Hareket eden
hep
elektrondur
Kazağını çıkarırken çıtırdayan sesler, saçına yapışan tarak, duvara yapışan balon… Hepsinin arkasında tek bir cümle var: protonlar yerinden kımıldamaz, taşınan daima elektrondur.
Elektrostatik, durgun elektrik yüklerinin ve yüklü tanecikler arasındaki kuvvetlerin incelendiği bir fizik dalıdır. "Elektrostatik" terimi, "elektrik" ve "statik" kelimelerinin birleştirilmesiyle oluşmuş, durgun elektrik anlamına gelir. "Elektrik" kelimesi ise "elektron" teriminden türetilmiştir; bu da eski Yunancada kehribar anlamına gelen bir kelimeden gelir. Thales'in MÖ 6. yüzyılda keşfi ve Benjamin Franklin'in pozitif ve negatif elektrik yüklerini tanımlaması, elektrostatik alanın temelini oluşturan önemli adımlardır.
Atomlar; protonlar, nötronlar ve elektronlar adı verilen üç temel parçacıktan oluşur. Protonlar, atomun çekirdeğinde pozitif yüklü parçacıklardır ve kimyasal özellikleri belirlerler. Nötronlar, atomun çekirdeğinde bulunan nötr (yani yüksüz) parçacıklardır. Elektronlar ise çekirdeğin etrafında dolaşan negatif yüklü parçacıklardır ve atomun kimyasal ve elektriksel davranışını kontrol ederler.
| Parçacık | Yük (C) | Kütle (kg) |
|---|---|---|
| Elektron (e) | −1,6021917 × 10⁻¹⁹ | 9,1095 × 10⁻³¹ |
| Nötron (n) | 0 | 1,67492 × 10⁻²⁷ |
| Proton (p) | +1,6021917 × 10⁻¹⁹ | 1,67261 × 10⁻²⁷ |
Protonlar, elektronlardan önemli ölçüde daha ağır olmalarına rağmen, elektrik yükleri zıt işaretli olup miktar olarak birbirine eşittir. Yapılan deneyler, elektronların yüklerinin en küçük yük olduğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle bir elektronun yüküne "elemanter yük" denir ve "e.y" olarak simgelenir.
Elektronlar e sembolü ile belirtilirler. Protonlar ise +e olarak ifade edilirler.
Tüm bilinen yüklü cisimler, elektronun yüküne eşit veya bu miktarın tam sayı katları kadar yük taşır. Burada q cismin taşıdığı net yükü temsil ederken, N bir tam sayıdır.
Cisimlerin elektron alışverişi sonucu yük dengelerinin değişmesine elektrik yüklenmesi denir. Elektron kaybeden cisimler pozitif yüklü, elektron kazananlar ise negatif yüklü olur. Sistemde toplam elektrik yükü sabit kalır; buna yüklerin korunumu kanunu denir. Yani bir cisim yük kazandığında başka bir cisim yük kaybeder ve toplam yük miktarı değişmez.
Başlangıçta ebonit çubuk ve yünlü kumaş nötrdür, yani her ikisi de eşit miktarda pozitif ve negatif yüklü parçacıklara sahiptir.
Ebonit çubuğun yünlü kumaşa sürtülmesiyle elektron alışverişi gerçekleşir. Bu süreçte yünlü kumaş elektron kaybeder ve pozitif yükle yüklenirken, ebonit çubuk elektron fazlalığı kazanır ve negatif yükle yüklenir.
Başlangıçta cam çubuk ve ipek kumaş nötrdür.
Cam çubuğun ipek kumaşa sürtülmesiyle cam çubuğun yüzeyinden ipek kumaşa elektron geçişi olur. Bu süreçte cam çubuk elektron vermesiyle pozitif yükle yüklenirken, ipek kumaş bu elektronları alarak negatif yükle yüklenir.
Sürtünme yoluyla elektriklenme sürecinde, nötr olan cisimler her zaman aynı miktarda karşıt cins yükle yüklenir. Cisimlerin farklı boyutları bu durumu değiştirmez. Ayrıca elektron transferi sonucunda her iki cismin de toplam yükü değişmez.
Yüklü iki iletken cismin veya nötr bir iletken cismin yüklü bir cisme dokunması durumunda, elektron transferi ve yük korunumu kanunu devreye girer. Dokunmadan önceki toplam net yük, dokunma sonrasında paylaşılır. Bu paylaşım elektronlar aracılığıyla gerçekleşir.
Cisimler birbirine dokundurulduğunda, eğer cisimler özdeş ise, toplam yükü eşit olarak paylaşırlar.
Dokunma ile elektriklenme sürecinde, cisimler başlangıçtaki net yük miktarını kapasiteleri ile doğru orantılı olarak paylaşırlar. İletken cisimlerin şekli küresel ise, net yük miktarı yarıçapları ile doğru orantılı olarak paylaşılır.
