ELEKTRİK YÜKÜ

      Maddelerin arasındaki denge ve hareket ilişkilerini belirleyen kuvvetlerden biri de elektriksel kuvvettir.

      Bu kuvvetin kaynağı, maddenin taşıdığı elektrik yükleridir. Yükler madde değil, maddenin özelliğidir.

      Elektrik yükünün taşıyıcıları, maddeleri meydana getiren proton ve elektronlardır. Protonun taşıdığı yüke '' + '' elektrik yükü, elektronun taşıdığı yüke '' - '' elektrik yükü denir.

      Bir maddenin proton sayısı elektron sayısına eşit ise bu nesne elektrik yükü bakımından dengededir ve elektrik yükü sıfırdır. Bu tür nesnelere yüksüz ya da nötr denir. Nesnelerin elektrik yükleri, dengelenmemiş ( net ) yükleridir. Proton sayısı elektron sayısından fazla olan nesnelere '' + '' yüklü, proton sayısı elektron sayısından az olan nesnelere '' - '' yüklü denir.

      Elektrik yükü skaler bir büyüklüktür. Fakat meydana getirdiği kuvvet vektöreldir.

      Ayı cins elektrik yükü taşıyan cisimler birbirini iter. Farklı cins elektrik yükü taşıyan cisimler birbirini çeker. Elektrik yükü taşıyan cisimler, yüksüz cisimleri çeker.

      Bu etki, yüklerin büyüklüğünün artması ile artar. Yüklerin arasındaki uzaklığın artmasıyla azalır.

                                                          

      Elektrik yükünün birimi Coulomb ( C ) dur. Bir protonun taşıdığı elektrik yükü, bir elektronun taşıdığı elektrik yükü ile aynı büyüklüktedir. Bu büyüklüğe elemanter yük ( - e, + e ) denir. e ile gösterilir.

                         1 p  = + e

                         1 e  = - e

        

ELEKTRİK YÜKÜ İLE YÜKLEME

      Katı maddelerin elektrik yükü ile yüklenmesini sağlayan elektronların hareketleridir.

      Yüzeylerinde elektronların serbest hareket edebildiği maddelere iletken denir.

      Yüzeylerinde elektronların serbest hareket edemediği maddelere yalıtkan denir.

       İletkenler dışarıdan kuvvet etkisi olmadan ( dokunmayla ), yalıtkanlar ise dışarıdan bir kuvvet etkisi ( sürtünme ) ile yüklenebilir.

       Bu nedenle, yüksüz cisimlerin elektrik yükü ile yüklenmesi iletken ya da yalıtkan olma durumuna göre;

             1. Sürtünme

             2. Etki

             3. Dokunma

       yöntemlerinden herhangi biri kullanılarak gerçekleşebilir.

       Elektrik yükü taşıyan iletkenlerin dengelenmemiş olan bu yükleri iletkenin en dış yüzeylerinde bulunur. İletkenin sivri uçlarında bu yüklerin yoğunluğu daha fazladır.

              Sürtünme ile Elektriklenme :

       Yalıtkan cisimlerin serbest elektronu bulunmadığından yüksüz yalıtkanlar dokunma ile elektrik yükü alıp vermezler. Bu cisimlerin yüklenebilmeleri için elektronların bir kısmının kuvvet uygulanarak serbest hale geçmesi gerekir. Bunun yolu yalıtkanları başka maddelere sürtmektir. Cam ve ebonit iki yalıtkan maddedir.

       Cam, ipek kumaşa sürtüldüğünde '' + '' elektrik yükü ile, ipek ise '' - '' elektrik yükü ile yüklenir.

       Ebonit, yün kumaşa sürtüldüğünde '' - '' elektrik yükü ile, yün ise '' + '' elektrik yükü ile yüklenir.

              Etki ile Elektriklenme:

       İletkenlerin serbest elektronları olduğundan kendilerine yaklaştırılan yüklerin etkisi ile iletkenin yüzeyindeki dengelenmiş zıt yüklerin bir kısmı birbirinden ayrılır.

       Bu yükler uçlarda kutuplaşır. Bu ayrışmadan yararlanılarak iletken,

              1. Ayırma

              2. Topraklama

       yöntemleri kullanılarak yüklenebilir. 

                      

       1. Ayırma:

       Elektrik yükü sıfır olan iki iletken birbirine dokunacak biçimde konulduktan sonra bunlara elektrik yükü taşıyan bir cisim yaklaştırılır. Bu etki ile iletkenlerin elektrik yükleri kutuplaşır. Bunlar birbirinden ayrıldığında farklı cins taşıyan iki cisim elde edilir.

