q3 yüküne işareti q1 ve q2 nin işaretinin aynısı olması gerekir q2 ye uygulanan kuvvetin sıfır olması için iki baskı eşdeğer ve ters yönlü olmalıdır
d1 1 m, d2 2 m F1 F2
k* q1*q2d1*d1 k* q3*q2d2*d2
q11*1 q32*2
q3 4q1 dir *