Etki ile elektriklenme; yüklü bir cismin, temas etmeden, yakınındaki yüksüz bir cismin yüzeyinde elektrik yüklerinin hareket etmesine neden olan bir elektriksel etkileşimdir. Yüklü cisim, nötr cisimdeki elektronları elektrostatik etkileşimlerle çekerek ya da iterek, nötr cismin içerisinde bölgesel bir yüklenme meydana getirir. Bu süreçte nötr cismin içindeki negatif yüklü elektronlar, yüklü cismin etkisiyle ya en yakınına çekilir ya da en uzağına itilir.
Pozitif yüke sahip bir küre, nötr bir cisme yaklaştırıldığında, nötr cismin negatif yüklerini kendisine en yakın uca çeker. Bu durumda cismin diğer ucunda pozitif yük yoğunluğu oluşur.
Ancak bu süreçte herhangi bir yük alışverişi olmadığı için cismin toplam yükü hâlâ sıfırdır. Yüklü cisim uzaklaştırıldığında, nötr cisim tekrar eski durumuna geri döner ve pozitif yüklü bölge kaybolur.
Birbirine temas hâlinde bulunan nötr iletken kürelere negatif yüklü bir çubuk yaklaştırıldığında, çubuktaki negatif yükler kendine en yakın bölgedeki negatif yükleri iterek en uzak bölgeye, yani diğer kürenin uç kısmına iter.
Çubuk uzaklaştırılmadan önce küreler birbirinden ayrılırsa, her bir küre zıt ve eşit büyüklükte yüklerle yüklenmiş olur. Kürelerin yarıçaplarının farklı olması, yük miktarlarını etkilemez. Yüklü çubuk kürelere temas etmediği için kürelerle yük alışverişi olmaz.
Etki ile elektriklenmede, yüklü cisme yakın tarafta biriken yük miktarı, uzak taraftaki zıt yük miktarına eşittir.
Etki ile elektriklenme sadece iletkenlerde değil, yalıtkanlarda da gerçekleşir. Yüklü bir cisim bir yalıtkana yaklaştırıldığında, yalıtkandaki atomların ve moleküllerin düzeni değişir. Atomların yük merkezleri hareket eder ve pozitif ile negatif kısımları hizalanır. Yüzeye yakın olan tüm atomlar veya moleküller elektriksel olarak kutuplanır ve geçici bir şekilde artı veya eksi yüklü hâle gelirler.
Saçlarla sürtülen bir tarağın sürtünen kısmı negatif elektrik yüküyle yüklenir. Bu yüklü tarak nötr kâğıt parçalarına yaklaştırıldığında kâğıtlardaki moleküler düzen değişir ve kutuplanma meydana gelir. Tarağa en yakın bölgede pozitif taneciklerle çekim kuvveti, uzak bölgedeki negatif taneciklerle itme kuvveti oluşur. Yakın bölgedeki çekme kuvveti, uzak bölgedeki itme kuvvetinden daha güçlü olduğu için kâğıt parçaları tarak tarafından çekilir.
Balon, sürtünme sonucu elektriklenerek bir bölgesi negatif yükle yüklenir. Bu negatif yüklü balon duvardaki atomları kutuplaştırır ve duvarda bir pozitif yüklü yüzey oluşturur. Oluşan çekim kuvveti balonun duvara yapışmasına neden olur.
Tüm elektriklenme olaylarında, hareket eden yükler elektronlardır ve bunlar negatif yüklere sahiptir. Pozitif yüklü protonlar ise hareket etmezler.
Tüm elektriklenme olaylarında, toplam yük korunur. Yani sistem içindeki pozitif ve negatif yüklerin toplamı değişmez.
Elektroskop; bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını anlamak, yüklü ise yükünün cinsini belirlemek ve yük miktarını kıyaslamak için kullanılan bir alettir. Elektroskop nötr durumda iken yaprakları kapalıdır. Elektroskop yüklendiğinde yük miktarı arttıkça yaprakları arasındaki α açısı artar. Parçaları: metal topuz, yalıtkan destek, metal çubuk, koruyucu cam, iletken yaprak, yalıtkan ayak.
| Durum | Yaprakların tepkisi |
|---|---|
| Yük işaretleri aynı, yük miktarları aynı (qÇ = qE) | Yaprakların açısı aynı kalır. |
| Yük işaretleri aynı, çubuğun yükü fazla (qÇ > qE) | Yapraklar ilk duruma göre daha fazla açılır. |
| Yük işaretleri aynı, elektroskobun yükü fazla (qE > qÇ) | Yapraklar ilk duruma göre biraz kapanır. |
| Yük işaretleri zıt, elektroskobun yükü fazla (qE > qÇ) | Yapraklar ilk duruma göre biraz kapanır. |
| Yük işaretleri zıt, yükler eşit (qE = qÇ) | Yapraklar tamamen kapanır. |
| Yük işaretleri zıt, çubuğun yükü fazla (qÇ > qE) | Yapraklar önce tamamen kapanır sonra açılır; kapanıp açıldıktan sonra yük miktarları eşit olur. |
Tablo, yük kapasiteleri eşit yüklü bir çubuğun yüklü bir elektroskoba dokundurulması durumu içindir.