       Yük hareketlerinde hareket eden gerçekte '' - '' yükler olmasına karşın '' + '' yüklerin hareket ettiğini varsaymak ulaşılan son durumu yorumlamamızı kolaylaştırır.

       Elektrik yükü yalnız cisimlerin arasında değişiyorsa cisimlerdeki net yük sabittir.

                       qnet = Sabit

       2. Topraklama:

       Elektrik yükü taşıyan iletkenlerin yer kullanılarak yüksüz duruma getirilme işlemine topraklama denir.

       Topraklama işlemi      biçiminde sembolize edilir.

       Bir iletkenin elektrik yükü hangi büyüklükte ve işarette olursa olsun topraklandığında elektrik yükü sıfır ( yükçe dengede ) olur.

       Bu olay topraklanmış cisme topraktan '' - '' gelerek ya da cisimden toprağa '' - '' giderek gerçekleşir.

       Topraklanmış iletken bir cisme, elektrik yükü taşıyan bir cisim yaklaştırılırsa topraklanmış cisime yaklaştırılanın elektrik yükünün tersi işarette elektrik yükü oluşur. Cismin topraklandığı noktanın bu durumu değiştirici bir etkisi yoktur.

                      

            Dokuma ile Elektriklenme:

        Elektrik yükü sıfır olan iletken bir cisim, elektrik yükü taşıyan başka bir iletkene dokundurulduğunda yüksüz cisim diğer cisim yardımıyla yüklenir.

        Birbirine dokundurulan iki iletken de elektrik yükü taşıyorsa dokunma sonucu cisimler net yükü paylaşacaklarından net yük değişmez ve cisimler her ikisinin de elektrik yükünün işareti net yükünki ile aynı olur.

       Yüksüz yalıtkanların dokunarak yüklenmesi mümkün değildir.

 

           Elektrik Potansiyeli:

       Birbirine dokundurulan iletken cisimlerin arasında yer değiştiren elektrik yükünün miktarı ve yönünü cisimlerin elektrik potansiyeli belirler.

       Bir iletkenin,'' - '' yükleri hareket ettirme kapasitesine elektrik potansiyel denir. V ile sembolize edilir. Birbirine dokundurulmuş iki iletken arasında harekete geçen '' - '' yükler elektrik potansiyeli büyük olana doğrudur.

       Birbirine dokundurulan iki iletkenin elektrik elektrik potansiyelleri eşitlenince yük hareketi durur ve elektrostatik denge oluşur. '' + '' elektrik yükü taşıyan metallerin elektrik potansiyelleri, '' - '' elektrik yükü taşıyanlarınkinden daha büyüktür.

       Bir iletkenin elektrik potansiyeli taşıdığı elektrik elektrik yükü ile yüzeyinin büyüklüğüne bağlıdır. Cismin elektrik potansiyeli, elektrik yükünün artmasıyla artar, yüzey alanının artmasıyla azalır.

       Bu nedenle birbirine dokundurulan iki iletkenin son durumda elektrik potansiyelleri eşit olacağından yeni yük dağılımında yüzey alanı büyük olanda daha fazla elektrik yükü bulunur.

 

             Küresel Cisimlerin Elektrik Yükü Paylaşımı:

       Birbirine dokundurulan iletken küresel cisimler net yükü yarıçapları ile doğru orantılı olarak paylaşırlar.

       Bu cisimlerin yeni yükü

                        

             İletken Kapların Topraklama Özelliği:

       Topraklanmış iletkenlerin dengelenmemiş elektrik yüklerini toprağa vererek ya da topraktan elektrik yükü alarak yüksüz ( yükçe dengeli ) duruma geldikleri belirtilmişti.

       İletken kapların da elektrik yükü taşıyan cisimleri nötr hale getirme özelliği vardır.

       Bu özellik iletkenlerdeki dengelenmemiş ( fazla ) elektrik yüklerinin birbirini iterek en dışlarda toplanmasının bir sonucudur.

       Dolayısı ile kaba dıştan dokundurulan cisimlerde gözlenmez. Böyle bir durunda cisimlerin arasında yüzey büyüklüğüne göre yük paylaşımı olur.

                                        

       

                                               ELEKTROSKOP        
     Nesnelerin elektrik yükünün olup olmadığını belirlemek için kullanılan alete elektroskop denir.

       Elektroskopta bulunan topuz ve yapraklar iletkendir. Elektroskopun yapraklarında yük oluşurken yapraklar birbirini iterek açılır.

       Yapraklardaki elektrik yükü artarken yaprakların arasındaki açıklık artar.

       Yapraklardaki elektrik yükü azalınca yaprakların arasındaki açıklık biraz azalır.

       * Yaprakları açık olan bir elektroskopun, sabit bir etki sonucunda, yaprakları önce tam kapanıp sonra açılıyorsa yaprakların taşıdığı elektrik yükünün işareti değişmiştir.

       * Bir elektroskopun taşıdığı elektrik yükü, topuz ve yapraklardaki elektrik yüklerinin toplamı ( net değeri ) dır.

      

       1) Yüksüz Elektroskop Yapraklarının Etkiye Bağlı Davranışı:

       Yüksüz bir elektroskoba yüklü bir cisim yaklaştırılırsa, elektroskobun yaprakları açılır.

          Yaprakların yükü cismin yükü ile aynı, topuzundaki ise ters işaretlidir.

       Cisim, elektroskoba dokundurulmadığından elektroskobun net yükü sıfırdır. Cisim çekildiğinde elektroskobun yaprakları tekrar kapanır.

 

       2) Yüksüz Elektroskop Yapraklarının Dokunmaya Bağlı Davranışı:

       Yüksüz elektroskoba yüklü iletken cisim dokundurulduğunda elektroskop yüklenerek yaprakları açılır. Elektroskobun hem topuzunun hem de yapraklarının işareti dokundurulan cismin yükü ile aynıdır. Cisim çekildiğinde elektroskobun yaprakları açık kalır.

       3) Yüklü Elektroskop Yapraklarının Etkiye Bağlı Davranışı:

       a) Yüklü bir elektroskoba kendi cinsinden bir yük yaklaştırıldığında yaprakların arası biraz daha açılır. Cisim çekildiğinde yapraklar eski konumuna gelir.

       b) Yüklü bir elektroskoba farklı cins yük taşıyan bir cisim yaklaştırıldığında yaprakların davranışı cismin taşıdığı elektrik yükünün büyüklüğüne bağlıdır. Fakat cisim geri çekildiğinde yapraklar eski konumunu geri alır.

       Yaklaştırılan yükün büyüklüğüne göre,

       1) Yapraklar biraz kapanır;

       Bu durumda yapraklardaki yükün bir kısmı topuza çekilmiştir ( I ve II ). Cism çekildiğinde elektroskop eski konumuna gelir.

       2) Yapraklar tamamen kapanır;

 

       Bu durumda yapraklardaki yükün tamamı topuza çekilmiştir. Cisim uzaklaştırıldığında elektroskop eski konumuna gelir.

            3) Yapraklar tamamen kapanır ve sonra tekrar açılır. Bu durumda elektroskobun yapraklarındaki elektrik yükünün işareti değişmiştir.

       Elektroskoba iletken bir cisim dokundurulmadığı sürece elektroskoptaki net yük değişmez. Cisim uzaklaştığında elektroskop eski konumuna gelir.

             4) Yüklü Elektroskop Yapraklarının Dokunmaya Bağlı Davranışı:

       a) Yüklü bir elektroskoba kendi cinsinden yük taşıyan iletken bir cisim dokundurulduğunda cisim ve elektroskobun elektrik potansiyeline göre, ya cisimden elektroskoba ya da elektroskoptan cisme yük geçer.

                                 1) Yapraklar biraz daha açılır;

                                      Bu durumda elektroskobun yükü azalmıştır.

          3) Yaprakların açıklığı aynı kalır. Bu durumda elektrik potansiyelleri eşit olan cisimler yük alışverişi yapmaz.

       b) Yüklü bir elektroskoba farklı cins yük taşıyan iletken bir cisim dokundurulduğunda cisim ve elektroskobun yük büyüklüğüne göre,

         1) Yapraklar biraz kapanır;

       Bu durum başlangıçta elektroskobun yükünün cisminkinden daha büyük olması ile mümkündür. Son durumda elektroskobun yükü azalmış ve cismin yükünün işareti değişmiştir.

           2) Yapraklar tamamen kapanır;

       Bu durum başlangıçta elektroskobun yükünün cisminki ile eşit büyüklükte olması ile mümkündür. Cisim ile elektroskop birbirini nötrler.

          3) Yapraklar önce kapanır sonra açılır;

       Bu durum, başlangıçta cismin yükünün elektroskobunkinden büyük olması ile mümkündür.

       Son durumda elektroskobun elektrik yükünün işareti değişmiştir.

ELEKTROSTATİK KUVVET

        Elektrik yükü taşıyan iki cismin birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetler eşit büyüklükte ve birbirine ters yöndedir.

        İletkenlerde yük yüzeylerde bulunur. Küresel cisimlerin yük merkezi kürenin merkezidir.