Elektroskobun yükünün işareti değişiyorsa yapraklar kapanır ve sonra tekrar açılır.
Bu tek cümle, tablodaki "önce kapanır sonra açılır" satırının açıklamasıdır: yaprakların kapanıp açılması, yük işaretinin değiştiğinin işaretidir.
Verilen olayda hangi elektriklenme çeşidinin geçerli olduğunu seç.
Elektrostatik laboratuvar konusu değil; günde birkaç kez hissettiğin bir şey.
Saçlarla sürtülen bir tarağın sürtünen kısmı negatif elektrik yüküyle yüklenir. Nötr kâğıtlara yaklaştırıldığında kutuplanma olur; yakın bölgedeki çekme kuvveti uzak bölgedeki itme kuvvetinden güçlü olduğu için kâğıtlar tarağa doğru çekilir.
Balon, sürtünme sonucu elektriklenerek bir bölgesi negatif yükle yüklenir. Bu balon duvardaki atomları kutuplaştırır ve duvarda pozitif yüklü bir yüzey oluşturur; aradaki elektrostatik çekim balonun yapışmasını sağlar.
"Elektrik" kelimesi "elektron" teriminden türetilmiştir; bu da eski Yunancada kehribar anlamına gelen bir kelimeden gelir. Thales'in MÖ 6. yüzyıldaki keşfi ve Benjamin Franklin'in pozitif–negatif yükleri tanımlaması bu alanın temelidir.
Yünlü kumaş ile teninin sürtünmesi elektron alışverişi yaratır: elektron kaybeden pozitif, kazanan negatif yüklenir. Sürtünme yoluyla elektriklenmede nötr cisimler her zaman aynı miktarda karşıt cins yükle yüklenir — boyları farklı olsa bile.
Ebonit çubuk yünlü kumaşa sürtülünce çubuk negatif, kumaş pozitif olur. Cam çubuk ipek kumaşa sürtülünce cam pozitif, ipek negatif olur. İkisini karıştırmamanın yolu, hangisinin elektron verdiğini hatırlamak.
Nötr elektroskobun topuzuna bir cisim değdirildiğinde yaprakların açılması cismin yüklü olduğunu gösterir, ancak yükün işareti konusunda kesin bilgi vermez. İşareti öğrenmek için yükü bilinen yüklü bir elektroskop gerekir.
Özdeş küreler toplam yükü eşit paylaşır. Farklı yarıçaplılarda ise net yük yarıçaplarla doğru orantılı paylaşılır. Net yük sıfırsa dokunmadan sonra mutlaka nötr olurlar.
Tüm elektriklenme olaylarında hareket eden yükler elektronlardır ve bunlar negatif yüklere sahiptir; pozitif yüklü protonlar hareket etmezler. Bir cisim "pozitif yüklendi" demek, elektron kaybetti demektir.
Nötr cisimler birbirlerine itme ya da çekme kuvveti uygulamazlar. Ancak yüklü cisimler, nötr cisimleri çeker. Kâğıt parçaları yüksüzdür ama yine de tarağa koşar — sebebi kutuplanmadır.
40 sorudan oluşan bu test ile "Elektrik Yüklerinin Özellikleri ve Elektrikle Yüklenme Çeşitleri" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Durgun elektrik yüklerinin ve yüklü tanecikler arasındaki kuvvetlerin incelendiği fizik dalıdır. "Elektrik" kelimesi kehribar anlamına gelen kökten gelir.
Elektronun yükü en küçük yüktür ve elemanter yük (e.y) olarak adlandırılır. Proton ile elektronun yükleri zıt işaretli, miktarca eşittir.
Tüm yüklü cisimler elektronun yüküne eşit veya bunun tam sayı katları kadar yük taşır. N bir tam sayıdır.
Nötr cisimler birbirine kuvvet uygulamaz; ancak yüklü cisimler nötr cisimleri çeker.
Bir cisim yük kazandığında başka bir cisim yük kaybeder; sistemdeki toplam yük miktarı değişmez.
Elektron veren pozitif, alan negatif yüklenir. Nötr cisimler her zaman aynı miktarda karşıt cins yükle yüklenir; boyutları bunu değiştirmez.
Özdeş cisimler toplam yükü eşit paylaşır; küresel iletkenlerde net yük yarıçaplarla doğru orantılı paylaşılır. Net yük sıfırsa ikisi de nötr olur.
Yüklü cisim nötr cisimde bölgesel yüklenme oluşturur. Yakın taraftaki yük miktarı, uzak taraftaki zıt yük miktarına eşittir. Yalıtkanlarda da gerçekleşir.
Nötrken yapraklar kapalıdır. Yaprakların kapanıp tekrar açılması, elektroskobun yük işaretinin değiştiğini gösterir.